Ярушин С.Г., Схиртладзе А.Г. ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕСТАНДАРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Перед студентами, обучающихся по направлению подготовки ди­ пломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспе­ чение машиностроительных производств», поставлена нелегкая задача - стать по окончании вуза специалистами в области разработки новых тех­ нологий и создания для их реализации необходимого (и в ряде случаев уникального) максимально автоматизированного оборудования. В общем, оборудования, которое по своим характеристикам, по уровню эффектив­ ности и качеству не будет уступать лучшим современным зарубежным образцам. В этой связи особое внимание студентам следует уделить изу­ чению дисциплины, которая в вузах машиностроительного профиля мо­ жет называться по разному, например, «Проектирование машин», «Конст­ руирование обслуживающего оборудования», «Основы проектирования нестандартного оборудования», но суть которой при внешних отличиях сводится к овладению основ методологии проектирования сложных тех­ нических объектов. Данная дисциплина является завершающей в инже­ нерной подготовке и предполагает изучение и освоение большого объема разнообразного и, как правило, сложного для восприятия непосредственно в ходе аудиторных занятий материала.

Опыт преподавания этой дисциплины показал, что для качественно­ го восприятия излагаемых материалов студенту необходимы серьезные, фундаментальные знания, полученные за весь предшествующий период учебы по многим дисциплинам - математике, физике, инженерной графи­ ке, теории машин и механизмов, деталей машин, практически всех дисци­ плин технологической направленности, инженерному творчеству и дру­ гим. Без глубоких системных знаний по этим дисциплинам невозможно говорить о формировании современного специалиста в области проекти­ рования, даже в тех случаях, когда у студента имеется природный талант к

технике, к изобретательству. Такие люди могут однажды при благоприят­ ном стечении обстоятельств предложить некоторое оригинальное и, воз­ можно, полезное решение, но постоянно работать на таком уровне и тем более двигаться вперед, творчески развиваться, действовать в условиях внешних или внутренних стрессов и дефицита времени - никогда.

Учебник назван «Проектирование нестандартного оборудования», что подразумевает его универсальность вне зависимости от конкретного объекта проектирования. Фактически «Проектирование» можно отнести к интегральной дисциплине, которая служит для формирования, закрепле­ ния и структурирования знаний и навыков по всей учебной программе специализации.

Содержание, структура и объем учебника позволит студентам изу­ чать необходимые материалы вне аудиторной обстановки. Усвоение теоретических материалов в сочетании с прохождением конструктор­ ско-технологической практики на предприятиях (когда осуществляется ознакомление с реальным процессом разработки новых технологиче­ ских процессов и оборудования) поможет студентам выполнять на вы­ соком методическом и техническом уровне вначале курсовые, а затем и дипломные проекты.

Несмотря на желание авторов охватить в одной книге как можно больше аспектов проектирования, физически это оказалось невозможным. Так, в учебник не вошли материалы по учету динамических свойств про­ ектируемых объектов, расчету их оптимального ресурса, вопросы по ди­ зайну, учету факторов экологии и некоторые другие. Студенты, заинтере­ сованные в изучении этих вопросов, соответствующие материалы смогут найти в специальной литературе.

Как уже говорилось в предисловии, в основу учебника легли мате­ риалы, заимствованные из зарекомендовавших в 80-90-х годах XX века работ нескольких авторов: А.П. Половинкина, например, «Основы инже­ нерного творчества» [40], Дж. Джонса «Методы проектирования» [17], В.П. Быкова «Методика проектирования объектов новой техники» [11], Р.П. Повилейко Инженерное творчество [36], Я. Дитриха «Проектирова­ ние и конструирование» [19], а также некоторых других отечественных и

зарубежных авторов, ссылки на которых приводятся в тексте. Тем не менее, логика, последовательность изложения материалов соответствует собствен­ ным взглядам авторов на методологию проектирования.

Принципиально отличным от других учебников является включение по просьбе студентов краткого словаря (понятийного аппарата) терминов, введенных в оборот или используемых в работах по теории проектирова­ ния иностранными авторами. Точное толкование терминов является важ­ ным для правильной передачи смысла содержания текста. Например, в словарь включены как часто встречающиеся в обиходе понятия типа «ре­ левантная информация», «синергия», «дивергенция», так и редко встре­ чающиеся термины типа «синектика» и др.

