Παράδειγμα 1 (σύλληψη της ιδέας) Το ακόλουθο παράδειγμα δείχνει τον τρόπο εργασίας για το σχεδιασμό ενός μηχανισμού, σύμφωνα με τα προηγούμενα (κεφάλαιο σύλληψη της Ιδέας). Στο Σχήμα 1 φαίνεται ο αρχικός τρόπος συγκράτησης ανταλλακτικών οδοντωτών τροχών πάνω στα άκρα ατράκτων εργαλειομηχανών. Για την απλούστευση της διαδικασίας και τη μείωση του χρόνου της αλλαγής των τροχών, η οποία στην προκειμένη περίπτωση γίνεται πολύ συχνά, ζητείται μια κατασκευαστική λύση που να μην απαιτεί χρήση εργαλείων. Σχήμα 1 ρχικός τρόπος συγκράτησης ανταλλακτικών τροχών Δεδομένα: Στοιχεία ατράκτων Μορφή του άκρου: πολύγωνο κατά DIN 32711-AP3G 60 g6 Διάμετρος: D 40 έως 63 mm με βαθμίδες κατά R 10 Μήκος: L = (1 2)D Υλικό: C45V, C60V Στοιχεία τροχών Oπή κατά DIN 32711-BP3G 60 Η7 Κεκλιμένοι οδόντες με β = 20 ο ριθμός τροχών ανά άκρο άξονα: 1 ή 2 Συναρμογή τοποθέτησης ως προς τη διάσταση d1: H7/g6 Λόγος πλάτους τροχού προς διάμετρο ατράκτου: b/d >0,4
Υλικό: 42 CrM04 Βάρος: G 17 Kg Ο Πίνακας Προδιαγραφών (Πίνακας 1) περιλαμβάνει τα στοιχεία για τις απαιτήσεις και επιθυμίες που προέκυψαν από πληροφορίες και διευκρινίσεις σχετικά με το πρόβλημα. Πίνακας 1 Πίνακας Προδιαγραφών ΧΡΗΣΤΗΣ: Για ΠΙΝΚΣ ΠΡΟΔΙΓΡΦΩΝ μηχανισμό συγκράτησης ανταλλακτικών τροχών Έκδοση:... Σελίδα:... Μεταβολή /Ε Προδιαγραφές Υπεύθυνος Ε Ε Ε Πρόβλεψη για ένα μόνο μηχανισμό ανά άκρο ατράκτου Χρησιμοποίηση της πολυγωνικής ατράκτου Ελεύθερη πρόσβαση στο χώρο γύρω από το άκρο της ατράκτου Διατήρηση της αντοχής σε στρέψη Μεταφορά κρουστικών αξονικών δυνάμεων με εναλλασσόμενη διεύθυνση Επιτρέπεται η μηχανουργική κατεργασία μόνο στην άτρακτο (όχι στον τροχό) Εκμετάλλευση υπάρχουσας ατράκτου Προσαρμογή και αφαίρεση τροχών χωρίς χρήση ξένης ενέργειας Περιοχές ισχύος ανάλογα με τη διάμετρο της ατράκτου P = 16..22, 4..31, 5..56Kw D = 40 50 63mm Μέγιστος αριθμός στροφών η=3350 RPM ντιστροφή της κίνησης κάθε 5s Θερμοκρασία λειτουργίας <=40 0 C Λίπανση με ψεκασμό πλή προσαρμογή των τροχών με το Χέρι, χωρίς εργαλεία Διαδικασία για τη συγκράτηση γίνεται μόνο μια φορά Μονοσήμαντη και ακριβής θέση τροχών (διαβάθμιση στην άτρακτο) χωρίς αξονική χάρη Διατήρηση κατά τη λειτουργία της πρότασης που επιτεύχθηκε κατά την προσαρμογή ποφυγή κινδύνου τραυματισμού κατά την αλλαγή τροχών Συχνή αλλαγή τροχών (πολλές φορές τη μέρα) Μηχανισμός συγκράτησης παραμένει, κατά την αλλαγή των τροχών, πάνω στο άκρο της ατράκτου Μηχανισμός δεν απαιτεί συντήρηση Ποσότητα παραγωγής: ~1000 τεμάχια το χρόνο Κόστος κατασκευής: <=40 /τεμάχιο ντικαθιστά έκδοση από:
