ТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В прошлом, кода ремесленник создавал свои изделия: щит, меч, телегу, сельскохозяйственный инвентарь, домашнюю утварь и проч., изменение формы кустарного изделия происходило методом проб и ошибок, путем бесчисленных неудач и редких успехов на протяжении многовекового опыта нескольких поколений мастеров. Именно поэтому на первом этапе развития производства ремесло передавалось по наследству. Только так можно было добиться успеха на тернистом пути созидания. Этот медленный и дорогостоящий последовательный поиск «невидимых линий» удачной конструкции может в конечном итоге привести к удивительно точно уравновешенному изделию, которое в очень высокой степени удовлетворяет запросы потребителя.

При этом ремесленник не вычерчивал даже эскизов своего изделия и порой не мог толком удовлетворительно объяснить, почему он принимал то или иное решение.

Принципиальная разница между ныне общепринятом способом разработки изделий с помощью масштабных чертежей и предшествующих ему кустарных промыслов заключается в том, что сейчас поиск форм методом проб и ошибок отделен от производства, что эксперименты и изменения осуществляются на бумаге, а не на самом изделии.

Теперь стало возможным до изготовления увидеть на графической модели форму изделия в целом и его отдельные детали, задать их размеры. Это способствовало разделению труда при изготовлении машин. Естественно, все это привело к тому, что основная часть трудностей и радостей творчества ушла из производственной сферы и стала уделом нового типа работников, тех, кто создает чертежи. В свою очередь и проектировщик зачастую лишается возможности созерцать повседневный процесс появления материального воплощения своего детища. Таким образом «проектирование» или «конструирование» выделились в отдельную, особую профессию. Однако, процесс становления «проектирования» и «конструирования» был чрезвычайно медленным и растянулся на несколько веков. Первые рисунки, по которым можно узнать способ изготовления предметов в России, найдены в летописях 13...14 вв. Важным шагом в развитии чертежного метода проектирования является опубликование в 1719 г. труда французского инженера Гаспара Монжа «Начертательная геометрия».

На первом этапе становления чертежного метода ремесленники применяли масштабные эскизы более напоминающие рисунки, чем чертежи. Они использовались главным образом для хранения информации и доведения ее до помощников. Так, например, весь флот дореволюционной России был создан посредством таких чертежей, мало напоминающих современную техническую документацию. На этих чертежах отображались контуры корабля, его размеры, расположение основных машин, механизмов, вооружения, а также сведения о броне, скорости и водоизмещении. В то время еще ни кому не приходило в голову разрабатывать чертеж ступеньки корабельной лестницы, трубки водомера паровой машины или даже броневых листов корпуса. Априори предполагалось, что мастера-корабелы сами знают, как решать «второстепенные» производственные вопросы. Хотя было модно подробно документально и графически отражать интерьер кают-компаний, а также кают высших командиров и почетных гостей. А вот в современной промышленной продукции соответствующей технической документацией регламентируется все вплоть до шайб и применяемых смазочных материалов. Непосвященный может только догадываться, как выглядит техническая документация, например, на авианесущий крейсер. Таким образом, за несколько веков человечество прошло путь от рисунков на песке до полностью регламентированной технической документации.

Чертеж позволяет конструктору видеть все изделие целиком, и он может сравнительно легко вносить в него те или иные изменения, вплоть до принципиальных. Хотя понятно, что изменения формы одной из деталей сразу же может оказать влияние на все изделие. Этим и объясняется тот факт, что конструктор - едва ли не единственный специалист современной промышленности, остающийся «целостником», а не «частичником». Он защищает свое творение как единое целое, которое нужно либо принимать без изменений, либо все «до основания» переделывать. Он слишком хорошо знает, сколько труда ему пришлось вложить в многократные циклы изменений, прежде чем было достигнуто тонкое равновесие, закрепленное в окончательном варианте его проекта. Именно это обстоятельство обычно заставляет проектировщика работать над одним вариантом изделия. При необходимости сопоставления и выбора наиболее рационального варианта конструкции могут быть последовательно или параллельно разработаны им или другими конструкторами иные варианты конструктивного воплощения изделия. История техники знает немало примеров проведения специальных конкурсов проектов. Так, например, это характерно для архитектурных и военных проектов, что обычно обусловлено их высокой стоимостью и большими социально-экономическими последствиями нерационального дизайнерского или технического решений.

Особенностью такого метода проектирования является резкое сужение поля поиска решений. Конструктор путем интуитивного выбора, на основе своего опыта и логических умозаключений отбирает из огромного возможного разнообразия форм и размеров составляющих элементов наиболее рациональные, как ему представляется, конструктивные решения. При этом важно отметить и другую особенность: над чертежом одновременно может работать только один человек, и все аспекты, которым должна удовлетворять конструкция, приходиться держать в одной голове.