Другой отличительной особенностью учебника является наличие главы с кратким обзором оборудования, созданного в разных странах для разных сфер применения в последние годы. Ознакомление с некоторыми типами оборудования позволит быстрее сформировать у студента более цельное представление об объекте изучения и, следовательно, легче выра­ ботать способность оперирования в дальнейшем абстрактными образами «обобщенного» оборудования.

Часть I.

ТЕХНИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ, ЕГО ОПИСАНИЕ,

СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ

В этой части еще непосредственно не рассматриваются вопросы проектирования, речь идет о наиболее общих свойствах любых объектов проектирования.

Материалы, описывающие и характеризующие объект проектирова­ ния, являются фундаментальными для теории и практики проектирования. Без этих знаний студентам будет значительно труднее воспринимать по­ следующие материалы, составляющие ядро проектирования, к коему от­ носятся концепции, стратегии, методы и приемы проектирования.

1. Обзор специализированного и нестандартного

ОБОРУДОВАНИЯ

Прежде чем непосредственно приступить к рассмотрению концеп­ ции, методов, приемов, технологии проектирования специализированного и тем более нестандартизированного (далее нестандартного) оборудова­ ния (НО), необходимо остановиться на сути некоторых фундаментальных для этой области деятельности понятий и определений и ответить на ряд вопросов. Например, разобраться, отличаются ли методы проектирования НО от методов проектирования, скажем, ткацких станков, бумагодела­ тельных машин, автомобилей, авиационных двигателей или артиллерий­ ских систем или не отличаются? Чтобы выяснить, в чем заключено разли­ чие и сходство проектирования столь разных по назначению и сфере при­ менения объектов, надо знать смысл понятия «оборудования» и нестан­ дартного в частности, с какой целью и для чего оно предназначено.

Любой человек, (чаще всего не замечая того), не раз за день слышит фразы, в которых имеется термин «оборудование»: нефтяное оборудование, технологическое оборудование, подъемно-транспортное оборудование,

классное (школьное) оборудование, телевизионное оборудование, кон­ трольно-измерительное оборудование, торговое оборудование, кузнечно­ прессовое оборудование, холодильное оборудование, осветительное обору­ дование и т.д. и т.п. Этот ряд можно продолжать достаточно долго. Однако, обращаясь в начале курса к студентам с вопросом, что они понимают под термином «оборудование», в ответ в основном слышишь расплывчатые, неточные ни по форме, ни по содержанию ответы. Но, не зная верного смысла данного понятия, невозможно будет отличить (идентифицировать или позиционировать) «оборудование» от иных материальных объектов. Далее эта неточность по цепочке приведет к расплывчатому пониманию других принципиально важных понятий, используемых в проектировании.

В настоящее время в технической литературе есть несколько близ­ ких по смысловому значению определений понятия «оборудование». При­ ведем определение, которое наиболее точно его характеризует.

Оборудование - это совокупность механизмов, машин, устройств, приборов, необходимых для производственной деятельности.

К нестандартному относят уникальное (не имеющее аналогов) обо­ рудование, выполненное в единичных экземплярах. Например, к нестан­ дартному можно отнести уникальное оборудование, оперативно разрабо­ танное и успешно использованное при подъеме подводной лодки «Курск» в 2001 году.

Между тем четкой грани, разделяющей стандартное и нестандартное оборудование ни по области применения, ни по выполняемым функциям не существует. Как правило, нестандартное оборудование, первоначально созданное либо для проведения экспериментальных работ, например для апробации оригинального технологического процесса, либо для удовле­ творения конкретной потребности на отдельном производстве, затем, в случае удачно найденных технических решений, высокому реализуемому технико-экономическому эффекту, хорошим эксплуатационным показате­ лям становится широко востребованным другими предприятиями и даже отраслями. Такое оборудование после выполнения определенных проце­ дур, предусмотренных российскими ГОСТами, переходит в разряд стан­ дартизированных. Например, созданное в свое время в ОКБ «Темп» при

ГОТУ нестандартное оборудование для изготовления труб из композици­ онного материала методом непрерывной намотки в настоящее время пе­ решло в разряд «обычного», стандартного, т.к. оно оказалось востребо­ ванным, стало тиражироваться и применяться не только на одном пред­ приятии, но и на других предприятиях города Перми и области, и даже в других регионах.