Εφαρμόζοντας αρχικά τα τρία βήματα της αφαίρεσης για τον προσδιορισμό του προβλήματος (νοερή εγκατάλειψη επιθυμιών, εγκατάλειψη των απαιτήσεων που δεν επηρεάζουν τη λειτουργία και τους βασικούς όρους και μετατροπή των ποσοτικών δεδομένων σε ποιοτικά) προέκυψαν τα παρακάτω αποτελέσματα: πολυγωνικές άτρακτοι διατήρηση της αντοχής σε στρέψη κρουστικές αξονικές δυνάμεις λόγω κεκλιμένης οδόντωσης αλλαγή τροχών χωρίς χρήση ξένης ενέργειας αντιστροφή διεύθυνσης περιστροφής απλή αλλαγή τροχών χωρίς εργαλεία ακριβής θέση τροχών με διαβάθμιση στην άτρακτο μηδενική αξονική χάρη διατήρηση της αρχικής πρότασης συχνή αλλαγή τροχών μηχανισμός συγκράτησης παραμένει στο άκρο της ατράκτου Έπειτα εφαρμόζεται το 4 ο βήμα, η διεύρυνση αυτών που προέκυψαν, με τα εξής αποτελέσματα: αλλαγή και συγκράτηση οδοντωτών τροχών πάνω σε ανθεκτικά σε στρέψη πολυγωνικά άκρα ατράκτων, χωρίς χρήση ξένης ενέργειας και εργαλείων διατήρηση της αρχικής πρότασης κατά τη λειτουργία με αντιστροφή της κίνησης και κάτω από την επενέργεια αξονικών δυνάμεων μηχανισμός συγκράτησης παραμένει πάνω στο άκρο της ατράκτου Προκύπτει τελικά (βήμα 5 ο ) η ουδέτερη διατύπωση του προβλήματος: "λλαγή και συγκράτηση τροχών σε πολυγωνικά άκρα ατράκτων, χωρίς εργαλεία, με διατήρηση κατά τη λειτουργία της αξονικής πρότασης που επιτεύχθηκε κατά την προσαρμογή" Η ολική λειτουργία παρουσιάζεται στο Σχήμα 2 Δύναμη χεριού Δύναμη πίεσης ντ/κος τροχός ρχή διαδικασίας αλλαγής προσαρμογή τροχών χωρίς εργαλεία αξονική σταθεροποίηση και διατήρηση της πρότασης που επιτεύχθηκε ντ/κος τροχός Τέλος διαδικασίας αλλαγής Σχήμα 2 Ολική λειτουργία
Ως επιμέρους λειτουργίες έχουμε: Συνάρμοση o τοποθέτηση τροχού o προσαρμογή τροχού o ασφάλιση τροχού Λειτουργία ποσυνάρμοση o απασφάλιση τροχού o αφαίρεση τροχού Δομή λειτουργίας ναζήτηση λύσεων πό τις λειτουργίες αυτές η "προσαρμογή και η "ασφάλιση είναι οι πιο βασικές. Με ήδη τοποθετημένο τον τροχό, μπορεί κανείς για την "προσαρμογή να δεχθεί τις ακόλουθες επιμέρους λειτουργίες: εφαρμογή δύναμης χεριού μετατροπή δύναμης χεριού σε δύναμη πίεσης ενίσχυση της δύναμης πίεσης Για την "ασφάλιση είναι δεκτή η επιμέρους λειτουργία αποταμίευση της δύναμης πίεσης Η αλυσίδα των επιμέρους λειτουργιών δίνεται στο παρακάτω σχήμα (Σχήμα 3) Σχήμα 3 λυσίδα επιμέρους λειτουργιών και δομή λειτουργίας για την "προσαρμογή και "ασφάλιση" Η αναζήτηση λύσεων θα γίνει για την επιμέρους λειτουργία "ενίσχυση της δύναμης πίεσης". Οι υπόλοιπες επιμέρους λειτουργίες της δομής λειτουργίας δεν απαιτούν ιδιαίτερη αναζήτηση λύσεων διότι πρακτικά λαμβάνονται υπόψη στις λύσεις για την "ενίσχυση της δύναμης". Για το σκοπό αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί π.χ. η διαισθητική μέθοδος brainstorming που δίνει μια μεγάλη σειρά από λύσεις. Πιο συστηματικά μπορεί να προχωρήσει κανείς π.χ. με μια μήτρα ταξινόμησης που θα έχει ως παραμέτρους στις στήλες και τις γραμμές τις διάφορες απόψεις ταξινόμησης οι οποίες προέκυψαν από μια ανάλυση του συστήματος: Δύναμη χεριού σε ποια επιφάνεια (επιφάνεια ενέργειας) μπορεί να εφαρμοσθεί; π.χ. στο πρόσθιο ελεύθερο άκρο της ατράκτου κατά ποια διεύθυνση (διεύθυνση ενέργειας) μπορεί να εφαρμοσθεί; π.χ. αξονικά, ακτινικά, εφαπτομενικά
