Составить полное описание основных технических требований, которыми определяется искомый размер
В данном случае эксплуатационные требования заключаются вследующем: стул должен сохранять удобный профиль сиденья, а рабочие нагрузки не должны приводить к образованию трещин и остаточной деформации. Описание эксплуатационных условий могло бы иметь следующую форму: а) стул предназначен для использования
деформациям, при которых сидящий ощущал бы явное неудобство или неуверенность;
в) остаточные деформации после трех
лет нормальной эксплуатации ни в од
ной точке не должны превышать 7,5 мм;
г) после трех лет нормальной эксплуа
тации допускаются только такие трещи
ны, которые незаметны сидящему и
практически не влияют на прочность.
Как можно точнее определить интервал значений, в котором заключена неопределенность.
Проектировщику никогда не приходится начинать работу при полной неопределен-
|
в недорогих ресторанах и кафе, в качестве переносной мебели в клубных залах и как мебель для посетителей в учреждениях;
б) он должен противостоять упругим
Рис. 7.13
ности: он всегда может выбрать некоторые экстремальные значения, которые будут заведомо чересчур велики или чересчур малы, чтобы удовлетворять техническим требованиям. Однако он не знает, как далеко от приемлемого интервала
Глава 7 Готовые стратегии (конвергенция)
лежат эти экстремальные значения.
Штриховой кривой на рис. 7.13 показано, как могут изменяться технические характеристики при изменении определяемого размера в широких пределах. Фактический интервал приемлемых значений занимает лишь небольшой участок, на котором кривая лежит выше горизонтальной линии, указывающей нижнюю границу зоны удовлетворительных технических характеристик. В начале работы проектировщик уверен только в том, что кривая, по всей видимости, не может лежать над уровнем удовлетворительных значений на двух заштрихованных участках; но он совершенно не представляет себе, где именно она лежит. Поэтому первый его шаг должен быть таков: исходя
техническим заданием не предусмотрено обеспечение оптимальных технических характеристик изделия (для этого пришлось бы находить пиковое значение кривой) , а просто задан приемлемый минимум, то проектировщику нет необходимости проводить дорогостоящую, а подчас и неосуществимую работу по отысканию истинной формы кривой. Кроме того, в процессе определения приемлемого минимума проектировщик находит интервал приемлемых значений, который даст ему пространство маневрирования для разрешения конфликтов в конструкции (разд. 11.3 "Анализ взаимосвязанных областей решения").
Как видно из гипотетических кривых, приведенных на рис. 7.14, иногда в
|
Рис. 7.14
из опыта и здравого смысла, задать конкретные значения точкам А к В. После этого задача проектировщика сводится к тому, чтобы отыскать хотя бы одно приемлемое значение и по возможности определить положение точек С и Д ограничивающих интервал приемлемых значений. Необходимо отметить, что если
стремлении получить максимально высокие технические характеристики по одной переменной можно резко снизить характеристики изделия по другой переменной (точки Е и F). Только в зоне совпадения ВС, где обе кривые лежат выше приемлемого уровня технических характеристик, можно получить удовлетвори-
В
Поиск границ
тельное конструктивное решение. Если техническое задание (которым определяется приемлемый уровень) составлено правильно, потребитель изделия не заметит небольшой разницы между оптимальным и приемлемым уровнями технических характеристик. Эти оптимальные (пиковые) значения, когда они действительно существуют, обычно представляют только академический интерес. При проектировании пластмассового стула диапазон толщин, относительно которого существует неопределенность, вначале мог определяться следующими соображениями:
а) Заранее можно было вычислить мак
симальную среднюю толщину сиденья,
превышение которой привело бы к зна
чительному возрастанию затрат на мате
риал, несовместимому с запланирован
ной ценой изделия. В данном случае эта
толщина составляла приблизительно
15 мм. Это значение соответствует точ
ке В на рис. 7.13. Сокращение средней
толщины даже на один миллиметр значи
тельно повысило бы доходы фирмы.
б) Минимальная толщина, которая уже
не гарантирует отсутствия остаточных де
формаций и трещин, была известна и сос
тавляла 2,5 мм. Это соответствует точке
А на рис. 7.13.
Задача конструктора, таким образом, заключалась в том, чтобы найти приемлемую толщину в интервале между 2,5 и 15 мм ценой ограниченных затрат времени и средств на проведение поиска. Это было непросто, так как, насколько конструкторам было известно, отсутствовал удовлетворительный способ расчета или моделирования характеристик формованного изделия такого рода, а стоимость инструмента была слишком высока, чтобы можно было изготовить несколько пресс-форм, а затем провести испытания полученных в них изделий различной толщины.
Фирма "Пел" воспользовалась стратегией ступенчатого поиска (поиска методом приращений). При этом вначале изготовляли изделие заведомо недостаточной толщины, проводили его испыта-НИя. в местах разрушения увеличивали
толщину, снова испытывали и снова увеличивали толщину и так до тех пор, пока изделие не перестало разрушаться при испытаниях. Эта стратегия оказалась возможной потому, что пресс-форму можно сконструировать таким образом, чтобы впоследствии по мере необходимости можно было срезать с нее еще немного металла, увеличивая тем самым толщину формуемой детали. Обратный процесс невозможен из-за высокой стоимости изготовления вкладышей в пресс-форму и из-за неровностей, образующихся на поверхности изделия на краях вкладышей.
