ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ

Transcript

1 Τ.Ε.Ι. Θεσσαλίας Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Μηχανολογίας ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Κώστας Κιτσάκης Μηχανολόγος Μηχανικός ΤΕ MSc Διασφάλιση ποιότητας Επιστημονικός Συνεργάτης

2 Βασικές Έννοιες Τεχνικών Συστημάτων Σύστημα, Εγκατάσταση, Συσκευή, Μηχανή, Όργανο, Ομάδα στοιχείων, Επιμέρους τεμάχιο Μετατροπή ενέργειας, ύλης, σήματος Λειτουργική σχέση Φυσική σχέση Διαμορφωτική σχέση Γενικοί στόχοι και όροι 2

3 Τεχνικά προβλήματα Τεχνικές Κατασκευές: Εγκατάσταση, Συσκευή, Μηχανή, Όργανο, Ομάδα στοιχείων, Στοιχείο μηχανής ή Επιμέρους τεμάχιο, Σύστημα 3

4 Τεχνικές Κατασκευές Είσοδοι Inputs Π Ε Ρ Ι Β Α Λ Λ Ο Ν Σύστημα Έξοδοι Outputs Όρια του συστήματος Επιμέρους συστήματα (subsystems) Μεθοδική διαδικασία > ορισμός συστημάτων 4

5 Διπλός σύνδεσμος ΔΟΜΗ: ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ: Παράδειγμα Συστήματος Σύνδεσμος Ελαστικός + Λυόμενος Σύνδεση Εξισορρόπηση + Σύμπλεξη Υποσυστήματα σύμπλεξης 1. μετατροπή της δύναμης σύμπλεξης σε κάθετη δύναμη 2. μεταφορά της δύναμης τριβής 5

6 Σύστημα σύνδεσμος a h: στοιχεία του συστήματος i l: συνδετικά στοιχεία S 1 : υποσύστημα ελαστικός σύνδεσμος S 2 : υποσύστημα λυόμενος σύνδεσμος (συμπλέκτης) S: ολικό σύστημα E: μεγέθη εισόδου (inputs) A: μεγέθη εξόδου (outputs) Στοιχείο g υποσύστημα με λειτουργία: μετατροπή δύναμης από το δακτύλιο σύμπλεξης σε μεγαλύτερη κάθετη δύναμη στις επιφάνειες τριβής 6

7 Μετατροπή ενέργειας, ύλης, σήματος Ενέργεια (μηχανική, ηλεκτρική, οπτική..) Εργαλειομηχανή: ηλεκτρική > μηχανική + θερμική Κινητήρας εσωτερικής καύσης: χημική > μηχανική + Θερμική Πυρηνικό εργοστάσιο: πυρηνική > θερμική Ύλη (βάρος, χρώμα, κατάσταση..) Ανάμιξη, διαχωρισμός, χρωματισμός, συσκευασία, μεταφορά, αλλαγή κατάστασης Πρώτη ύλη > έτοιμο προϊόν Μηχανική επεξεργασία > ιδιαίτερες επιφάνειες Εξευγενισμός προϊόντος Καταστροφή σε δοκιμές Σήμα (δεδομένα, πληροφορίες) Εισαγωγή, προετοιμασία, διαμόρφωση, φιλτράρισμα, σύγκριση Συγκέντρωση, σύνδεση, διοχέτευση, εξαγωγή Καταγραφή, αναγραφή 7

8 Κύρια και Δεύτερη ροή Κύρια ροή συνοδεύεται και από μια δεύτερη ροή (συχνά λαμβάνουν μέρος και οι τρεις ροές) Ροή: Πυρηνικό εργοστάσιο Λιγνίτης (ροή σήματος) 1. Ενέργεια: μηχανική, θερμική, ηλεκτρική, χημική, οπτική, πυρηνική.. δύναμη, ρεύμα, θερμότητα 2. Ύλη: αέριο, υγρό, στερεό σώμα, σκόνη μη επεξεργασμένο προϊόν, υλικό, αντικείμενο δοκιμών ή επεξεργασίας, τελικό προϊόν, επιμέρους τεμάχιο.. 3. Σήμα: μέγεθος μέτρησης, ένδειξη, σήμα ελέγχου, δεδομένα, πληροφορίες.. ΠΡΟΣΟΧΗ: Ποσότητα, Ποιότητα και Κόστος (εισόδου & προϊόντος) > μονοσήμαντα κριτήρια: ακριβής ορισμός του προβλήματος επιλογή λύσεων αξιολόγηση 8