Δύναμη πίεσης σε ποια επιφάνεια μπορεί να εφαρμοσθεί; Π.χ. στην επιφάνεια του τροχού από την εξωτερική πλευρά κατά ποια διεύθυνση μπορεί να εφαρμοσθεί; π.χ. αξονικά, ακτινικά, εφαπτομενικά Ενίσχυση δύναμης με ποιους μηχανισμούς (φυσικά φαινόμενα) επιτυγχάνεται η ενίσχυση της δύναμης; π.χ. με μοχλό, σφήνα, σπείρωμα Είδος ενέργειας ποιο είδος ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί; π.χ. μηχανική, υδραυλική, πνευματική Κατά την κρίση του Μελετητή επιλέγονται οι κατάλληλες απόψεις ταξινόμησης και δημιουργείται η μήτρα της ταξινόμησης (Πίνακας 2). Κατάλληλες θεωρούνται οι απόψεις που υποστηρίζουν ένα λογικό συνδυασμό στη μήτρα. κατάλληλες απόψεις είναι εδώ τα είδη ενέργειας υδραυλική, πνευματική, ηλεκτρική κλπ. που δίνουν μεν μια πληρότητα της μήτρας αλλά όχι πρακτικές λύσεις οι οποίες επιπλέον αντίκεινται στον πίνακα προδιαγραφών (όχι ξένη ενέργεια). Επίσης η εφαρμογή της δύναμης πίεσης εφαπτομενικά μπορεί να είναι πολύπλοκη και δαπανηρή. Στο παράδειγμα επιλέχθηκαν απόψεις σχετικές με τη διεύθυνση και ενίσχυση της δύναμης. Πίνακας 2 Μήτρα ταξινόμησης για την επιμέρους λειτουργία «ενίσχυση της δύναμης» Ο αριθμός που περιέχεται σε κάθε τετραγωνίδιο της μήτρας ανταποκρίνεται σε μια λύση. Η μήτρα παροτρύνει για συστηματική αναζήτηση μιας ή περισσοτέρων, αν είναι δυνατόν, λύσεων για κάθε συνδυασμό (κάθε τετραγωνίδιο). Στη φάση αυτή επιδιώκεται το ευρύτερο δυνατό φάσμα λύσεων έστω και αν ορισμένες δείχνουν να είναι απορριπτέες. Η τύχη τους θα κριθεί στις επόμενες φάσεις της επιλογής και αξιολόγησης. Στο Σχήμα 4 δίνεται ένα μέρος από τις λύσεις που προέκυψαν με αυτόν τον τρόπο. Κατάλληλες απόψεις ταξινόμησης για τη δημιουργία μιας μήτρας μπορούν να προκύψουν αντίστροφα από 2-3 αρχικές λύσεις brainstorming ή ακόμα από υπάρχουσες γνωστές λύσεις. ν
π.χ. οι λύσεις Νο 3, 8, 10 (Σχήμα 4) ήταν προϊόν κάποιας διαισθητικής μεθόδου θα μπορούσε μια ανάλυσή τους να δώσει απόψεις ταξινόμησης όμοιες με αυτές που επιλέχθηκαν πιο πάνω (Πίνακας 2). Κατόπιν θα μπορούσε να δημιουργηθεί με τις απόψεις αυτές η μήτρα και να συνεχισθεί η διαδικασία εύρεσης λύσεων με τη συμπερασματική πλέον μέθοδο της μήτρας ταξινόμησης, δηλ. συνδυασμός διαισθητικής αρχικά και συμπερασματικής στη συνέχεια μεθόδου.
Σχήμα 4 Λύσεις για την επιμέρους λειτουργία «ενίσχυση της δύναμης» Επιλογή ξιολόγηση λύσεων πό το πλήθος των λύσεων που προέκυψε γίνεται μια επιλογή των λύσεων εκείνων που φανερά πλεονεκτούν (Πίνακας 3). Πίνακας 3 Επιλογή λύσεων
Οι λύσεις που επιλέχθηκαν αξιολογούνται με τον προσδιορισμό της Τεχνικής τους ξίας Wt (Πίνακας 4).