Из-за этого на ранних стадиях проектирования чертежным способом работу над машиной или другим объектом ведет всего один человек, чаще всего главный (ведущий) конструктор проекта или руководитель группы. Только после того, когда ведущему конструктору удалось найти приемлемое принципиальное решение проблемы в целом, сформулировать ее отдельные задачи и наметить пути их решения, можно распределять работу между несколькими исполнителями.

Отсюда следует главный существенный недостаток чертежного метода проектирования: невозможность привлечения многих компетентных умов к решению задачи на самом важном этапе проектирования. Очевидно, что этот метод совершенно непригоден в новых ситуациях, когда необходимый для работы опыт выходит за пределы возможностей одного человека.

Однако, существует и обратная проблема. Как принято считать, двугорбый верблюд является первым плодом коллективного творчества. Действительно, по мере «расползания» проекта по множеству исполнителей нередко утрачиваются отдельные тонкости первоначальной идеи, возрастают сложности согласования бесчисленного множества конструктивных, технологических и эксплуатационных особенностей машины. Так, в 80-е годы ряд проектных организаций машиностроительного профиля отказался от услуг деталировщиков. Основная часть проектной работы была возложена на ведущего конструктора и лишь в случае крайней производственной необходимости к работе стали подключать специалистов равного ему уровня. В результате существенно сократилось число ошибок, выросла технологичность конструкций, сократились сроки изготовления и доводки опытных образцов. Всего этого удалось добиться благодаря сокращению потерь информации по мере движения от принципиальной схемы к рабочим чертежам деталей.

Метод масштабного чертежа дает прекрасные результаты на уровнях изделий и их частей. Его пригодность для принятия решений на уровне систем (обрабатывающий центр, автомобиль, самолет, подводная лодка и проч.) в 50...60^-х годах была признана крайне сомнительной.

Однако, на рубеже двадцатого века область применения традиционного чертежного метода существенно расширилась в сторону более сложной техники. Это обусловлено следующими обстоятельствами.

Во-первых, вырос и продолжает расти уровень подготовки специалистов, особенно актуальной оказалась их комплексная многосторонняя подготовка по различным направлениям науки.

Во-вторых, неизмеримо выросло техническое оснащение конструктора. На смену кульману и готовальне пришли мощные графические станции, прикладные пакеты, пригодные практически для моделирования любых физических, химических и социально-экономических процессов.

В-третьих, за прошедшие три десятилетия удалось модернизировать ряд методик системного проектирования по поиску рационального решения задачи на стадии принятия решений применительно к чертежному методу.

Современное проектирование строго регламентировано Государственными стандартами «Единая система конструкторской документации» (ЕСКД) - ГОСТ2.001-70, устанавливающими взаимосвязанные правила и положения по порядку разработки, оформления и обращения конструкторской документации, разрабатываемой и применяемой организациями и предприятиями России. Разработка любого оборудования должна осуществляться в соответствии с ЕСКД.

Основу ЕСКД составляют следующие стандарты.

ГОСТ2.101-68 (или бывший стандарт стран экономической взаимопомощи СТ СЭВ 364-76) устанавливает следующие виды изделий: детали, сборочные единицы, комплексы, комплекты. Схема видов изделий и их структура приведены на рис.1.

Изделия в зависимости от наличия или отсутствия в них составных частей делят на :

а) неспецифицированные - не имеющие составных частей (детали);

б) специфицированные - сборочные единицы, комплексы и комплекты, состоящие из двух и более составных частей, требующие выполнения спецификации, которая определяет состав изделия, а также конструкторских документов, необходимых для изготовления изделия.

Деталь - изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций.

Сборочная единица - изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями (свинчиванием, клепкой, сваркой, пайкой, опрессовкой, развальцовкой, склеиванием, сшивкой и т.д.).

Комплекс - два и более специфицированных изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций. Например, поточная линия станков, вентиляционная установка для транспортировки хлопка на текстильной фабрике, автоматическая телефонная станция, персональный компьютер и проч.

Комплект - два и более изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но представляющих набор изделий, имеющих общее назначение вспомогательного характера. Например, комплект инструмента и принадлежностей для автомобиля, комплект запасных частей станка и т.д.

Данная классификация обычно и используется для распределения работы между исполнителями и определения порядка ее выполнения.

ГОСТ 2.102-68 (СТ СЭВ 4768-84) устанавливает виды и комплектность конструкторских документов на изделия всех отраслей промышленности. К конструкторским документам относят графические (чертежи, схемы и т.п.) и текстовые документы, которые в отдельности или в совокупности определяют состав и устройство изделия и содержат необходимые данные для его разработки или изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта.

В зависимости от содержания и назначения документам присвоены следующие названия.

Чертеж детали - документ, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для ее изготовления и контроля.

Сборочный чертеж - документ, содержащий изображение сборочной единицы и другие данные, необходимые для ее сборки (изготовления) и контроля. К сборочным чертежам также относят гидро- и пневмомонтажные чертежи.

