Материалы 3 конференции "ТРИЗ. Практика применения методических инструментов"

Особенности выполнения концептуального этапа проекта

Автор: Нониашвили Алексей Ильич, генеральный директор ООО «Аинтрис»

Важным этапом любого нашего проекта является концептуальный этап. Данный этап может быть не только в начале утвержденного проекта, но и может выполняться до заключения договора. И это делает тем более этот этап очень ответственным и иногда самым сложным этапом за весь проект.

Во время выполнения данного этапа мы:

- конкретизируем главную функцию технической системы

-уточняются условия работы технической системы и характер взаимодействия с надсистемой

-выявляем основные и дополнительные требования к системе

На данном этапе выбирается принципиальный способ реализации главной функции.  В процессе генерации вариантов  появляются факторы расплаты, которые потом мы переводим в потребительские свойства. И совместно с заказчиком ставим планку по уровню реализации потребительских свойств.

Данный этап очень сложный с точки зрения взаимодействия с заказчиком. Т.к. ему предлагаются к рассмотрению промежуточные варианты конструкции еще не проработанные до конца, с  неустраненными вторичными нежелательными эффектами. А передать заказчику нашу уверенность, в том, что эти нежелательные эффекты будут устранены в процессе дальнейшего конструирования системы, не всегда удается в полной мере.

Поэтому на данном этапе решаются не только технические задачи, но и организационно-психологические. И для решения таких задач мы разрабатываем свои приемы и методики.

В данной работе пойдет речь о концептуальной части одного из проектов.

Описание исходной ситуации

Заказчику необходимо было сделать подъемно-опускное устройство для аппарата цилиндрической формы (в целях конфиденциальности, назначение аппарата не указывается).

Устройство должно было размещаться на борту катера и иметь два положения:

- аппарат находится в зачехленном состоянии на борту катера (сбоку или на носу катера)

- аппарат находиться в стационарном варианте на рабочей глубине (1,5-2 м) в водной акватории

Главные функции устройства:

Удержание (фиксация положения) аппарата в двух состояниях: на борту катера и на рабочей глубине.

Перемещение аппарата на рабочую глубину и обратно.

Исходные данные для конструирования

Вначале были согласованы с заказчиком основные требования к выполнению главной функции устройства (скорость перемещения аппарата, глубина опускания, частота смены положения).

Ограничения

Затем выявлялись ограничения на всех этапах жизненного цикла устройства:

- изготовление устройства

-первичный монтаж постоянных частей устройства на катере (монтаж производиться один раз на этапе изготовления катера)

- транспортировка временных элементов конструкции устройства

-монтаж временных элементов конструкции

- размещение аппарата на устройстве в зачехленном состоянии

- опускание аппарата на рабочую глубину

- подъем аппарата на борт катера

- демонтаж временных элементов

-хранение временных элементов

Основные требования к устройству

Крепление аппарата в обоих положениях должно быть надежным, т.к. потеря аппарата при движении катера не допустимы.

Устройство должно компактно размещаться на борту катера.

Опускание аппарата должно производиться с участием 1-2-х человек при полной остановке.

Устройство не должно загораживать обзор при управлении катером.

Генерация способов реализации главной функции

На данном этапе были выделены основные положения аппарата и предложены траектории по перемещению аппарата из одного положения в другое. Рассмотрены варианты крепления аппарата к устройству.

Все варианты были представлены в схематичной форме и отражают лишь способ реализации главной функции.

После этого для каждого из вариантов выявлялись вторичные нежелательные эффекты и оценивались возможности устранения данных нежелательных эффектов.

Ниже приведено 4 варианта реализации устройства.

           Вариант 1

 Рис 1. Вариант 1

Вариант 2

 

Рис 2. Вариант 2

 

Вариант 3

Рис 3. Вариант 3

Вариант 4

Рис 4. Вариант 4

Анализ данных вариантов конструкции был многосторонним. Но остановлюсь я на одном аспекте анализа. Во всех предложенных вариантах попытка сделать элемент устройства, к которому крепиться аппарат более жестким приводит к тому, что конструкция устройства получается очень громоздкой. На лицо явный конфликт между двумя потребительскими свойствами: надежностью крепления аппарата к устройству (жесткость фиксации положения аппарата) и компактностью устройства. Причем использование приема дробления по отношению к основной несущей металлкоконструкции приводит к тому, что система становится более компактной, но при этом ухудшается жесткость фиксации положения аппарата и надежность всей конструкции в целом.

Сформулировали физическое противоречие:

Основная несущая металлоконструкция должна быть жесткой, для того чтобы аппарат был зафиксирован в заданном положении, и должна быть гибкой, чтобы быть компактной.

Если выявить оперативное время,  когда металлоконструкция должна быть жесткой, а когда гибкой, то окажется что эти зоны разделены. Жесткой несущая металлоконструкция должна быть, когда аппарат погружен на рабочую глубину, а гибкой металлоконструкция должна быть во время нахождения аппарата в зачехленном состоянии (а также во время складирования).

Значит, физическое противоречие может быть разрешено во времени.

Нужно чтобы несущий элемент был гибким как трос во время хранения и монтажа, чтобы его можно было, например, смотать, и жестким как металлический профиль во время нахождения аппарата на рабочей глубине, когда элемент находится  в распрямленном состоянии.

Начали искать, а где еще нужны подобные элементы и как они устроены. В туристических палатках используют трубки с протянутыми внутри  резиновыми тросами. Балка состоит из коротких трубок, а внутри них протянут трос, делающий возможным с одной стороны сохранять целостность балки, а с другой стороны, позволяющий в местах стыка сгибать балку, делая ее тем самым компактной. Если использовать квадратный барабан с длиной стороны, равной длине короткого элемента, то такую балку можно наматывать, и она будет компактна при хранении и наоборот разматывать и соединять элементы между собой, и она будет жесткой  в распрямленном состоянии.  Вторичными нежелательными эффектами являлись ненадежность стыков и сложность монтажа/демонтажа такой системы, из-за необходимости перемещать трубки относительно друг друга, для того чтобы вытащить одну трубку из другой.

Рис 5. Каркас палатки

Еще одна область, в которой есть нужные нам элементы – это сматываемые пандусы, и эскалаторные ленты. Но главным недостатком таких систем является их односторонняя жесткость, т.к. во время их эксплуатации нагрузка действует только с одной стороны. В нашем же случае нагрузки действуют с разных сторон.

Рис 6. Гибкий-жесткий элемент

Но если объединить два таких элемента через жесткий элемент, таким образом, чтобы при действии нагрузки с нежесткой стороны элемента работал другой элемент, то получиться жесткая конструкция в распрямленном положении и гибкая конструкция в свернутом состоянии во время хранения.

Рис 7. Финальное решение

Данное решение было выбранно за базовую конструкцию, и было отправленно на инженерную проработку.

Таким образом, применение методов анализа и синтеза систем позволило нам сократить сроки концептуального этапа и сократить сроки инженерного этапа, за счет конструкторской проработки только одного принципиального решения.

Работа проводилась совместно с нашими партнерами ООО "Инжиниринговой компанией "Изобреталь".