Πίνακας 4 Τεχνική αξιολόγηση λύσεων για: Ταξινόμηση σύμφωνα με τα κύρια χαρακτηριστικά ΠΙΝΚΣ ΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Μηχανισμό συγκράτησης ανταλλακτικών τροχών Ρ: υπάρχουσα παραλλαγή (Ρ): δυνατή μετά από βελτίωση ή βαρύτητα Νο 3 B Νο 6 C Νο 8 Σελίδα.. D Νο 12 Κριτήρια αξιολόγησης: g P (P) P (P) P (P) P (P) P (P) P (P) 1 Μεγάλη σχέση για τη μετατροπή της δύναμης χεριού σε δύναμη πίεσης Δυνατότητα τοποθέτησης περισσότερων 2 τροχών 1 4 2 3 3 1 4 4 4 1 3 Διατήρηση πρότασης θέσης 1 4 4 2 2 4 Μικρός αριθμός επιμέρους τεμαχίων, απλή δομή 1 3 1 3 4 5 Μικρή εξασθένηση της ατράκτου 1 4 4 4 1 6 Μεγάλη αντοχή διαρκείας Μικρή συγκέντρωση τάσεων 1 3 3 3 1 7 Εκμετάλλευση υπάρχουσας ατράκτου 1 2 2 4 4 8 Μικρός κίνδυνος τραυματισμού 1 4 4 2 2 9 πλή κατεργασία 1 3 2 2 2 10 πλή συναρμολόγηση του μηχανισμού 1 2 3 4 4 11 Μικρή φθορά 1 3 2 3 4 12 Εύκολη επισκευή 1 4 3 4 1 14 ; Κρίση ανασφαλής Τάση: καλύτερα Τάση: χειρότερα Pid=48 Σ 40 34 38 29 Wt 0,83 0,71 0,79 0,6 Σειρά 1 3 2 4 Παρατήρηση/αιτιολογία (B), ασθενές σημείο (S), βελτίωση (V) για παραλλαγή/κριτήριο (π.χ. E3) 10 Β11 Βελτίωση του ελατηρίου λαμβάνοντας υπόψη τις δυνάμεις (V) Έλεγχος των πείρων σε πίεση επιφανείας (S) E F πόφαση,c προκρίνονται για περαιτέρω επεξεργασία έλεγχος για δυνατότητα με δύο (αντί για 3) στοιχεία συγκράτησης Ημερομηνία: Επεξεργαστής Οι λύσεις αυτές διαμορφώνονται προηγουμένως σε λεπτομερέστερα σκίτσα για καλύτερη σύγκριση μεταξύ τους.
Τα κριτήρια αξιολόγησης προκύπτουν από τις απαιτήσεις του πίνακα προδιαγραφών και τις γενικές τεχνικές και οικονομικές ιδιότητες σε συνδυασμό με τα κύρια χαρακτηριστικά για τη διαμόρφωση κριτηρίων αξιολόγησης αρχών λειτουργίας. Η βαρύτητα g είναι η ίδια για όλα τα κριτήρια (g = 1). ν η διαφορά μετά την αξιολόγηση είναι εμφανής, προκρίνεται η καλύτερη λύση. ν όμως οι λύσεις βρίσκονται περίπου στο ίδιο επίπεδο εξετάζονται δυνατότητες βελτίωσης, ιδιαίτερα στα σημεία που έχει δοθεί η μικρότερη βαθμολογία (βλέπε παρατηρήσεις στο κάτω μέρος του πίνακα αξιολόγησης). Λόγω του μικρού βαθμού συγκεκριμενοποίησης στη φάση σύλληψης της ιδέας δεν είναι συνήθως δυνατός ο υπολογισμός του κόστους της κατασκευής και αντίστοιχα της Οικονομικής ξίας Ww. Παρόλα αυτά λαμβάνοντας υπόψη μόνο ποιοτικά κριτήρια, γίνεται ένας προσεγγιστικός προσδιορισμός της Οικονομικής ξίας (Πίνακας 5). Πίνακας 5 Οικονομική αξιολόγηση λύσεων Οικονομικά κριτήρια Παραλλαγή A No 3 B No 6 C No 8 D Νο 12 Μικρό Κόστος υλικών 3 2 3 4 Μικρό κόστος κατεργασίας 3 2 2 1 Μικρό κόστος συναρμολόγησης 3 3 2 4 Μικρό κόστος συντήρησης 3 3 3 4 Μικρό κόστος μετατροπής ατράκτου 3 2 3 1 Άθροισμα 15 12 13 14 W w = Άθροισμα 20 0,75 0,60 0,65 0,70 Σειρά 1 4 3 2 Οι Τεχνικές (Wt) και Οικονομικές (Ww) ξίες των λύσεων Νο 3, 6, 8 και 12 αποτυπώνονται στο Διάγραμμα ισχύος S για μηχανισμό συγκράτησης ανταλλακτικών τροχών (Διάγραμμα 1) που οδηγούν τελικά σε μια απόφαση υπέρ της υπ' αριθ. 3 λύσης.
Οικονομική ξία Ww Διάγραμμα Ισχύος S 1 0,9 0,8 0,7 0,6 Νο12 Νο8 Νο3 0,5 Νο6 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Τεχνική ξία Wt Διάγραμμα 1 Διάγραμμα ισχύος S για μηχανισμό συγκράτησης ανταλλακτικών τροχών