Задачи II конкурса "Мастер устранения противоречий"

 

Задачи II конкурса «Мастер устранения противоречий»
 
Задача 1 Производство поплавка понтона.
На небольшом предприятии освоили производство металлических поплавков. Длина такого поплавка 2500…5000 мм., диаметр варьируется от 200 до 700 мм. Лист алюминия (сплав АМг5в ) требуемых размеров и толщиной 1,6…3 мм сгибается на вальцах и после этого поступает на сварку.
Качество шва очень сильно зависит от того, в каких условиях производится сварка. Так, если кромки свариваемых поверхностей зафиксированы плохо, то и шов будет некачественным. 
 
 
Рис.1 Пример некачественного шва, сваренного без применения оснастки.
 
Для получения шва хорошего качества была придумана специальная оснастка.
Свариваемый лист укладывается на массивную подкладную трубу, по всей длине которой выполнено небольшое углубление под образование будущего сварного шва.
 
 
 
Рис.2
Кромки листа необходимо расположить таким образом, чтобы они оказались над углублением. При этом возникает вопрос, лежащий в основе предлагаемой задачи: как равномерно прижать друг к другу кромки свариваемого листа по всей его длине, чтобы это не мешало непрерывному процессу сварки?
В настоящее время прижим осуществляется с помощью устанавливаемой на свариваемый лист  половинки массивной трубы с прорезью шириной до 30 мм.
 

Рис. 3 На подкладной трубе лежит массивная прижимная деталь с прорезью почти по всей своей длине.
 
Минусы этой системы – ею трудно оперировать из –за большого веса (около ста килограмм). Кроме того, при сварке оснастка нагревается и ее «ведет». Поэтому по длине сила прижима разная.
 
Рис.4
На фотографии видно, что отсутствует плотный контакт верхней части оснастки и подкладной трубы. Приходится придавливать дополнительно с помощью специальных болтов, укрепленных по краям (см отверстие под болт справа на снимке).
 
Значительно ослабляет жесткость конструкции и почти сквозное отверстие. Для того, чтобы оно не расходилось и не меняло геометрию при нагреве, вдоль отверстия расположены бандажи.
Но сами по себе бандажи мешают вести непрерывный шов при выполнении сварки.
 
Рис.5 Четыре бандажа, расположенных по всей длине оснастки, предназначены для сохранения ширины щели. Но они же мешают сварщику вести непрерывный шов. 
 
Рис.6 Качественно выполненный шов. (Шов виден сквозь прорезь в накладном прижиме).
 
Предложите простую и удобную технологию прижима свариваемых листов металла.
 
Задача 2 Нужен материал – хамелеон
Перед промышленностью, выпускающей ткани для специального применения, довольно остро стоит задача создание материалов, которые изменяют свой цвет под воздействием внешних факторов. Например, температуры, влажности воздуха, освещенности.
Обычные в таких случаях решения – «подсадить» на волокна или уже готовую ткань какие-нибудь «жидкие кристаллы», пока нельзя считать удовлетворительными.
 
Рис 7
 
Жидкие кристаллы очень плохо выдерживают обычные для условий применения воздействия – сильный холод, истирание, многочисленные перегибы, воздействие загрязнений и последующую стирку. Но потребность в материалах с динамичными свойствами довольно велика.
 
Предложите новые подходы к их конструированию и принципы для их создания.
 
Задача 3. Как создать термозащитный материал с «холодным черным» цветом
Термозащитные материалы широко применяют при изготовлении рабочей одежды в металлургии, для пожарных, работников специальных производств и испытательных стендов.
 
Рис 8
 
В ряде случаев желательно, чтобы изготовленный материал имел черный цвет, для повышения эффективности сброса уже накопленного тепла. Но известно, что поверхности черного цвета лучше воспринимают инфракрасные лучи. Значит черные поверхности будут нагреваться сильнее окрашенных в остальные цвета. А вот этого необходимо избежать. Поэтому пока приходится изготавливать защитные костюмы белого или серебристого цветов.
 
Рис 9
 
Нужно придумать «холодный черный» материал. «Холодным черным» его называют специалисты по окраске, видимо вкладывая в это название свою мечту – сделать материал с хорошими отражающими и излучающими свойствами поверхности.
 
