книги из ГПНТБ / Эрлих, М. Г. Структурный анализ при художественном конструировании промышленных изделий

Ленинградская организация общества «Знание» РСФСР

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ДОМ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОПАГАНДЫ

УДК [62:7.01] : 539.4

М. Г. ЭРЛИХ, В. Ф. БЕЛИК

СТРУКТУРНЫ Й А Н А ЛИ З

П РИ ХУДОЖЕСТВЕННОМ КОНСТРУИРОВАНИИ

ПРОМ Ы Ш ЛЕННЫ Х ИЗДЕЛИЙ

С е р и я — Улучшение качества промышленной продукции (стандартизация, надежность, защитные покрытия, техническая эстетика)

Л е н и н г р а д

1974

Г' г.

{V ••.НС-ТОХКЙЧОСКЙЯ

1 ^»'i'v.*49L ОО^/»

\' м^г.^пяи^

*чи

^* 1

'Г / ^ s U

ЭРЛИХ Макс Гошиевич, БЕЛИК Виктор Федорович

Структурный анализ при художественном конструировании про­ мышленных изделий. ЛДНТП, 1974.

36 с. с илл. 6350 экз. 20 коп.

Унификация и агрегатирование, являющиеся одними из глав­ ных направлении проектирования в промышленности, требуют при­ менения системных методов анализа, одной из основных категорий которого является категория структуры. В брошюре показывается, что ее использование в практической деятельности художника-конст- руктора обеспечивает эффективный синтез технических, технологиче­ ских и эстетических характеристик проектируемого объекта одновре­

ных факторов на формы и конструкции машин, дается пример струк­ турной классификации объектов. Рекомендации могут быть исполь­ зованы при проектировании ряда станков, машин, приборов.

Брошюра может быть использована художниками-конструктора- ми и конструкторами в качестве методического материала при кон­ кретном проектировании изделий машиностроения.

УДК [62 : 7.01] : 539.4

Ленинградская организация общества «Знание» РСФСР

«Прогресс науки и техники — это главный рычаг созда­

мы отчетливо должны видеть перспективы, учитывать их в практической работе».1

Из доклада тов. Л. И. Брежнева на XXIV съезде КПСС.

ВВ Е Д Е Н И Е

Впоследнее время широкое распространение получил метод

Ж. Эммериха и других. Показательно, что применение названных подходов позволяет по-новому, глубже взглянуть на решаемые про­ блемы, упорядочить и активизировать деятельность человека. Это относится и к худодснику-конструктору.

Настоящая работа посвящена анализу ряда технических объ­ ектов (в основном ЭСО2) с позиций их структуры, как закономер­ ности строения. Такое рассмотрение позволяет выявить некоторые, ранее на освещавшиеся в нашей литературе вопросы, в том числе

ипроблемы формообразования изделий.

I. Классификация технических объектов

по их структурным признакам

Художник-конструктор (дизайнер) в процессе работы сталки­ вается со сложными вопросами формообразования объектов со­ временной техники. Закономерности формообразования изучены мало. Можно утверждать, что подход к разработке этой проблемы явно недостаточен со стороны изолированного рассмотрения толь­ ко формы объектов, которая является чрезвычайно подвижным об­ разованием, подверженным влиянию многих случайных, времен­ ных факторов. Отсутствие понимания более глубоких закономер­ ностей п о с т р о е н и я формы часто приводит к нерациональным малообоснованным конструктивным решениям.

1 XXIV съезд Коммунистической партии Советского Союза. Стенографиче­ ский отчет. Том I. М., Госполитиздат, 1971, стр. 82.

2 ЭСО — электросварочное оборудование.

3

При анализе того или иного решения технического объекта применяют понятие «конструкции» — и на этом строятся основные выводы относительно технических (инженерных) ориентаций.. Дело в том, что объекты одного функционального назначения, как пра­ вило, имеют множество вариантов конструктивных решений, вы­ бор каждого из них носит частный характер, а конструкция пред­ стает перед, нами как конечная реализация всех конкретных тре­ бований. Именно поэтому важно найти более устойчивые законо­ мерности, с которыми могут быть соотнесены динамичные, а ино­ гда и случайные факторы формообразования. Наиболее оптималь­ ным представляется использование структурного анализа, резуль­ тативность которого показывает опыт его практического использо­ вания. Вот что пишет по этому поводу Рудольф Арнхейм: худож­ ник «должен воспроизвести в своем мышлении закономерности структуры объекта, на который направлена его практика, спроек­ тировать путь перестройки объекта в соответствии с закономер­ ностями его структуры»1. На необходимость знания структуры при оценке и разработке технического объекта указывали также многие архитекторы, в частности, И. Леонидов, М. Гинзбург, Ф. Л. Райт, Ле Корбюзье и другие.