9 Μεγέθη Εισόδου και Εξόδου Μαύρο κουτί = πρόβλημα - λειτουργία Λύση άγνωστη 9

10 Λειτουργική σχέση Λειτουργία = 1. Γενική σχέση μεταξύ εισόδου και εξόδου για την επίλυση του προβλήματος 2. Διατύπωση προβλήματος αφηρημένα και ουδέτερα, χωρίς αναφορά σε λύση Καθορισμός ολικού προβλήματος > ολική λειτουργία Σχέση εισόδου - εξόδου μονοσήμαντη και επαναπαραγόμενη Ολική λειτουργία ανάλυση αμέσως σε επιμέρους λειτουργίες; Σύνδεση επιμέρους λειτουργιών σε μια ολική λειτουργία; Διαμόρφωσης παραλλαγών Εναλλακτικές λύσεις ΔΟΜΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ - black boxes 10

11 Λειτουργική σχέση Δομή λειτουργίας με ανάλυση Ολικής λειτουργίας σε Επιμέρους λειτουργίες 11

12 Λειτουργική σχέση Οι λειτουργίες περιγράφονται ως: αύξηση της πίεσης μεταβίβαση της ροπής στρέψης μείωση του αριθμού στροφών Αφορούν μετατροπή ενέργειας, ύλης και σήματος 1. Κύριες λειτουργίες εξυπηρετούν άμεσα την ολική λειτουργία 2. Δευτερεύουσες λειτουργίες υποβοηθητικό ή συμπληρωματικό χαρακτήρα συμβάλλουν έμμεσα στην ολική λειτουργία Μηχανή εφελκυσμού: 1. Φόρτιση δοκιμίου Σειρά λειτουργιών 2. μέτρηση δύναμης - μέτρηση επιμήκυνσης 12

13 Λειτουργική σχέση Παράδειγμα: Κοπή πλαστικών πλακιδίων δαπέδου από ταινία, και αποστολή του εμπορεύματος σε διάφορους προορισμούς. Κύριες λειτουργίες: Έλεγχος πλακιδίων Μέτρηση αποδεκτών Συσκευασία σε πακέτα Αλυσίδα λειτουργιών (δομή λειτουργίας) κατά την επεξεργασία πλακιδίων δαπέδου 13

14 Λειτουργική σχέση Δευτερεύουσες λειτουργίες: Αποκόμματα απομάκρυνση Άχρηστα πλακίδια απομάκρυνση Υλικό συσκευασίας Σήμα μέτρηση για συσκευασία Αλυσίδα λειτουργιών με δευτερεύουσες λειτουργίες 14

15 Φυσική σχέση Μηχανολογικές λύσεις βασίζονται σε φαινόμενα Φυσικής (Χημείας &Βιολογίας) Φαινόμενα: Νόμος της τριβής του Coulomb: F R = μ F N Νόμος των μοχλών: F Α α = F B b Νόμος γραμμικής διαστολής στερεών σωμάτων: ΔΙ = α Ι Δθ Πίνακες με συγκεντρωμένα τα γνωστά φυσικά φαινόμενα Λειτουργίας ενός διμετάλλου = φαινόμενο της θερμικής διαστολής + φαινόμενο του Hooke (σχέση τάσης επιμήκυνσης) Μία επιμέρους λειτουργία > από διάφορα φυσικά φαινόμενα π.χ. αύξηση της δύναμης με το φαινόμενο του μοχλού, της σφήνας, το ηλεκτρομαγνητικό, το υδραυλικό φαινόμενο, κλπ. Φυσικό φαινόμενο επιμέρους λειτουργίας συμβιβαστό και με τα φυσικά φαινόμενα γειτονικών επιμέρους λειτουργιών π.χ. μια ηλεκτρική μπαταρία δεν μπορεί εύκολα να τροφοδοτήσει με ενέργεια υδραυλικό σύστημα για αύξηση της δύναμης. 15

16 Φυσική σχέση Αρχές λύσεων από φυσικά φαινόμενα και στοιχεία διαμόρφωσης και πληρούν επιμέρους λειτουργίες 16

17 Διαμορφωτική σχέση Θέση που επενεργεί το φυσικό φαινόμενο: τόπος ενέργειας Επιφάνεια ενέργειας μορφή επιφάνειας του είδους : σημείο, ευθεία, επιφάνεια της μορφής : τρίγωνο, κύκλος, έλλειψη της θέσης : αξονική, ακτινική, κατακόρυφη του μεγέθους : μικρή, μεγάλη, στενή του αριθμού : απλή, διπλή, πολλαπλή Κίνηση ενέργειας του είδους : παλινδρομική, περιστροφική της μορφής : ομοιόμορφη, ανομοιόμορφη της διεύθυνσης : κατά την διεύθυνση Χ, Υ, Ζ ή περί τον άξονα Χ, Υ, Ζ του μεγέθους : μέγεθος της ταχύτητας του αριθμού : μια ή περισσότερες 17

