Презентация, доклад на тему Разработка конструкции в заданной ситуации: нахождение вариантов, отбор решений, проектирование и конструирование, испытания, анализ, способы модернизации и принятия решения

конструирование, испытания, анализ, способы модернизации, альтернативные решения ФГОС 5 класс

Выполнила: Рыбакова Нина Николаевна учитель технологии МОБУ «СОШ № 62» города Оренбурга
2019 год

конструкции.
Виды систем в конструировании электронной аппаратуры.
Система организации и разработки производства.
Схема подсистемы «заказчик-разработчик».

конструкции.
Система требований предъявляемых к конструкции.
Физминутка.
Практическая работа № 54 «Конструирование простых систем на примере телефона».
Итог урока. Рефлексия.
Литература.

решений, проектирование и конструирование, испытания, анализ, способы модернизации и принятия решения»

самостоятельный поиск решений нацеленных на изучение данной темы урока.
Задачи:
Образовательная: изучить этапы процесса разработки конструкции на примере электронной аппаратуры;
Развивающая: развивать конструкторское мышление и творческое воображение;
Воспитательная: воспитывать самостоятельность, умения работать в коллективе, рассуждать и принимать нужное решение;
Профориентационная: ознакомить с работой проектных организаций, занимающихся разработкой конструкций изделий.

с различной аппаратурой имеющей определённую конструкцию в зависимости от своего назначения. Современные школьники имеют достаточный доступ к таким видам электронной аппаратуры, как смортфон, телефон, компьютер и т.д. Эта техника вызывает неподдельный интерес у детей с раннего возраста.
Поэтому изучение темы урока, связанной с разработкой конструкции в заданной ситуации, как никогда актуальна для нашей молодёжи. На её примере можно проследить не только за процессом создания данного изделия на этапах «заказчик-разработчик» и «заказчик- производство», но и заставить обучающихся включиться в групповую творческую деятельность, представив себя в роли «конструктора –разработчика».

«Конструкция есть совокупность деталей (или тел) с разными физическими свойствами и формами, находящихся в определенной электрической (в соответствии с электрической принципиальной схемой) пространственной, механической, тепловой, магнитной и энергетической взаимосвязи, обеспечивающая выполнение заданных функций с необходимой точностью и надежностью в условиях внешних воздействий и предусматривающая возможность ее повторения в условиях производства».
Термин «конструкция» произошел от латинского constructio, что означает строение, устройство, построение, план, взаимное расположение частей (сооружения, машины, проекта и т.п.).

процесс, объединяющий специалистов различного профиля с целью получить изделия, соответствующие техническому заданию (ТЗ). К разработке привлекаются материальные, технические и математические методы синтеза и оптимизации, системы автоматизации проектирования и т.д. Всё перечисленное взаимосвязано взаимодействует, составляет большую систему.

т.д. , целенаправленно взаимодействующих.
Под большой системой будем понимать совокупность целенаправленно действующих объектов, имеющих иерархическую структуру со сложными взаимосвязями.
Большая система имеет вероятный характер и состоит из подсистем.

системы организации разработки и производства изделий и системы творческого процесса анализа, синтеза и оптимизации конструкций.
Изучение этих систем представляет теоретический и практический интерес, поэтому рассмотрим некоторые особенности их и существенные связи.

согласование технического задания (ТЗ) при стоимостных и временных ограничениях с возможностями разработки данного изделия.
Основной документ для конструкторской разработки- ТЗ. Оно содержит основные требования заказчика, предъявляемые к создаваемой аппаратуре. Кроме ТЗ заказчик передаёт разработчику средства, необходимые для разработки и производства задания.

устанавливаются необходимые связи, обеспечивающие своевременную консультацию, согласование и утверждение предложений разработчика. Эти связи зависят от объёма и сложности заказа, организационных структур заказчика и разработчика.
Рассмотрим упрощённую схему системы заказчик-разработчик по уяснению и согласованию ТЗ, оценке стоимости аппаратуры, оценке возможностей выполнения заказа при стоимостных и временных ограничениях.
Разработкой занимается главный конструктор, который размещает заказ в нескольких проектно-конструкторских организациях, где разрабатывают принципиальные основы аппаратуры, её схемы и конструкции, включая опытный образец, с последующей передачей технической документации в серийно-конструкторские бюро для составления конструкторско-технической документации серийного производства.

можем определить, что согласования ТЗ и принципиальных основ построения аппаратуры закончены. Выбран базис и составлена первичная ведомость покупных изделий. Она является основным документом при определении стоимости заказа.