Наиболее важной задачей, которая должна ставиться л иссле­

регламентирующая структура определяется на базе функциональ­

объекта. В функциональных процессах мы видим физические зако­ ны движения материи. Казалось бы, можно указать на множество случаев (типов, разновидностей) взаимодействия элементов, обес­ печивающих большие свободы решений, однако конкретные требо­ вания сужают этот выбор. Поэтому имеется практически ограни­ ченное число вариантов взаиморасположения функциональных элементов, обеспечивающих минимальные затраты энергии, мате­

венных решений (в группу факторов должны быть введены также, социальные — однако это вопрос специального рассмотрения).

Для группы объектов, в которых используются одни и те же физические принципы, можно выделить некоторый стабильный ин­ вариант связей основных элементов. Это позволяет определить наиболее устойчивые структуры. В практике проектной деятельно­ сти оптимальные структурные закономерности реализуются путем

1 Самохин В. Рудольф Арнхейм и проблема формы в дизайне. «ДК СССР»,. 1971, № 5.

4

синтеза, при котором одни элементы могут получить преимущест­ венное развитие за счет других (при условии достижения целост­ ного решения в конкретной среде). Это приводит к постоянному использованию для близких типов объектов нескольких вариантов реализуемых структурных закономерностей — т. е. к определенно­ му числу вариантов пространственного расположения (организа­ ции) элементов.

Таким образом, при определении структуры необходимо выде­ ление некоторых (структурных) элементов и тех физических (ме­ ханических, электрических, электронных и пр.) зависимостей, ко­ торые обеспечивают его техническое функционирование.

Рассмотрим этот вопрос на примере электросварочного обору­

вая, рельефная, стыковая; сварка плавлением: ручная, полуавто­ матическая, в среде защитных газов; сварка в вакууме; холодная; трением и др.). К многообразию форм сварочного оборудования приводит также различие условий применения сварки и разнообра­ зие свариваемых материалов. Это усложняет художественное кон­ струирование ЭСО, затрудняет унификацию элементов, решение многих конструктивных вопросов.

Обратимся к рассмотрению самого процесса сварки. С точки зрения физической сущности совершаемых процессов распростра­ нены два типа аппаратуры: для с п о с о б о в давлением и плавле­ нием. Особенности каждого из них соответственно отражаются на структурном уровне, как обладающие постоянными наборами эле­ ментов и устойчивостью связей между ними. Для сварки давлением необходимо приложение усилия в зоне сварки и введение в нее теп­ ла. Именно эти факторы и определяют организацию машин для свар­ ки давлением (рис. 1), которые состоят из устройства для создания усилия давления (/); конструкции, воспринимающей нагрузку от сварочного усилия (механического контура (2); блока управления (4); несущих и навесных элементов конструкции (о). (На рис. 2 приводится структурная схема машин для сварки плавлением).

Рассмотрим машины для контактной сварки. В них наиболее жестко взаимосвязаны механический и электрический контуры, последний состоит из трансформатора с токоподводом. Все другие элементы обладают большей свободой пространственных локали­ заций. Именно поэтому и целесообразно сосредотсн чить дальнейший анализ на рассмотрении отношений двух элемен­ тов —• механического (силового) и электрического кон­ туров—-как ведущих и определяющих технико-функциональное

разование; значение ее для формообразования объекта—-опреде­ ляющее. Именно активная структура несет главную организующую

5

Рис. 1. Структура машины для сварки давлением:

1) устройство, создающее сварочное усилие; 2) конструкция, воспринимающая сварочное усилие (механический контур); 3) энергетический блок, служащий для введения тепла в зону сварки (энергетический или электрический кон­ тур) ; 4) блок управления; 5) несущие и ограждающие элементы

Рис. 2. Структура машин для сварки плавлением

функцию в построении объекта (рис. 3). На наличие таких актив­ ных центров в широком классе явлений указывают В. И. Свидерский и Р. А. Зобов: «...внешняя форма как что-то устойчивое груп­ пируется как раз в окрестностях тех структур, которые входят в механизм активного центра.. . и наиболее соответствуют условиям существования целого.» 1

о

Рис. 3. Активная структура контактных машин:

а) активная структура; б) электрический контур; в) механический контур; г) эпюра Мх от воспринимаемой нагрузки

Целесообразно добиваться минимальных габаритов обоих кон­ туров. Это обеспечивает: а) наименьшие затраты на электроэнер­ гию; б) наименьшую металлоемкость механического контура. Та-' кие требования трудно достижимы в одном объекте одновременно. 1 ребования минимальных габаритов объекта при наилучших ус­ ловиях доступа в рабочую зону заставляют проектировщика стре­

7

к уменьшению сопротивления электрического контура, а отсюда и потребляемой мощности при одновременном увеличении металло­ емкости машины за счет механической конструкции; б) либо к об­ легчению веса машины в ущерб электрическому контуру. Это вза­

чинают оказывать друг на друга влияние, при этом проявляются относительно ограниченные возможности их совмещения.