Задача 4. Как осадить краску на плохо окрашиваемый материал.
Промышленность пытается создать новые, до сих пор невиданные материалы. Относится это и к материалам тканым. Нити из экзотических, невиданных ранее материалов, сплетенные в неожиданных сочетаниях, дают возможность получить ткани с уникальными свойствами. Но новые материалы более капризны, в частности довольно трудно поддаются окраске. Сегодня можно сделать маскировочный костюм, обладающий тепло и хладостойкостью, огромной прочностью, стойкостью к истиранию, и при этом мягкий, легко сгибаемый и легкий. Сделать можно, но как раскрасить в правильные цвета, например создать столь востребованную «пиксельную» окраску?
 
Рис 10
 
Проблема в том, что используемые сегодня новые химические волокна, в первую очередь созданные из арамидных материалов плохо окрашиваются с помощью традиционных, привычных для текстильщиков красителей. Нужны принципиально иные пути придания цвета волокну или уже готовой ткани.
Предложите новые подходы придания цвета арамидным материалам.
 
 
Задача 5. Упрощение технологии производства.
Важной социальной задачей является своевременное оснащение инвалидов и людей со сложными заболеваниями опорно – двигательного аппарата протезами и средствами для восстановления работоспособности - ортезами. 
 
 
Рис. 11 Протезы
 
Рис. 12 Ортез 1
Рис. 13 Ортез 2 
 
Изготавливать протезы и ортезы массовым способом, например штамповать их, было бы довольно просто, но их как правило продолжают делать вручную. Одним из главных преимуществ ручного изготовления является то, что приемная гильза протеза или контактная поверхность ортеза отливаются по гипсовому слепку с пациента, чтобы абсолютно точно повторить рельеф поверхности конечности или части тела. Такой подход приводит к меньшей травмируемости кожи и улучшению функциональности навешиваемой конструкции. Но шлифовка гипсового слепка очень трудоемкая процедура. Как облегчить трудоемкость процедуры шлифовки или придумать другой способ изготовления протеза не теряя при этом преимуществ гипсового слепка в точности изготовления.
Иными словами, как быстро убрать лишние элементы рельефа, оставив только те, что нужны?
 
Задача 6 Определение рельефа поверхности
При производстве протезов и ортезов (см предыдущую задачу) сложной самостоятельной задачей является определение рельефа поверхности тела, с которой придется взаимодействовать создаваемому устройству. В настоящее время изготавливают гипсовый слепок. Процедура долгая, травмирующая. Достаточно вспомнить про то, что гипс намертво закусывает все микроволоски, растущие на коже и удаление застывшего гипса очень болезненно, особенно для маленьких детей. 
 
Рис 14
 
Не получается и снять гипсовый слепок с поверхности, находящейся под напряжением. Например, если опустить ступню в жидкий гипс, а потом опереться на эту же ногу, то подошва вытеснит гипс и хорошего слепка не получится. Но если сделать слепок не под нагрузкой, то рабочая поверхность инструмента уже не будет точно соответствовать требуемому.
 
Предложить новый подход к измерению геометрии поверхности тела, в том числе находящейся под нагрузкой.
 
Задача 7. Отображение информации
При проведении работ под водой человеку необходимо контролировать определенные параметры погружения: глубина, температура воды, продолжительность погружения. Смотреть на наручный компьютер не всегда удобно.
 
Рис 15
 
Новички, а также опытные пловцы при возникновении стрессовых ситуаций могут отвлечься и перестать контролировать эти параметры. А это чревато аварийным завершением погружения.
Как лучше отобразить информацию на маске водолаза, причем сделать это по возможности дешево?
 
Задача 8. Навигация под водой
Одной из проблем при подводных погружениях является позиционирование и навигация под водой. Магнитный компас не точен, та как на него влияют массы металла, носимые аквалангистом – баллоны, ножи, некоторые типы глубинометров, а также фото и кинокамеры. Особенно сильные возмущения возникают при использовании дайвером подводного скутера. Регулярно всплывать для определения своего местонахождения не рекомендуется – в итоге может развиться кессонная болезнь. Использование приемников GPS под водой невозможно. Приспособленные народом поплавки, на которых приемник поднимают на поверхность, а потом считывают с него информацию, требуют довольно длительного времени для ориентирования и не позволяют определить курс (только координаты).
 
Как осуществить быстрое позиционирование и навигацию дайверов и водолазов, хотя бы в пределах ограниченного пространства (1кв км), но лучше – в условиях действительно свободного плавания?
 
