8.3.5. Индекс надежности по Квирку

Цель

Позволить неопытным проектировщикам выявлять ненадежные элементы без испытания всей конструкции.

План действий

1. Подготовить описательную классифи­кацию, включающую все характеристи­ки, относящиеся к надежности деталей, а также все случаи ненадежности для рассматриваемого типа изделия. Определяя надежность изделия, Джонс пользуется введенным им пока­зателем "ненадежности".

2. Предложить опытным проектировщи­кам оценить степень, с которой каждая пара элементов в данной классифика­ции увеличивает ненадежность изделия.

3. На основе сделанных инженерами оце­нок вычислить средние величины пока­зателей ненадежности для каждого эле­мента классификации.

4. Выбрать элементы для описания каж­дой детали новой конструкции.

5. Вычислить средний цифровой показа­тель ненадежности для каждой детали

6. Изменить конструкцию деталей, для которых получился высокий показатель ненадежности.

Пример

Вычислить показатели ненадежности каждой детали системы (рис. 9).

Рис. 9

1. Подготовить описательную классифи­кацию, включающую все характеристи­ки, относящиеся к надежности деталей, а также все случаи ненадежности для рас­сматриваемого типа изделия.

Квирк приводит классификацию, при­годную для большинства механических устройств. Причины ненадежности указа­ны в первой колонке помещенной ниже табл.18, а характеристики, имеющие отношение к надежности, — в остальных ее колонках.

2. Предложить опытным проектировщи­кам оценить степень, с которой каждая пара элементов в данной классификации увеличивает ненадежность изделия.

Каждый элемент попарно сравнивается с каждым другим в матрице взаимодейс­твий, при этом исклю­чаются названия категорий. Опытных инженеров просят приписать каждой паре показатель ненадежности по пятибал­льной шкале:

1 = наименьшая, 2, 3, 4 = средние значения,

5 = наибольшая.

Таблица 18.

1 Нагрузки среды	2 Тип соединения			3 Функция	4 Тип заготовки
1.1. Статические; 1.2. Давление 1.3. Влажность 1.4. Удар 1.5. Вибрация 1.6. Ускорение 1.7. Температура 1.8. Коррозия 1.9. Напряжение * 1.10. Трение	2.1. Заклепки 2.2. Болты 2.3. Винты 2.4. Резьба 2.5. Сварка 2.6. Пайка *2.7. Запрессовка 2.8. Штифты 2.9. Клеевое			3.1. Соединять 3.2. Защищать 3.3. Охватывать 3.4. Вмещать 3.5. Держать 3.6. Двигать 3.7. Поворачивать * 3.8. Вращать 3.9. Уплотнять	4.1. Поковка *4.2. Отливка 4.3. Отливка в форме 4.4. Лист 4.5. Стержень 4.6. Монолит 4.7. Лента 4.8. Трубка 4.9. Выдавленная деталь
5 Операция обработки		6 Название детали	7 Форма			8 Материал
*5.1. Сверление 5.2. Распиловка *5.3. Обточка 5.4. Фрезерование 5.5. Нарезка резьбы *5.6. Расточка 5.7. Опиловка 5.8. Строгание 5.9. Сгибание 5.10. Резка 5.11. Штамповка 5.12. Прокатка 5.13. Формовка		6.1. Кожух 6.2. Скоба 6.3. Крышка 6.4. Рукоятка 6.5. Рама 6.6. Вал 6.7. Шестерня *6.8. Втулка 6.9. Трубка	7.1. Сферическая 7.2. Кубическая 7.3. Треугольная 7.4. Прямоугольная 7.5. Неправильная *7.6. Цилиндрическая 7.7. Шестиугольная 7.8. Плоская 7.9. Овального сечения			8.1. Чугун 8.2. Сталь 8.3. Алюминий 8.4. Медь *8.5. Бронза 8.6. Цинк 8.7. Олово 8.8. Дерево 8.9. Стекло 8.10. Нейлон 8.11. Пластик 8.12. Бумага 8.13. Резина
Примечание. Об элементах, отмеченных звездочкой, см. в тексте. Для изделий другого типа (например, зданий, химических установок, электрических устройств) потребуются другие матрицы.