к статьям основных расходов относятся трудозатраты, стоимость материалов и готовых изделий. Зная норматив отрасли, устанавливающий процент стоимости готовых изделий в общей стоимости заказа, определяют проектную стоимость заказа и сравнивают её с заданной. После этого изыскивают дополнительные ресурсы или оценивают время, затраченное на разработку проекта или использовать норматив отрасли по трудозатратам на разработку проекта.
Сравнивают полученное при расчёте время разработки tф с заданным tз.
 Если tф< tз, то формируют план «последовательной» разработки для конструкторских и технологических подразделений.
 Если tф>tз, то привлекают людской резерв и формируют план «параллельной» разработки, т.е. одновременное проектирование всех конструкторских модулей.
При таком виде разработки вопросы согласования приобретают важнейшее значение. После формирования плана разработки ставится конструкторская задача исполнителям. Далее переходят к системе разработчик—производство.

разработки аппаратуры разбивается на подзадачи, для каждой из которых определяется проектное значение показателя качества. Подзадачами могут быть компоновка, тепловой режим, защищенность от механических воздействий, помехозащищенность и т. д. Кроме того, определяется план работ и ресурсы, отпускаемые на разработку конструкции.

началом разработки проводится исследование сопоставимых изделий с привлечением априорной информации. Выявляются основные свойства разрабатываемой конструкции и известной, затем проводится их сравнение. Выделяют показатели назначения, габаритно-массовые и эксплуатационные.
Если результаты сравнения удовлетворяют разработчика, то принимают конструкцию сравниваемого изделия, если результаты неудовлетворительны, то выделяются рассогласования и оцениваются возможности улучшение показателей качества, затем производится оптимизация конструкции и сравнение её показателей с заданными; если результаты удовлетворительны, то проводится разработка конструкции. При неудовлетворительных результатах сравнения производят дополнительные исследования и ищут пути улучшения конструкции.

организационные системы позволяют увидеть основные взаимосвязи между заказчиком и разработчиком и логику принятия решений при разработке изделия.
Системные методы в конструировании электронной аппаратуры и, в частности, в организации конструкторской разработки, предопределяют системные методы в творческом процессе создания изделий. Они проявляются в комплексности и целенаправленности разработки, в наличие конечной цели. При этом предполагается обязательный учет взаимосвязей между отдельными явлениями и объектами и их взаимная обусловленность.

создания аппаратуры как теории отражения, согласно которой человеческие ощущения, понятия и познание в целом есть отражение объективно существующей действительности.
Эксперимент, восприятие явлений, информация о сопоставляемых объектах образуют как бы исходную ступень познания — живое созерцание.
Анализ и обобщение результатов эксперимента, обобщение априорной информации, необходимой для ведения разработки конструкции, привлечение эвристических и формальных методов для синтеза аппаратуры и сам синтез составляют вторую ступень познания - абстрактное мышление.

Воплощение в конструкции полученных знании на предыдущих ступенях познания, разработка и производство опытных и серийных образцов аппаратуры, ее эксплуатация, результаты анализа, синтеза и оптимизации апробируются практикой, кото­рая представляет собой основу познания и критерий истины.
Следует подчеркнуть, что открытие объективных законов, отраженных при синтезе и оптимизации конструкций, достигается на второй ступени познания. Сами законы и методы, используемые при синтезе и оптимизации, — это отфильтрованное существенное, необходимое для создания аппаратуры, соответствующей техническому заданию и современному уровню.
Эксперимент, анализ, синтез и оптимизация находятся в единстве, создавая единый процесс познания или в данном случае образуют систему творческого процесса создания аппаратуры. Истинность добытых знаний, воплощенных в конструкции, проверяется практикой.

стадии разработки объектом исследований являются исходные данные, заложенные в техническом задании. Ими могут быть вещи или предметы (конструкция и ее состав, элементный базис и т. д.), а также явления (быстродействие, память, помехозащищенность и т. д.).
В процессе работы конструктор вместо реальных объектов исследует их модели, т. е. абстрагируется с целью достижения определенной формализации явлений, необходимой для использования ЭВМ или для облегчения процедуры исследований.

объект любой природы, который с определенной степенью точности замещает исследуемый объект.
Наиболее простыми моделями являются предметные. Это статистические модели, например макет прибора, здания, самолета и т.д. Они в основном предназначены для изображения геометрического образа исследуемого объекта. Иногда эти модели называют изобразительными.
Особое место принадлежит математическим моделям. Эти модели зачастую являются наиболее эффективным средством изучения реального объекта,, настоящего или создаваемого.