18 Διαμορφωτική σχέση Είδος του υλικού: στερεό, υγρό ή αέριο, άκαμπτο ή εύκαμπτο, ελαστικό ή πλαστικό, με μεγάλη αντοχή και σκληρότητα ή συνεκτικό, με αντοχή σε φθορά ή σε διάβρωση.. Καθορισμός των απαιτούμενων ιδιοτήτων του υλικού >>> ακριβής πληροφόρηση για τη διαμόρφωση Φυσική σχέση + διαμορφωτική σχέση >> αρχή της λύσης Προσθήκη χαρακτηριστικών διαμόρφωσης παραδείγματα: 1. Μεταβίβαση ροπής στρέψης μέσω του φαινομένου της τριβής, σύμφωνα με το νόμο της τριβής του Coulomb, σε μια κυλινδρική επιφάνεια ενέργειας οδηγεί, ανάλογα με τον τρόπο επενέργειας της κάθετης δύναμης, στην αρχή λύσης με στεφάνη σύσφιξης εν θερμώ ή με σύνδεσμο τριβής 18

19 Διαμορφωτική σχέση 2. Αύξηση της δύναμης με τη βοήθεια του φαινομένου του μοχλού, σύμφωνα με το νόμο των μοχλών, με καθορισμό του σημείου στροφής και του σημείου εφαρμογής της δύναμης (επιφάνεια ενέργειας) οδηγεί πιθανώς (αν ληφθεί υπόψη και η απαραίτητη κίνηση ενέργειας) στην αρχή λύσης του μοχλού ή του έκκεντρου 3. Αποκατάσταση της ηλεκτρικής επαφής με γεφύρωση της διαδρομής, χρησιμοποιώντας το φαινόμενο της διαστολής σύμφωνα με το νόμο της γραμμικής διαστολής οδηγεί, μετά τον καθορισμό των απαραίτητων επιφανειών ενέργειας σχετικά με το μέγεθος (π.χ. διάμετρος και μήκος) και τη θέση, σε μια επιδιωκόμενη κίνηση ενέργειας του διαστελλόμενου υλικού, (υδράργυρος) και συνολικά στην αρχή λύσης 19

20 Διαμορφωτική σχέση Αρχή ολικής λύσης, λαμβάνει υπόψη: Αντικειμενικό σκοπό Υπάρχουσες προϋποθέσεις Ιδέα για λύση προς ολική λειτουργία, ανταποκρίνεται: στις προϋποθέσεις του προβλήματος στους άλλους περιορισμούς που υπάρχουν γενικά. Δυνατότητα πολλών παραλλαγών 20

21 Γενικοί στόχοι και όροι Στόχοι που πρέπει να επιτευχθούν και περιοριστικοί όροι Πρωταρχικοί στόχοι: εκπλήρωση της τεχνικής λειτουργίας οικονομική πραγματοποίηση ασφάλεια για τον άνθρωπο και το περιβάλλον Περιορισμοί: σχέση ανθρώπου-μηχανής κατεργασία δυνατότητες μεταφοράς Χρήση 21

22 Γενικοί στόχοι και όροι Ειδικοί όροι: Ασφάλεια (αξιοπιστίας) Εργονομία (σχέση ανθρώπου-μηχανής, ή/και διαμόρφωση) Κατασκευή (τρόπος και μέσα κατασκευής) Έλεγχος Συναρμολόγηση Μεταφορά (μέσα και έξω από τον εργασιακό χώρο) Χρήση (λειτουργία, χειρισμός) Συντήρηση (φροντίδα, επιθεώρηση, επισκευή) Ανακύκλωση (επαναχρησιμοποίηση, επαναξιοποίηση, αποκομιδή απορριμμάτων, χώρος απόθεσης ή απομάκρυνση) Δαπάνες (κόστος, χρόνος, προθεσμίες) 22

23 Γενικοί στόχοι και όροι Λαμβάνονται υπόψη λεπτομερώς και πολύ συγκεκριμένα: Αντικειμενικός σκοπός Γενικοί και Ειδικοί όροι Βήματα εργασίας: Πληροφόρηση Διαμόρφωση λεπτομερειών Εξάλειψη ασθενών σημείων Αναζήτηση εναλλακτικών λύσεων Ολοκλήρωση διαδικασίας σχεδιασμού με λεπτομερή επεξεργασία των δεδομένων 23