Квирк приводит следующие примеры:

8.1/3.1 (чугун - соединять) получает оценку 2, поскольку чугунное соедине­ние не столь надежно, как соединение из другого материала, например стали.

8.2/3.1 (сталь - соединять) получает оценку 1.

8.1/6.1 (чугун - кожух) получает оценку 1, так как чугунный кожух имеет не больше шансов выйти из строя, чем ко­жух из другого материала.

8.1/3.3 (чугун - охватывать) получает оценку 2, поскольку среди перечислен­ных материалов имеется по крайней мере еще один, вероятность отказа ко­торого при использовании в качестве скобы меньше, чем у чугуна.

3. На основе сделанных инженерами оценок вычислить средние величины показателей ненадежности для каждо­го элемента классификации.

Вычисляется средняя величина для каж­дого элемента и умножается на 10 для удобства оперирования с получающими­ся числами. По-видимому, частные сред­ние для парных сочетаний одного эле­мента с элементами всех других катего­рий будут различаться не более чем на 5...10%, например среднее значение для чугуна в графе "Функция" будет равно 23, а в графе "Название детали" — 21.

4. Выбрать элементы для описания каждой детали новой конструкции.

Квирк классифицирует втулку системы, показанную на рис. 9, элементами, отмеченными в таблице звездочками.

5. Вычислить средний цифровой показа­тель ненадежности для каждой детали.

Для деталей системы получены следую­щие цифровые показатели: втулка 26,3, вал 23,4, корпус 21,8, кольцо 19,8, кожух 19,3, винт 19,2.

Эти величины указывают на то, что наи­менее надежной деталью является втул­ка, наиболее надежной - винт.

Методы вычисления показателей, по-видимому, дают величины от 10 до 50. Однако приведенный пример заставляет предположить, что на практике исполь­зуются только средние величины этого диапазона.

6. Изменить конструкцию деталей, для которых получился высокий показатель ненадежности.

В данном случае можно было бы изме­нить конструкцию втулки таким обра­зом, чтобы ее показатель стал не выше 23.

Замечания

Опытные проектировщики, вероятно, скажут, что эта методика не дает им в руки ничего нового. Менее опытные проектировщики, однако, найдут, что ме­тод может оказать им большую помощь при отсутствии квалифицированных кон­сультантов и в тех случаях, когда нет времени или средств для практического испытания деталей на надежность. Глав­ный принцип, лежащий в основе этого метода, состоит в выражении субъек­тивных суждений с помощью некоторой математической модели. Можно пред­положить, что на результатах могут отрицательно сказаться: а) различия между оценками разных специалистов и б) сомнительное допущение относитель­но того, что субъективные оценки рас­пределены по шкале с фиксированным нулем на одинаковых интервалах друг от друга.

Квирк считает, что "требуется провес­ти значительную исследовательскую ра­боту", прежде чем можно будет дать обоснованную оценку достоинств и недо­статков этого метода. Он указывает, однако, что если показатели, назначен­ные неопытными инженерами, значи­тельно отличаются друг от друга, то оценки опытных инженеров почти совпадают. Влияние субъектив­ных различий в оценках может быть полностью исключено, если цифровые показатели будут получены с помощью ЭВМ по результатам физических испыта­ний надежности.

Метод Квирка не применим к проек­тированию сборных узлов, а годится лишь для проектирования отдельных деталей. Поэтому было бы ошибочно исходить из предположения, что изделие обязательно будет надежным, если все его детали имеют показатели ненадеж­ности.

Применение

Этот метод имеет смысл использовать в тех случаях, когда отказ изделия при­ведет к значительным убыткам, когда имеются опытные инженеры, способные правильно назначать показатели ненадеж­ности, и когда необходимо спроекти­ровать большое количество деталей си­лами неопытных проектировщиков без квалифицированных консультантов.

Обучение

Методом пользоваться очень просто и, по-видимому, никакой специальной под­готовки для этого не требуется.

Стоимость и время

Составление матрицы цифровых показа­телей требует сравнения нескольких ты­сяч пар элементов, для чего может по­требоваться несколько человеко-недель для каждого эксперта, мнение которого запрашивается. Это вполне умеренные затраты, если убытки в результате нена­дежности изделия могут быть значитель­ными, а испытание каждой детали на долговечность провести невозможно. Когда матрица составлена, вычисление индекса ненадежности занимает всего несколько минут.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данное учебное пособие содержит сведения по эвристическим методам, используемым в научно-техническом творчестве.