У такого ступенчатого поиска, к сожалению, есть свой недостаток: найденная с его помощью минимальная приемлемая толщина, вероятнее всего, будет больше, чем она могла быть, если бы к каждому увеличению толщины приспосабливалась вся конструкция стула. Хар-пер [64] сообщает, что фирма "Хилл" (г. Уотфорд, Англия) сконструировала аналогичный стул, не прибегая к ступенчатому поиску. Эта фирма добилась увеличения прочности изделия, которое первоначально оказалось слишком тонким, следующим способом:
а) вначале решено было игнорировать
соображение удобства, сосредоточив вни
мание на придании изделию более жест
кой конструкции;
б) затем экспериментальная пресс-фор
ма была сдана в утиль, а на базе получен
ного опыта была разработана другая кон
струкция, обеспечивающая достаточную
комфортность и прочность при меньшей
толщине, чем у стула фирмы "Пел".
Формованная деталь весила у фирмы "Хилл" значительно меньше, чем у фирмы "Пел", и эта разница могла дать заметное снижение себестоимости в условиях массового производства. Это преимущество, однако, было получено ценой дорогостоящей пресс-формы и потери по меньшей мере года на освоение технологии. Ступенчатый поиск - это, несомненно, дешевый и надежный прием, но он далеко не всегда приводит к оптимальной (в данном случае самой легкой) конструкции.
Глава 7 Готовые стратегии (конвергенция)
3. Изготовить действующую модель, позволяющую регулировать основные параметры технических требований в интервале неопределенности.
На предыдущей стадии ставилась задача сузить интервал неопределенности, чтобы сократить затраты времени и средств на поиск минимально приемлемой толщины. Для фирмы "Пел" интервал неопределенности лежал примерно между 2,5 и 15 мм.
При моделировании необходимо воспроизвести как характеристики разрабатываемого объекта, так и характеристики среды, в которой он должен работать. Выше уже говорилось, что фирма "Пел" не смогла найти удовлетворительный способ моделирования для формованного изделия сложной конфигурации. Ее специалисты решили воспроизвести разрабатываемый объект в виде полномасштабной модели, которая имела все характеристики реального объекта, кроме толщины. Первое опытное изделие имело среднюю толщину около 6,4 мм (а это значит, что первое приращение толщины составило 6,4—2,5=3,9 мм). Ясно, что чем больше это и последующие приращения, тем меньше будут затраты на поиск, но тем больше будет в то же время и риск проскочить далеко за оптимум и, следовательно, сразу увеличить массу и стоимость готового изделия. Чтобы определить необходимую величину приращения, нужно сопоставить расходы на поиск с расчетными убытками от ухода за оптимальную толщину. Приращения не обязательно будут равновеликими: вначале они могут быть достаточно большими, уменьшаясь по мере того, как чувствуется приближение к цели.
Вопрос о моделировании условий эксплуатации стульев фирма "Пел" решила очень просто. Она приняла метод прочностных испытаний, установленный официальными стандартами для школьных деревянных стульев, полагая, что в школе с мебелью наверняка обращаются хуже, чем в ресторанах, клубах и учреждениях, для которых предназначались разрабатываемые фирмой стулья.
Рискованность такого подхода была установлена фирмой "Хилл", которая тоже сначала пользовалась методом испытаний. Она обнаружила, что стулья, выдер-
жавшие официальные испытания, установленные для школьной мебели, не выдерживали все же реальных эксплуатационных условий, и их пришлось изъять. Была разработана новая методика испытаний, а пресс-форма и конструкция изделия претерпели новые изменения.
Обнаружившаяся в данном случае неприемлемость методики испытаний, разработанной для школьной мебели, может иметь две причины:
а) стулья, отличающиеся от традицион
ных по форме и материалу, могут проя
влять чувствительность к каким-то видам
рабочих нагрузок, которые не являются
критичными для стульев традиционной
конструкции;
б) рабочие нагрузки могут зависеть не
только от потребителя, но также от
массы, формы и пластичности самого
стула.
Из обеих гипотез следует, что эксплуатационные условия для конструкции не являются постоянными, а изменяются в зависимости от конструкции. При разработке методики испытаний и моделирования эксплуатационных условий всегда лучше исходить из этого предположения и направить часть усилий проектировщиков на наблюдение и измерение тех эффектов, которые возникают в эксплуатационных условиях при изменении конструкции. Очень трудно убедить себя отказаться от привычной мысли, что требования не зависят от того, каким способом они будут удовлетворены. Можно ли было предвидеть рабочие нагрузки, не изготовив пресс-формы для новой конструкции стула? Вероятно, можно было найти дешевую модель и изучить на ней, как малая масса стула и его новая форма влияют на поведение сидящего и, следовательно, на характер нагружения. Для этого не обязательно было бы в точности воспроизводить в модели поведение конструкции стула. С другой стороны, зависимость нагрузок от пластичности и чувствительности новой конструкции к нагрузкам, которые не существенны для традиционных стульев, вряд ли можно было смоделировать без изготовления пресс-формы и формования стула из намеченного материала. В этом случае каждый новый стул увели-
Поиск границ
ченной толщины нужно было бы использовать, во-первых, для того, чтобы выяснить характер и размеры рабочих нагрузок, а во-вторых, в качестве опытного образца для многократного применения. Всегда хочется (но не всегда целесообразно) потратить время и средства на разработку модели предполагаемых условий вместо того, чтобы в первую очередь заняться более важным делом — определить и измерить сами эти условия (гл. 12 "Методы оценки") .