Определенные трудности вызывают габариты сварочного транс­ форматора — элемента электрического контура. Трансформа­ тор должен быть максимально приближен к электродам для умень­ шения сопротивления электрического контура. Но так как обычно трансформаторы обладают значительными габаритами и относи­ тельно неизменной формой, то размещение их внутри механиче­ ского контура осложняет выбор оптимальной формы силовой ско­ бы (механического контура). На рис. 3,г приводится эпюра изги­ бающих моментов силовой скобы от воспринимаемого сварочного усилия. Наиболее нагруженными (по такой схеме работы) оказы­ ваются внутренние и наружные полки этой скобы. При расположе­ нии трансформатора внутри скобы в полках необходимы вырезы для токоподводов, нарушающие непрерывность конструкции, осла­ бевающие скобу. Компенсация вырезов утяжеляет машину.

С другой стороны, расположение трансформаторов вне силовой скобы приводит к увеличению длины токоподвода. Эпюра изгибаю­ щих моментов также показывает, что для механического контура целесообразен плоскостной характер конструкции; это позволило бы избежать сложных или невыгодных напряженных состояний (кручение, срез). Оптимальной формой для механической части машины с точки зрения распределения усилий была бы форма близкая к скобе микрометра, однако конструктивные, технологиче­

ческих и электрических сил.

Дальнейшее рассмотрение структурных аспектов целесообраз­ но вести по двум направлениям: 1) по «горизонтали» и 2) по «вер­ тикали». Первый план должен быть связан с исследованием об­ щности структурных закономерностей различных (разнотипных) объектов, их связи между собой. Второй — по пути более подроб­ ного, последовательного, углубленного рассмотрения структур объ­ ектов одного типа, путей их развития. Первое направление иссле­ дования связано с разработкой принципов классификации проек­ тируемых объектов. На актуальность этого вопроса указывают Э. П. Григорьев и М. В. Федоров. Они пишут: «Прогнозирование развития предметной среды должно опираться на научно обосно­

8

ванную классификацию составляющих ее архитектурных сооруже­ ний и промышленных изделий. Ведь только при наличии единых оснований может быть развернуто все многообразие возможных предметных единиц, входящих в систему».1

Необходима такая классификация, которая объединила бы объ­ екты одного функционального назначения в общие группы, и, вместе с тем, позволила бы установить связи между самими этими

предметных форм».2 Выделение таких инвариантных характери­ стик (или качеств) и есть поиск главных структурных закономер­ ностей среди некоторой группы объектов. Казалось бы, на первый взгляд, что структуры объектов из разных классов резко отличны друг от друга вследствие различий как в элементах, их образую­ щих, так и в связях этих элементов между собой. Однако, более пристальное рассмотрение показывает наличие определенной общ­ ности и самих объектов как технико-функциональных типов.

Представляется возможном определить следующие моменты в реализации названных выше структурных идей для построения искомой классификации:

1)рассмотрение состава элементов, входящих в объект;

2)анализ связей между ними;

3)выделение активной структуры, как основного формообра­

зующего фактора; 4) установление сходства активных структур в классифици­

руемых группах объектов.

Например, имеется ряд объектов дизайна, для формообразова­ ния которых определяющее значение имеет механический контур. К таким объектам относятся рассматриваемые здесь машины для сварки давлением, а также прессы, металлорежущие станки (фре­ зерные, сверлильные, токарные и др.); инструменты: микрометры, струбцины, тиски, клещи и т. д. Технико-функциональные требова­ ния заставляют придавать механическому контуру в этих объектах С-образную форму. Именно это решение обеспечивает наилучший доступ в рабочую зону. С-образная структура является характер­ ной для всех объектов упомянутой группы, она определяет их основную композиционную закономерность: С-образную форму скобы. Это обстоятельство позволяет объединить рассматриваемые объекты в некоторый отдельный класс (рис. 4). Подобным обра­ зом могут быть выделены в отдельные классы объекты со струк-

1 Григорьев Э., Федоров М. Проектный метод прогнозирования. «Техниче­ ская эстетика», 1970, № 10.

2 Там же.

9