модели оттеняют «существенные> свойства исследуемого объекта или явления. Модели должны обладать свойством воспроизводства физической ситуации по определенным правилам, устанавливающим их соответствие физическому объекту или явлению. В настоящее время в связи с широким внедрением вычислительной техники во все сферы человеческой деятельности значительное место в исследованиях заняли электронные модели, которые являются способом выражения математической модели в наглядной форме при помощи легко управляемых процессов, происходящих в электрических цепях.
Математические модели можно подразделить на аналитические и статистические.

модели устанавливают взаимосвязи, существующие в физической ситуации, при помощи функциональных зависимостей, выраженных в виде формул, обыкновенных уравнений, дифференциальных уравнений и т. д.
Они описывают довольно просто предметы или явления и, не отражают всего многообразия существующих связей, однако в практической деятельности они находят широкое применение в основном из-за наглядности отражения существующих явлений.
Преимущество статистических моделей перед аналитическими в том, что они учитывают многообразие факторов, включая и случайные, присущие изучаемому объекту или явлению. Однако результаты статистического моделирования труднее поддаются осмысливанию и обработке. Совместное применение аналитических и статистических моделей дает лучшие результаты.

этапом в цепи исследований объекта является принятие решения, для осуществления которого необходима последовательность действий, однозначно ведущих к цели, иными словами, необходим алгоритм решения.
Следует отметить, что результаты анализа составляют основу для следующего этапа, которым является математический синтез, заключающийся в отыскании заданной конструкции через математическую формулировку задачи. Однако математический синтез, даже с помощью ЭВМ не позволяет получить исчерпывающего рецепта создания конструкции при этом, чем она сложнее, тем труднее сформулировать задачу и процедуру математического синтеза. В такой ситуации прибегают к эвристическому синтезу, т.е. к синтезу, опирающемуся на опыт конструирования, на определенный комплекс накопленных знаний в этой области. В настоящее время используется комбинация математического и эвристического синтеза, называемая инженерным синтезом.

изложенное, можно в общих чертах представить создание конструкции следующим образом: анализ задания и исследование сопоставимых образцов конструкции, формирование примерного образа создаваемого изделия, разработка математической или иной модели, ее решение, составление математической формулировки задачи синтеза с привлечением эвристических методов и, наконец, процесс создания техниче­ского документа на предполагаемую конструкцию.
На основе анализа многолетнего опыта работы конструкторских организаций установлена стадийность разработки конструкторской документации (ГОСТ 2.103-68). Содержание работ и стадии разработки приведены ниже.

   
Технический проект  
Рабочий проект    
Серийное производство 

условий эксплуатации
Разработка предложений и их утверждение у заказчика. Присваиваемся литера "П" для документации данного этапа Разрабатывается эскизный проект ЭВА, включая блочный состав, источники питания и размещения. Документам присваивается литера "Э".
Разработка технического проекта с присвоением документам литеры "T". Изготовление макетов
Разработка конструкторский документации для производства опытных образцов, корректировка документации, испытание опытных образцов
Изготовление опытной серии. Корректировка конструкторской документации. Изготовление и испытание готовой серии. Корректировка конструкторско-технологической документации

воздействий;
требования помехозащищённости;
эргономические требования;
требования безопасности;
экономические требования.

определяется основными техническими параметрами, указанными в соответствующих документах (стандартах, технических условиях, документах на поставку и т.д.) и закладывается в процессе разработки, должно быть обеспечено при изготовлении и эксплуатации.
Надежностью называют свойство системы сохранять величины выходных параметров в пределах установленных норм при заданных режимах и условиях в течение требуемого интервала времени.
Улучшение надежности электронного устройства, как и любого другого, сопряжено с дополнительными затратами времени, материальных и денежных средств. Поэтому задаваемый уровень надежности должен быть согласован с эксплуатационными и производственно-техническими требованиями с эконо-мической целесообразностью и возможностью.
Повышение надежности может вызвать необходимость увеличения габаритов и веса, а также усложнение обслуживания устройства. Максимально возможный уровень надежности должен задаваться для всех устройств, выход из строя которых может повлечь за собой человеческие жертвы.

использования. При этом управление и обслуживание электронной техники связано с использованием органов управления, измерительных приборов и индикаторов.
Требования к конструкции и установке органов управления:
-   минимальное число органов управления;
-   удобное для оператора расположение и конструкция органов управления; -   устойчивость органов управления к действию случайных механических ударов и вибраций.
Индикаторы должны быть четкими, хорошо различимыми в конкретных условиях эксплуатации, лаконичными и понятными. Они должны легко и просто устанавливаться и соединяться (механически и электрически). При этом должна исключаться возможность какого-либо повреждения и обеспечиваться безопасность обслуживающего персонала.

