Ярушин С.Г., Схиртладзе А.Г. - Проектирование нестандартного оборудования (1037551), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Опишем эту процедуру, используя абстрактный пример 1абстрактную морфологическую табл. 21.6), Таблица 21,6 Абстрактная морфологическая таблица Таблица 21.7 С помощью вариантов этого столбца и допустимых комбинаций из табл. 21.7 образуем все возможнь|е комбинации из трех элементов (табл, 21.8). Сравнительный анализ этих комбинаций позволил три из них отнести к наихудшим и исключить. '1'аблица 21.8 А4А4 А 2А4А5 А2А~А~ 3, Выбираем из табл. 21.6 следующий столбец с наименьшим числом альтернатив — столбец Ф~ и с помощью оставшихся допусппиых комбинаций из табл.
21.8 образуем все возможные комбинации из четырех элементов 1табл. 21.9). Поскольку комбинации легко образуются мысленно, то их не обязательно выписывать в клетках таблицы. В табл. 21,9 на основе сравнительного анализа зачеркнуты клетки с наихудшими комбинациями. Таблица 21.9 Сокращение комбинаций из 4 элементов 323 По аналогии с пп. 1-3 образуем таблицы вариантов до последнего столбца, имеющего наибольшее число альтернатив, В последней таблице (после исключения наихудших) Остается множествО допустимых Вариантов ТР. Бели допустимых вариантов окажется довольно много, то проводят сокрзшение по дОполнительным наибОлее Важным показателям (надежность, расход э~ер~~и или дефицитных материалов, трудоемкость и т.д.).
Выбор наиболее эффективных вариантов ТР. Множество допустимых вариантов ТР, полученное после сокрашения множества возможных вариантов ТР путем исключения наихудших комбинаций элементов, упорядочивают по критерию качества от лучших к худшим. При равных или близких значениях критерия качества в упорядочиваемых вариантах учитывают степень устранения недостатков в прототипе, После упорядочивания Выбирают 3-5 наиболее эффективных вариантов ТР для дальнейшей проработки. Бели упорядочение и выбор наиболее эффективных Вариантов ТР вызывает затруднения, то рекомендуется воспользоваться таблицей сравнения вариантов, в которой дается обзорная сравнительная расчетно- экспертная оценка вариантов.
Фрагмент такой сравнительной оценки для одного аппарата приведен в табл. 21.10, Таблица 21.10 Оформление предварительных эскизов ТР и нх описание. Для Выбранных выше вариантов дают краткое их Описание с приведением схем и эскизов, как это принято В патентных Описаниях. После составления предварительных эскизов проводят более детальную конструкторскую проработку найденных ТР с у~сто~ дополнительного списка требований ~надежность работы, удобство обслуживания, трудоемкость изготовления, расход энергии и дефицитных материалов, общая стоимость и т.д.). При этом отдельные наиболее важные и сложные элементы могут быть рассмотрены и проработаны по данной методике в соотВетствии с рекомендациями, приведенными вьппе. Замечание 1. Если в морфологической табл.
21.6 полифункциональные элементы вьшолнявт одновременно несколько функций, то для них ино~да целесообразно Составлять Отдельно наборы альтернативных средств реализации каждой функции или меньшего числа функций. После этого для получения более эффективных вариантов ТР нужно попробовать заменить полифункциональные элементы на элементы, реализукицие отдельные функции или меньшее число функций, Замечание 2.
При решении задач методом морфологического анализа и синтеза часто имеет большой практический смысл использовать только готовые элеме~т~. В этих Случаях морфологическая Таблица заполняется наименованиями только стандартных, унифицированных и серийно производимых элементов, для которых известны такие показатели, как стоимость, масса и тд, Синтезируемые в этой таблице допустимые варианты, как правило„легко и б~стро изготовлявэтся и Осваивавэтся на практике. Наи~учший вариан~ легко выбирать по суммарным показателям Ст~и~ост~, массы и т.п, 21.5. Пример решении задачи Рассмотрим пример использования метода морфологического анализа и синтеза для улучшения характеристик технического объекта — бытовой электроплитки (рис. 21.3), заимствованный из работы А.И.
Половинкина ~40~. 1. Описание щюблемной ситуации. Описание вьпюлняется па этапам. При этом пп, 1-4, 6 выполнены в соответствии с операциями 1-4, изложенными в гл, 14, а пп. 7, 8 — в соответствии с настоящей главой, Этап 1. Индивидуальные бытовые электроплитки имеют низкий КПД 130-40%) и по сравнению с газовой плитой чрезмерно большое время Г~ доведения до кипения воды с начальной температурой 10-20'С. Этап 2.
Необходимо создать электроплитку с КПД 60-80% и временем ~~„не большим, чем у газовой плитки. Этап 3, Низкий КПД связан с большими потерями теплоты, идущей на нагревание элементов плитки и окружающего пространства, Большое время Г~ обусловлено в первую очередь с предварительным нагреванием элементов плитки и ее низким КПД, Этап 4, Устранение указанных недостатков электроплитки позволит получить значительную экономию электроэнергии и времени на приготОвление еды~ а также заменить менее ГиГиеничные и более Опасные ГазО- вые плитки на электроплитки. 3, Описание потребности (функции) электроплитки, Обобщенное описание: нагревает воду в емкости до кипения, Количественное описание: нагревает воду в емкости объемом 3-6 л от начальной температуры 10'С до кипения за 15-30 мин, 3.