В учебном пособии рассмотрены темы, которые соответствуют рабочей программе первого семестра по дисциплине "Методы научно-технического творчества": внутренняя структура инженерной деятельности, изобретательская деятельность, психология творчества, эвристические методы в инженерных разработках, методы мозговой атаки, синектика, морфологический анализ и синтез технических решений, проектирование как трехступенчатый процесс – дивергенция, трансформация, конвергенция.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Альтшуллер Г.С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. – 3-е изд., дополненное. Петрозаводск: Скандинавия, 2003. - 240 с.

2. Джонс Д.К. Методы проектирования: Пер. с англ. –

2-е изд., доп. – М.: Мир, 1986.. – 326 с.

3. Козырева А.Ю. Лекции по педагогике и психологии творчества. - Научно-методический центр Пензенского городского отдела образования - 1994. - 344 с.

4. Меерович М.И., Шрагина Л.И. Технология творческого мышления: Практическое пособие. – Мн.: Харвест, М.: АСТ, 2000. – 432 с.

5. Мюллер И. Эвристические методы в инженерных разработках: Пер. с нем. - М.: Радио и связь, 1984. - 144 с.

6. Поиск новых идей: от озарения к технологии (Теория и практика решения изобретательских задач) / Г.С. Альтшуллер, Б.Л. Злотин, А.В. Зусман, В.И. Филатов. - Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1989. - 381 с.

7. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: учеб. пособие для студентов втузов. - М.: Машиностроение, 1988. - 368 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………3

1. Техника и инженер……………………………………...4

1.1. Необходимость обучения методам НТТ………….5

1.2. Этапы инженерной деятельности…………………8

1.3. Роль инженера на современном производстве…...9

1.4. Разделение функций инженерного труда……….15

1.5. Изобретательская деятельность………………….18

1.6. Понятие об открытии, изобретении и

рационализаторском предложении……………...20

2. Психология творчества………………………………..25

3. Эвристические методы………………………………..35

3.1. Из истории эвристических методов……………..35

3.2. Граница между эвристическими методами,

логикой и интуицией……………………………..39

4. Методы мозговой атаки……………………………….43

4.1. Использование возможностей подсознания…….43

4.2. Метод прямой мозговой атаки…………………...45

4.3. Метод обратной мозговой атаки………………....51

4.4. Комбинированное использование

методов мозговой атаки…………………………..54

5. Синектика………………………………………………57

6. Эвристические методы конструирования……………64

7. Морфологический анализ

и синтез технических решений………………………….73

7.1. Морфологическая комбинаторика……………….73

7.2. Постановка задачи и построение

конструктивной функциональной структуры…..75

7.3. Составление морфологических таблиц………….77

7.4. Выбор наиболее эффективных

технических решений…………………………….80

8. Методы проектирования……………………………...85

8.1. Проектирование как трехступенчатый процесс...85

8.1.1. Дивергенция………………………………..86

8.1.2. Конвергенция………………………………87

8.2. Методы исследования структуры проблемы

(трансформация)………………………………….89

8.2.1. Матрица взаимодействий………………….89

8.2.2. Сеть взаимодействий………………………93

8.2.3. Анализ взаимосвязанных областей

решения (AIDA)……………………………96

8.2.4. Трансформация системы…………………..98

8.2.5. Проектирование нововведений

путем смещения границ……………………99

8.2.6. Проектирование новых функций………...101

8.2.7. Определение компонентов

по Александеру……………………………102

8.2.8. Классификация проектной информации...106

8.3. Методы оценки (конвергенция)………………...109

8.3.1. Контрольные перечни…………………….109

8.3.2. Выбор критериев………………………….116

8.3.3. Ранжирование и взвешивание……………118

8.3.4. Составление технического задания……...121

8.3.5. Индекс надежности по Квирку…………..131

Заключение……………………………………………...136

Библиографический список……………………………137

Учебное издание

Корнеев Валерий Иванович

Иванов Лев Алексеевич

МЕТОДЫ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО

ТВОРЧЕСТВА