иногда и блоков, при выходе из строя стоит дорого. Поэтому конструкция электронной техники должна позволять быстро осуществлять процесс восстановления работоспособного состояния, т.е. устройство должно быть ремонтопригодным.
Для улучшения ремонтопригодности в конструкции необходимо создать возможности для
-   быстрого определения места повреждения;
-   быстрого определения причины повреждения;
-   легкой замены неисправного элемента.
Для определения причины а иногда и прогнозирования возможных неисправностей целесообразно использовать встроенное контрольно-испытательное оборудование. В некоторых случаях достаточным является применение доступных контрольных цепей, так называемых контрольных точек.
Для быстрой замены неисправного элемента необходимо обеспечить легкую доступность к нему. В наибольшей степени это удается при блочной конструкции.
Обеспечение высокой степени ремонтопригодности может повлечь за собой неблагоприятное влияние на его основные функциональные характеристики. Например, введение большого количества разъемных блоков с контрольными цепями, как правило, уменьшает надежность устройства, увеличивает стоимость, габариты и вес. При большом числе несложных блоков с разъемами конструкция оказывается механически менее прочной.

габаритов и веса имеет особую актуальность для переносных устройств и для устройств некоторых специальных назначений.
Пути уменьшения габаритов и веса:
-   применение в схемах современной элементной базы электроники;
-   применение магниевых, алюминиевых и титанистых сплавов;
-   замена металлов на пластмассы или слоистые пластики;
-   совмещение функций нескольких узлов.

микроорганизмы и др.) необходима не только для обеспечения нормальной работы электронной техники при эксплуатации, но и при хранении и транспортировке.
Как правило, защита электронной техники от внешних воздействий влечет за собой усложнение конструкции. При этом увеличиваются габариты, вес стоимость, часто ухудшается ремонтопригодность. Отсутствие защиты от внешних воздействий может вызвать заметное снижение надежности электронной техники. Следовательно, необходимо правильное соотношение между факторами, усложняющими конструкцию, и надежностью электронной техники.
Наиболее трудно защищать конструкцию от действия тепла и влаги. Отвод тепла всегда сопряжен с заметным увеличением габаритов электронной техники.
Чтобы не вызывать излишнего усложнения конструкции, необходимо тщательно анализировать реальные условия эксплуатации, хранения и транспортировки, уровни внешних воздействий, время их действия, совместимость и т.п.
В ряде случаев целесообразно применять защиты разового действия, например, специальные упаковочные средства для транспортировки. Аналогичные средства могут быть использованы для хранения (консервации).

во вновь разработанном изделии ранее разработанных и освоенных производством деталей и узлов. Преемственность элементов конструкции снижает сроки разработки рабочих чертежей и стоимость подготовки производства за счет использования имеющейся оснастки. Недостаток конструктивной преемственности заключается в том, что использование уже известных конструкций по существу не вносит ничего нового в разрабатываемом электронной техники. Вместе с тем, как показывает практика, хорошие функциональные характеристики могут быть получены и при использовании сравнительно небольшого количества новых материалов, полуфабрикатов, узлов и деталей.
Важнейшей предпосылкой преемственности является унификация, нормализация и стандартизация.

и тех же или близких по своему характеру функций. Она является первой ступенью использования преемственности. Унификации могут подвергаться все структурные части конструкций электронной техники (от детали до блока) и материалы, например, колодки для монтажа конденсаторов и резисторов, блоки питания и т. п.
Нормализация это ограничение многообразия конструкций, предписываемые конструктору данного предприятия или отрасли промышленности. Оно является более высокой ступенью преемственности конструкции, чем унификация.
Требования нормализации излагаются в специальном документе, называемом нормалью, где приведен перечень рекомендуемых к применению разработанных (а в ряде деталей случаев освоенных и выпускающихся) узлов и блоков, а также ограничение номенклатуры (для данного предприятия или отрасли) материалов, полуфабрикатов и типовых изделий.
Требования нормализации широко применяются к крепежным деталям, материалам, монтажным проводам и кабелям, вспомогательным монтажным деталям (платам, скобам, лепесткам и т.п.). В меньшей степени удается нормализация блоков ( в особенности, рассчитанных на выполнение большого числа сложных функций).
На предприятиях применяются как нормали собственной разработки, так и нормали других предприятий и ведомств. Нормаль должна отвечать всем требованиям которые предъявляются к разрабатываемому электронной техники. Устаревшая нормаль оказывается не только бесполезной, но и вредной, тормозящей развитие технического прогресса.
Стандартизация есть метод ограничения  разнообразия и регламентирование единства качественных показателей промышленной продукции, классификации, кодирования, терминологии, технических требований, методов испытаний, требований к упаковке, транспортировке и т.п.
Использовать унифицированные, нормализованные и стандартные материалы, полуфабрикаты, типовые изделия, узлы и детали следует только с учетом экономических характеристик электронной техники.