Из всего разнообразия функционального назначений оборудования (отдельные области применения которого обозначены выше), исходя из задач подготовки инженеров машиностроительных специальностей, фор­ мально в учебнике должны были бы рассматриваться вопросы по проек­ тированию оборудования, используемого только в машиностроительном производстве, которое можно еще квалифицировать как обслуживающее оборудование для машиностроения. Однако практика показала, что нет необходимости ограничиться только проектированием оборудования ис­ ключительно для машиностроительных предприятий. На самом деле нет четкого разграничения и существенной разницы в принципах и методах проектирования оборудования для машиностроения и других сфер произ­ водства, т.е. оборудования, с помощью которого реализуются некие тех­ нологические процессы преобразования исходного продукта (вещества, энергии, информации) в конечный продукт. Об этом свидетельствует как опыт проектантов-практиков, так и анализ работ теоретиков проектирова­ ния в самых разных отраслях техники. Например, одним из авторов, опыт по созданию стендового и испытательного оборудования для эксперимен­ тального исследования объектов новой техники был успешно использован в совершенно разных областях производства: при разработке автоматизи­ рованной линии по расфасовке и укупорке детского питания (т.е. для пи­ щевой промышленности); при разработке экологической установки по очистке дымовых газов от диоксида серы и бензопирена для тепловых электростанций, работающих на угле и мазуте (т.е. для нужд энергетики). Об этом же свидетельствуют примеры использования знаний по данной дисциплине нашими выпускниками в разнообразных областях техники.

Некоторые из наших первых выпускников успешно работают на ма­ шиностроительных предприятиях Перми и разрабатывают специальное оборудование по заказам многих отраслей, например, нефтяной, газовой,

электротехнической, бумагоделательной, деревообрабатывающей, пище­ вой. Благодаря творческому отношению к учебному процессу часть выпу­ скников в состоянии сразу после окончания университета пойти работать в отрасли, где катастрофически не хватает специалистов по созданию со­ временного нестандартного оборудования. Отметим несколько примеров удачной разработки нестандартного оборудования в дипломных проектах, часть из которых внедрена или внедряется в разных областях производст­ ва, не относящихся к машиностроению. Так дипломниками были разрабо­ таны: для ювелирного дела - оборудование для высокопроизводительного и качественного шлифования полудрагоценных камней в виде кабошонов; для бумажной промышленности - проект модернизации скоростной бума­ годелательной машины; для газовой отрасли - проект комплекса оборудо­ вания для очистки сточных вод на конкретной газокомпрессорной стан­ ции, сконструированы уникальные регуляторы расхода для магистраль­ ных газопроводов; для нефтеперерабатывающей отраслипроект уста­ новки для утилизации попутных газов на Пермском нефтеперерабаты­ вающем заводе; для деревообрабатывающей промышленности - оборудо­ вание для пакетирования и транспортировки фанеры на Пермском фанер­ ном комбинате; для химической отрасли - проект модернизации гальва­ нического цеха на АО «Галоген», проект установки по бесшнековому прессованию фторопластовых стержней. И подобные примеры, надеемся, с каждым годом будут множиться.

Перейдем к краткому описанию образцов современного специализи­ рованного оборудования различного назначения. Материалом для обзора послужили примеры найденные в Интернете, рекламные буклеты с раз­ личных выставок, каталоги в библиотеках. В основном, для ознакомления отобрано оборудование моделей, относящееся к выпуску 2000-2003 годов.

Вначале представим образцы, используемые в машиностроении.

На рис. 1.1 показан общий вид современного двухстоечного пресса, предназначенного для запрессовки, выпрессовки, гибки, мелкой штампов­ ки, прошивки, калибровки.

В состав пресса входят: станина 1 с передвижным столом 2, силовой гидроцилиндр 3, рукав высокого давления, ручной насос.