 Задача 9. Поиск потерянных дайверов.
Нередки ситуации, когда дайверов, увлекшихся фотографированием подводных красот, сносит течением довольно далеко от бота, с которого совершалось погружение. Даже всплыв, пловец не всегда может сообщить о себе и вызвать помощь. Особенно опасна такая ситуация, если пловец устал. Еще один вид угрозы, подстерегающий охотников за впечатление и тех, кто профессионально работает под водой – это застревание в узостях – например трюме затопленного судна, пещере.
 
Какими техническими средствами должен обладать дайвер, чтобы сообщить об опасной ситуации и своем местонахождении? Предложенное средство должно быть дешевым.
 
Задача 10. Эвакуация персонала с нефтяной платформы
Одной из проблем спасения людей с нефтяных платформ является эвакуация персонала.
 
Рис 16
 
Человек, работающий на верхних палубах, находится в 30-50 метрах от воды. Спускаться на нижнюю палубу к аварийным шлюпкам, не всегда возможно.
 
Как безопасно людям спуститься с высоты вышки до средств спасения на воде? Учтите, что человек может быть ослаблен или ранен, а погода быть штормовой. И, конечно же средство спасения, если оно носимое, не должно мешать человеку выполнять свою обычную работу.
 
Задача 11. Компоновка холодильника
Предприятие разрабатывает холодильники для хранения биологических компонент при температуре до - 180 гр. С . Существует две формы холодильников:
1 Холодильник в виде ларя с вертикальной загрузкой,
 
Рис 17
 
2 Холодильник в виде шкафа.
 
Рис 18
 
Ларь менее удобен для оперативного поиска хранящихся образцов, но при его открытии меньше вытекает охлажденный воздух, отсюда и более высокий кпд.
 
Как совместить преимущества ларя и удобства шкафа?
 
Задача 12. Разработка футляра для оборудования. 
Для проведения медицинских работ при чрезвычайных ситуациях требуется, чтобы у спасателей было наготове оборудование, позволяющее быстро провести вентиляцию легких и еще целый ряд медицинских неотложных процедур. Предприятие разработало аппарат искусственной вентиляции легких ИВЛ «Реаниматор-01» Аппарат предназначен для оказания доврачебной помощи человеку, пострадавшему от отравления продуктами горения или аварийно-химическими опасными веществами. Аппарат работает как при наличии, так и в отсутствие сжатых газов. При наличии сжатого газа аппарат работает в автоматическом режиме. При отсутствии сжатого газа аппарат работает в ручном (ограниченном) режиме. Вот выдержка из технических условий на аппарат:
«Масса снаряженного аппарата в футляре (сумке), без запасных частей, инструментов и принадлежностей, должна быть не более 9,0 кг.
Время установления рабочего режима аппарата должно быть не более 30 с. Все органы управления должны быть доступны и удобны для приведения их в действие, а также надежно защищены от механических повреждений и случайного срабатывания.
Аппарат должен сохранять работоспособность после падения в футляре с высоты 1,5 м., а также после воздействия на него транспортной вибрации с перегрузкой 3g при частоте от 2 до 3 Гц. Он должен выдерживать транспортное хранение в упаковке Изготовителя в штабелях. Количество коробок в штабеле – до 4.»
Аппарат прошел необходимые испытания и проверки, получил все медицинские сертификаты.
МЧС заинтересовалось данным аппаратом. Министерство готово приобрести большую партию таких устройств, но при одном условии – требования к прочности корпуса и сохранности аппаратуры при механических воздействиях должно возрасти. Он должен выдерживать падение с высоты не менее 3,5 метров. МЧС также настаивает на том, что сумка – укладка должна быть выполнена из металла (сейчас она сделана из толстой брезентовой ткани). Общий вес не должен превышать 12 кг. Сейчас общий вес аппарата, включая вес сумки – укладки составляет 11,3 кг.
Разработчик стоит перед сложной задачей – как создать почти ничего не весящую упаковку, дающую надежную защиту. Снижение веса самой аппаратуры – понятный путь, но он связан с проведением полного цикла испытаний – а это долго и дорого.
Как быть?
 