Выбор прототипа и его описание, В качестве прототипа дана бытовая электроплитка ~см. рис. 21.3), состоящая из нагревательной спирали 4, лежащей на теплоизоляционном огнеупорном блоке 5, который опирается на корпус 6. Электроэнергия подводится изолированным проводам 2 через разъем 1, Нагревательная спираль прикрыта защитным экраном 3 из тугоплавкого металла. В качестве первого дополнительного прототипа примем такую же конструкцию электроплитки, только без защитнага экрана 3. Второй дополнительный прототип в отличие от аснов- ного имеет регулируемую мощность„т.е, вада до кипения нагревается при максимальной мощности, что сокращает время Гь а затем устанавливается МОщнасть для поддержания кипения. 4. Выпадение неоостаткое прототипа.
Потери теплоты при нагревании емкости с водой слишком большие, что приводит к низкому 326 КПД 130-40%). Требуется снизить потери теплоты и довести КПД до 60-80% в соответствии с показателями других нагревательных приборов. Вре~~ ДОН~дени~ Воды до ~~пенн~ От начальной температуры 10'С в емкости объемом З-б л обь|чно составляет 30-60 мнн. Требуется сократить это время до 15-30 мин. Для снижения трудоемкости приготовления пищи и потерь электроэнергии желательно иметь систему автоматического управления, которая после ДОвсДения ВОДЫ ДО кипсиия. пОДЦсржмВЙет кипение 1при минимйль" ных затратзх энергии) В течение задаиного Времени; пОсле чего Выключа- ет подачу электроэнергии. 5. Выбор йритериеа качесйиа.
За критерий качества примем КПД электроплитки, пОВышенис кОтОрОТО В значительной мере Влияет на со- кращение Времени нагревания. КПД электроплитки определяется по формуле ч=ЯП/ Яо, где Д вЂ” затраты энергии на нагревание воды от 10 до 100'С; До — потребляемая зй это время электроэнергия. 6. Рйзделеййе элейй~~Ойлйй~йй (йроййййййй) йй алемейй~ы. Описание функции элемент~в приведено в табл. 14.2, Й с~от~е~~~~у~щ~е им конструктивные функциональные структуры (ФС) — на рис. 14.1 в гл, 14. Пос~~еййе улуййеййык Фс, Предс*валяется целесообразны~ Ввести функциОнальные элементы, ОбеспечиВающие пОвьппсние кОличества теплОты, псредаВаемОЙ емкости с жидкОстью, и снижение потерь теплоты в окружающую среду. Полифункциональный элемент Ез (см, табл, 14.2) представляется псрспсктивным тОлькО ДлЯ реализации функций Ф'3, Ф"'з„а для функции Ф"з — не Вводить отдельно функционального элемента, Улучшенная ФС представлена в табл.
14.2 и на рис.14,2 (см. гл,14). В табл, 14.2 не указаны названия новых элементов Еь Е2, Еб, поскольку пока не- НЗВССТНО ИХ ТОЧНОЕ НЙЗВЙНИЕ. 327 Таблица 21.11 Обозна- чение Оппсание Обозначение Наименование Снижение потерь теплоты от спирали (Ее) в окружающую среду Поддержка спирали (Ео) Передача нагрузки массы с жидкостью ~Г~) на стол ~Рз) Ез Корпус Подвод электроэнергии от разъема (Е5) до спирали (Ер) Электропровод Повьппение количества теплоты, переда- ваемой от спирали ~Ес) к емкости с жидко- стью Я) 328 Анализ задачи показывает, что различные способы реализации функций Ф», Ф4, Фь мало ~~~~ю* на устранение нед~с~~~~~~ прототипа и повышение критерия его качества.
Поэтому для этих функций не будем рассматривать различные альтернативные варианты реализации и не будем включать их в морфологическую таблицу. Результаты работы по заполнению морфологической матрицы приведены в табл. 21,12, где в 3-м и 4-м столбцах приведены представляющие интерес комбинации альтернатив с одинаковыми фуикциями.
Таблица 21.12 Фб- повышение количе- стВЙ теплоты, передаваемой от нагревательного зламанта емкости жидко- СТЬЮ Фо — ВЫДЕЛЕНИЕ теплоты и нагреВание Воды В ем" КОСТИ До КИПЕНИЯ А з — изолированный 2 нагревательный злемент, от которого передается теплота к станкам емко- скнм сопротивле- нием ражания таплОВых излучений А~4 — то жа с крышко й над емкостью материала А'2 — подвеска на изолированных металлических А д — то жа с наруж- ной тепловой изоля- цией зеркального ко- жуха А'д=(А'„, А',) крючках 8.
Выдр наи6олее эффектииных ТР. В соответствии с табл, 21.12 число возможных вариантов ТР электроплитки составляет %=3.4 5.5=300. Поскольку Я<10", то сокращение альтернатив в столбцах проводить не нужно. Сочзцм~енце мно~~слтатт позмоз~сных Втдцптн~поп УР. В соответствии с указаниями настоящей методики строится табл. 21.13, в которой исключаются наихудшие комбинации. Затем строится табл. 21.14, в ко- А з - теплонзолл- А з- КРиволинейное заР- ционный огне- кало, отражающее тепло- упорный материал ВОЙ пОтОк на дно емкости сти через материал с Высокой таплопроводно стью (медь н др,) А'з — тепловые тРУбки между нагревательным зламантом и днОм емко- СТИ А"з — вертикальный цилиндрический кожух во- КРУГ ЕМКОСТИ И ПЛИТКИ, обеспечивающий конвекционный обмен награгого воздуха со стенками емкости А~з=(А'НА'ю) А я- материалы с ма- ЛОЙ ТЕПЛОПРОВОДНО- стью и объемной мас- сОЙ для теплоизоляции плитки и еа Внешних злементов А'4 — зеркало в Вида лагкого цилиндрического вертикального кожуха вокруг емко- СТИ И ПЛИТКИ ДЛЯ ОТ" торой устраняются наихудшие комбинации ~зачеркнуты двумя линиями).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