Чертеж общего вида - документ, определяющий конструкцию изделия, взаимодействие его основных составных частей и поясняющий принцип работы изделия.

Габаритный чертеж - документ, содержащий контурное (упрощенное) изображение изделия с габаритными, установочными и присоединительными размерами.

Монтажный чертеж - документ, содержащий контурное (упрощенное) изображение изделия, а также данные, необходимые для его установки (монтажа) на месте применения. К монтажным чертежам также относят чертежи фундаментов, специально разрабатываемых для установки изделия.

Схема - документ, на котором показаны в виде условных изображений или обозначений составные части изделия и связи между ними.

Спецификация - документ, определяющий состав сборочной единицы, комплекса или комплекта.

Ремонтные документы - документы, содержащие данные для выполнения ремонтных работ на специализированных предприятиях.

Кроме перечисленных, ГОСТ 2.102-68 предусматривает и другие документы (технический паспорт, инструкцию по эксплуатации и проч.). Все это и составляет предмет деятельности коллектива проектировщиков.

ГОСТ 2.103-68 (СТ СЭВ 208-75) устанавливает стадии разработки изделий и их содержание. На рис.2 представлена структура процесса проектирования новой техники согласно ГОСТу.

К проектной конструкторской документации (КД) относятся:

1) техническое задание (ТЗ) (ГОСТ2.117-73);

2) техническое предложение (ТП) (ГОСТ2.118-73);

3) эскизный проект (Э) (ГОСТ2.119-73);

4) технический проект (Т) (ГОСТ2120-73).

К рабочей конструкторской документации относятся:

1) чертежи деталей сборочных единиц изделия;

2) сборочные чертежи изделий;

3) спецификации;

4) габаритные чертежи;

5) монтажные чертежи;

6) схемы и другие документы, необходимые для сборки (изготовления) и контроля.

Первые три этапа проектирования (рис.2) условно можно отнести к предпроектным работам, а последующие два и эскизное проектирование к конструкторской стадии работы. Эскизный проект включает в себя как отдельные сборочные чертежи, так и принципиальные схемные решения, поэтому трудно отнести его к какой-то одной стадии работ.

Проектные и конструкторские работы различаются тем, что проектные работы связаны с разрешением проблем на уровне принципов схем и проч., а конструкторские - с конструированием деталей, сборочных узлов и проч. Проектная конструкторская документация является основой для разработки рабочей конструкторской документации. В зависимости от способа выполнения и характера использования конструкторские документы имеют следующие наименования, установленные ГОСТ2.102-68.

1. Оригиналы - документы, выполненные на любом материале (бумаге, ткани) и предназначенные для изготовления по ним подлинников.

2. Подлинники - документы, оформленные подлинными подписями лиц, участвующих в разработке документа, и выполненные на любом материале, позволяющем многократное воспроизведение с них копий.

3. Дубликаты - копии подлинников, обеспечивающие идентичное (одинаковое) воспроизведение подлинника, выполненные на любом материале, позволяющем снять с них копии.

4. Копии - документы, выполненные способом, обеспечивающим их идентичность с подлинником или дубликатом, и предназначенные для непосредственного использования при разработке конструкторской документации, в производстве, при эксплуатации и ремонте изделий.

Все конструкторские документы имеют литеры, соответствующие этапам разработки (см. обозначения в скобках на рис.2). Исключение составляет разработка рабочей документации, где литера О соответствует документации на опытный образец, А - документации установочной серии, а Б - установившегося производства.

Документы, предназначенные для разового использования в производстве, допускается выполнять в виде эскизных конструкторских документов, наименования которых в зависимости от способа выполнения и характера использования аналогичны перечисленным выше.

Содержание и объем каждого этапа проектирования регламентированы соответствующими стандартами (указаны в скобках на рис.2).

Вопросы для самоконтроля

1. Каким образом ремесленнику удавалось достигать совершенства выпускаемой продукции?

2. В чем заключается принципиальная разница дочертежного и чертежного метода проектирования?

3. Чем обусловлена необходимость применения масштабных чертежей?

4. Перечислите основные недостатки и их причины для чертежного метода проектирования?

5. В чем заключаются современные перспективы развития чертежного метода проектирования?

6. Что такое ЕСКД и для чего она служит?

7. Перечислите основные виды изделий в зависимости от наличия или отсутствия в них составных частей. Приведите примеры.

8. Что означает термин «специфицированное изделие»?

9. Перечислите последовательность этапов проектирования продукции согласно стандарту и их содержание.

10. Дайте определения основным конструкторским документам и поясните их примерами (чертеж детали, сборочный чертеж, чертеж общего вида, габаритный чертеж, монтажный чертеж, схема, спецификация) .

11. В чем состоит различие между проектной конструкторской документацией и рабочей конструкторской документацией?

12. Поясните способ выполнения и характер использования следующих документов: оригинал, подлинник, дубликат, копия.