Приложение к задаче 12
 
В состав аппарата искусственной вентиляции легких входят:
а) Футляр (сумка);
б) Баллон высокого давления с редуктором-ингалятором;
 
рис 20
 
Баллон кислородный с вентилем
 
Рис 21
 
Редуктор-ингалятор
в) Блок автоматический искусственной вентиляции легких;
 
рис 22
 
Блок автоматической ИВЛ БВА-3
г) Блок ручной искусственной вентиляции легких;
 
рис 23
 
1 – маска лицевая (в сборе), 2 – клапан пациента (в сборе),
3– предохранительный клапан,
4 – крышка-колесико предохранительного клапана,
5 – мешок дыхательный, 6 – клапан впускной (в сборе),
7 – клапан резервного мешка (в сборе),
8 – наконечник впускного клапана,
9 – трубка ПВХ, 10 – резервный мешок
д) Блок аспирации;
 
рис 24 рис 25
 
Аспиратор состоит из основания (1,2,3), сборника жидкости (5), рабочего цилиндра (1,2,3) с поршнем (15) и педали (4): Разрежение (вакуум) в аспираторе создаётся при нажатии на педаль рукой или ногой в результате возвратно-поступательного движения поршня(15) в рабочей камере цилиндра(18). При увеличении давления на левую сторону педали(4) и движении поршня(15) вниз, создается разрежение в рабочей камере цилиндра(18) и перепускном канале (13), запорный клапан (6) сборника жидкости открывается опусканием шарика(7) и вытягивает воздух из сборника жидкости создавая в нём разрежение. Далее, поршень доходит до нижней части рабочего цилиндра (18) открывая окно впускного отверстия(17), происходит сброс разряжения и возвратная пружина возвращает педаль с поршнем в исходное верхнее положение, при этом перепускной клапан (16) выравнивает давление в верхней и нижней части рабочего цилиндра.
Контейнер сборника жидкости имеет полезную вместимость около 650 мл.
е) Комплект медицинских инструментов и принадлежностей; в том числе роторасширитель; воздуховод; языкодержатель; катетер; жгут кровоостанавливающий; маска для искусственного дыхания методом «рот в рот».

 

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Комментарии

Re: Задачи II конкурса "Мастер ...

Изображение пользователя Фил.

Задача №1 решается методом предварительного напряжения. На вальцах надо так изогнуть лист, чтобы кромки были внахлест. Для выравнивания шва во время сварки во внутрь образовавшейся трубы надо заталкивать цилиндр, соответствующего диаметра со скоростью сварки. Кромки САМИ будут плотно прижиматься друг к другу за счет предварительного напряжения. Я так думаю.

С уважением, Фил.

Re: Задачи II конкурса "Мастер ...

Изображение пользователя Фил.

content manager wrote:

Перед промышленностью, выпускающей ткани для специального применения, довольно остро стоит задача создание материалов, которые изменяют свой цвет под воздействием внешних факторов. Например, температуры, влажности воздуха, освещенности.
Обычные в таких случаях решения – «подсадить» на волокна или уже готовую ткань какие-нибудь «жидкие кристаллы», пока нельзя считать удовлетворительными.
 
Рис 7
 
Жидкие кристаллы очень плохо выдерживают обычные для условий применения воздействия – сильный холод, истирание, многочисленные перегибы, воздействие загрязнений и последующую стирку. Но потребность в материалах с динамичными свойствами довольно велика.
 
Предложите новые подходы к их конструированию и принципы для их создания.
 

Новый подход может заключаться в использовании дифракции, возникающей на тонких плоских волосках и муарового эффекта. Ткани надо изготавливать из тонких плоских волокон с хорошей отражательной способностью. Изменение окраски будет происходить от теплового расширения волосков, изменения угла падения света, изменения взаимного расположения волосков. Аналог - оперение грудки дикого голубя.

Re: Задачи II конкурса "Мастер ...

content manager wrote:

Задача 4. Как осадить краску на плохо окрашиваемый материал.
Промышленность пытается создать новые, до сих пор невиданные материалы. Относится это и к материалам тканым. Нити из экзотических, невиданных ранее материалов, сплетенные в неожиданных сочетаниях, дают возможность получить ткани с уникальными свойствами. Но новые материалы более капризны, в частности довольно трудно поддаются окраске. Сегодня можно сделать маскировочный костюм, обладающий тепло и хладостойкостью, огромной прочностью, стойкостью к истиранию, и при этом мягкий, легко сгибаемый и легкий. Сделать можно, но как раскрасить в правильные цвета, например создать столь востребованную «пиксельную» окраску?