средств и времени на всех стадиях создания, производства и эксплуатации изделия.
Различают два вида технологичности производственную и эксплуатационную.
Производственная технологичность конструкции проявляется в сокращении времени и средств на конструкторскую и технологическую подготовку производства нового изделия, процессы изготовления изделия, организацию и управление процессом производства.
Повышение производственной технологичности можно обеспечить путем:  
-  рационального выбора конструктивной структуры электронной техники, которая должна предусматривать возможность автономного изготовления ее частей (блоков и узлов);   
- ограничение номенклатуры составных частей конструкции и применяемых материалов;  
-  использование конструкторских решений, которые позволяют снизить затраты на доступ к составным частям, их установку и съем, обеспечивают взаимозаменяемость;
  - применения высокопроизводительных и малоотходных технологических решений, основанных на типизации технологических процессов, применении стандартных средств технологического оснащения, достижения рационального уровня механизации и автоматизации труда в производстве;  
 -  уменьшения числа регулировочных операций, которые должны быть простыми и окончательными и не требовать специальной корректировки после сборки всего электронной техники;
Эксплуатационная технологичность конструкции изделия проявляется в сокращении затрат (средств и времени) на подготовку изделия к функционированию, на его техническое обслуживание и ремонт.

на этапе разработки и определяется затратами на разработку, производство и эксплуатацию.
По уровню затрат времени и средств электронную аппаратуру можно разделить на следующие основные группы:
1) принципиально новое, выполняющее новые функции, с использованием большого количества новых научно-технических решений;
2) рассчитанное на выполнение функций, которые ранее не выполнялись , но основанное на хорошо известных технических решениях;
3) выполняющее известные функции и рассчитанное на использование сравнительно большого количества новых технических решений.
4) рассчитанное на использование небольшого количества новых технических решений, схем, конструкций;
5) являющееся модификацией (модернизацией) уже готового электронного прибора.
Наибольшие затраты будут при разработке и изготовлении первой группы ЭУ и наименьшие пятой группы. Однако, последняя группа будет мало отличаться по своему научно-техническому уровню от известной конструкции

Задание для обучающихся:
Предложить конструкцию сотового телефона в заданной ситуации;
Найти нужный вариант и разработать его;
Провести испытание и анализ данной конструкции;
Продумать способы модернизации модели изделия;
Принять нужное решение по внедрению данной разработки в производство.

видов систем в конструкции аппаратуры?
3. Как называются системы в конструировании аппаратуры?
4. Как вы понимаете организацию, разработку и производство продукции?
5. Как вы понимаете систему творческого процесса, анализ, синтез и оптимизацию конструкции?
6. Как называется основной документ предназначенный для конструкторской разработки?
7. Какие связи устанавливаются между заказчиком и разработчиком и от чего они зависят?
8. Чем занимается главный конструктор?

конструкции и технологии
Если tф< tз; Если tф< tз ?
10. Какие основные показатели выделяют при анализе конструкции?
11. Что такое эксперимент?
12. Кто исследует конструкцию в процессе разработки модели?
13. Что такое модель?
14. Назовите виды модели.
15. Перечислите стадии разработки конструкции.
16.Какова система требований к конструкции?

красного  цвета, если нет,  зелёного.
красный - восторженное; 
оранжевый - радостное, теплое;
желтый - светлое, приятное; 
зеленый – спокойное; 
синий - неудовлетворенное, грустное; 
фиолетовый - тревожное, напряженное; 
черный - упадок, уныние.

Казакевича.М.: просвещение, 2017.
Сахаров П. В. Технология электроаппаратостроения. — Москва: Энергия, 1965. — 512 с.
Долин П. А. Справочная книга по технике безопасности в энергетике. — Москва: Энергия, 1978, кн. 1. — 654 с., кн. 2. — 606 с.
 Технологичность конструкций. Справочное пособие Под ред. С. Л. Ананьева и В. Л. Круповича. — Москва: Машиностроение, 1969.  —  452 с
Конструкторско-технологические расчеты электронной аппаратуры Авторы/составители: Камышная Э.Н., Маркелов В.В., Соловьев В.А. Издательство:Московский Государственный Технический Университет (МГТУ) имени Н.Э. Баумана