Арамидные материалы обладают высокой термостойкостью. Соответственно, краска также должна быть термостойкой. В качестве краски для арамидных волокон предлагаю свое изобретение по АС №440891 - неорганическую краску, содержащую силикат щелочного металла, неорганический пигмент (например, хромит натрия), щелочь и воду. Эта краска предназначена для нанесения маркировочных знаков на поверхность горячего проката при 400-900°C. Краска наносится на ткань, которая высушивается, а затем пропускается между валками, нагретыми до вышеуказанной температуры. Можно также обработать ткань пламенем газовой горелки. Краска расплавляется, образуя на ткани цветное стекловидное покрытие.

Re: Задачи II конкурса "Мастер ...

Уважаемые организаторы,

в положении о конкурсе есть пункт 6.2:

"Участникам конкурса предоставляется возможность ознакомления с работой предприятий ВАО г. Москвы, поставивших задачи."

Подразумевается ли это задавание уточняющих вопросов по задачам? Если да, то огласите эту процедуру: Куда и кому посылать вопросы? Какое количество вопросов допускается задать команде/участнику? и т.д. и т.п.

Например, по задаче №5 хотелось бы узнать какие неровности необходимо сглаживать и как они возникают. Подробные фото прояснили бы размеры неровностей и на каком этапе производства слепка они возникают. Ведь, насколько я понял, сначала делается "негативный" слепок с конечности (и желательно под нагрузкой), потом он каким-либо способом снимается с тела, а уж потом делается "позитивный" слепок по которому и производят протез/ортез.

Подобные уточняющие вопросы могут возникнуть и по другим задачам.

С уважением, и пожеланием творческих успехов всем решателям,
Alex.

Re: Задачи II конкурса "Мастер ...

Мы понимали, что вопросы будут возникать, поэтому решили, что мы первоначально накопим некоторое их количество, а потом зададим работникам предприятия. Задавать по одному - два вопроса, значит довольно быстро исчерпать лимит терпения у занятых людей.
Задавайте вопросы, в первых числах октября постараемся дать ответы и фото.

Re: Задачи II конкурса "Мастер ...

Задачу 1 можно решить примерно так.
На трубу устанавливается каретка с роликами. Каретка состоит из двух несущих пластин 1, соединенных между собой шпильками 2 и 3. На шпильке 2 установлен ролик 4 с возможностью вращения и с ограничением возможности осевого перемещения. На ролике закреплен диск 5. К каждой пластине прикреплены два направляющих ролика 6 и два деформирующих ролика 7.

Устройство работает следующим образом.
Каретка устанавливается на трубу 8 так, чтобы диск 5 заходил в щель трубы, а ролики 6 и 7 упирались в боковые поверхности трубы. При перемещении каретки в направлении, обозначенном стрелкой, диск будет перемещаться по щели, а ролики 6 и 7 – по образующим цилиндра (трубы). Ролики 6 направляют каретку, а ролики 7 также направляют каретку, одновременно деформируя трубу таким образом, чтобы шов сходился позади каретки. Тем самым обеспечивается возможность сварщику заварить шов на этом участке трубы.

Re: Задачи II конкурса "Мастер ...

Коллеги, спасибо за присланные решения, но чтобы не портить остальным удовольствие от поиска своих решений, пожалуйста, пишите на адрес, указанный в положении о конкурсе.

Re: Задачи II конкурса "Мастер ...

Quote:
Задача 11. Компоновка холодильника
Предприятие разрабатывает холодильники для хранения биологических компонент при температуре до - 180 гр. С . Существует две формы холодильников:
1 Холодильник в виде ларя с вертикальной загрузкой,
2 Холодильник в виде шкафа.

Может быть в задаче опечатка, и имелась ввиду температура до -18 гр.С, а не до -180?

А то показанный на фото холодильник-шкаф ну ни как не тянет на криогенную технику.

Re: Задачи II конкурса "Мастер ...

Alex wrote:

А то показанный на фото холодильник-шкаф ну ни как не тянет на криогенную технику.

Показанные на фото шкафы не являются точным отражением того, что делают на предприятии. Речь идет о -180 С.

Re: Задачи II конкурса "Мастер ...

Изображение пользователя Leonid.

Вопрос (вернее, пожелание) к Задаче №1:
Хотелось бы увидеть вид готового шва изнутри (поплавка).
Можно ли организовать фотографии такого шва - как для качественного, так и для бракованного шва?
Заранее благодарен,
Л. Шуб

Subscribe to Comments for "Задачи II конкурса "Мастер устранения противоречий""