Systémové navrhování technických produktů Příloha 1e Systémové navrhování technických produktů KKS/ZKM Podklady ke konstrukčním projektům Prof. Ing. Stanislav Hosnedl, CSc. Plzeň, 2013 1

Podklad ke konstrukčním projektům KKS/ZKM SYSTÉMOVÉ NAVRHOVÁNÍ TECHNICKÝCH PRODUKTŮ KONSTRUKČNÍ NÁVRH POLOHOVADLA PRO SVAŘOVÁNÍ Vybrané editovatelné obrázky z Case Study v MS Power Point   Podklad ke konstrukčním projektům KKS/ZKM Prof. Ing. Stanislav Hosnedl, CSc. 2 04.11.2013

Základní grafické symboly Základní informace OBSAH Základní grafické symboly Časový plán řešení konstrukčního úkolu Provozní transformační proces (TrfP) - černá skříňka Provozní transformační proces (TrfP) - návrh technologie Provozní transformační proces (TrfP) - úplný návrh Hierarchický funkční strom TS Funkční struktura TS Morfologická matice se záznamem navržených orgánů Morfologická matice s návrhem kombinací orgánů Hodnocení variant / alternativ navrž. orgánových struktur TS Diagram konstr. konkurenceschopnosti variant / alternativ navržených orgánových struktur TS 31.10.2009 © S. Hosnedl 3 3

ZÁKLADNÍ GRAFICKÉ SYMBOLY Operátor (příp. i Operand): „soudržný“ ucelený quazistatický objekt (příp. subjekt) např.: = Technický Systém (TS) = Informační Systém (IS) Účinek (Operátoru): schopnost M, E, I výstupů Operátoru způsobit požadovanou trvalou transformaci operandu Proces: soubor vzájemně souvisejících nebo vzájemně působících činností, který přeměňuje objekt/operand z jeho vstupního stavu na výstupní vlivem účinků subjektu/operátorů Vstup/VýstuP (Procesu, Objektu/Subkektu): M, E, I, příp. L ve vstupním/výstupním stavu Funkce (obecně): transformační schopnost operátoru nebo jeho prvku vyjadřovaná infinitivem) např.: = aktivní: otáčet, chladit, spojit = pasivní: otáčení/spojení umožnit - Funkce receptoru/efektoru TS: (schopnost subjektu/operátoru na jeho vstupech a výstupech) např.: = převzetí hnací energie od obsluhy / ze zdroje umožnit = požadované M, E, I účinky vyvodit 31.10.2009 4 © S. Hosnedl 

Obr. : Časový plán řešení konstrukčního projektu TS KONSTRUKČNÍ NÁVRH POLOHOVADLA PRO SVAŘOVÁNÍ Vybrané obrázky z Case Study v MS Word K VYJASNĚNÍ A ROZPRACOVÁNÍ ÚKOLU Rok: čas 2013  Měsíc: hod září říjen listopad prosinec Zadání 2    Analýza problému 10  Požadavkový list 15  Provozní transformační proces Funkční struktura Orgánová struktura Hrubá stavební struktura Úplná stavební struktura Zlepšování 20  Závěrečné hodnocení Dokumentování Odevzdání CELKEM 134 Obr. : Časový plán řešení konstrukčního projektu TS – příklad pro týmově řešený projekt (červeně je naznačena spolupráce průmyslových designerů) 04.11.2013 © S. Hosnedl 5  5

Obr. - část 1: Provozní transformační proces (TrfP) - černá skříňka KONSTRUKČNÍ NÁVRH POLOHOVADLA PRO SVAŘOVÁNÍ Vybrané obrázky z Case Study v MS Word K NÁVRHU FUNKČNÍ STRUKTURY TS Účinky obsluhy polohovadla akt.&reakt. prostředí ostatních operátorů struska, zbytky elektrod, hluk, kouř, světlo Zpětné vazby Polotovar volný před svařením Svařenec po svaření Obr. - část 1: Provozní transformační proces (TrfP) - černá skříňka 04.11.2013 © S. Hosnedl 6 

K NÁVRHU FUNKČNÍ STRUKTURY TS KONSTRUKČNÍ NÁVRH POLOHOVADLA PRO SVAŘOVÁNÍ Vybrané obrázky z Case Study v MS Word K NÁVRHU FUNKČNÍ STRUKTURY TS Spojení polotovaru svařence s polohovadlem a nastavení požadované prostorové polohy. a orientace budoucího svaru naklápěním okolo vodorovné osy, otáčením okolo svislé osy a výškovým nastavením „spojovacího místa polohovadla se svařencem“. Účinky obsluhy polohovadla akt.&reakt. prostředí ostatních operátorů struska, zbytky elektrod, hluk, kouř, světlo Zpětné vazby Polotovar volný před svařením Svařenec po svaření Obr. - část 2: Provozní transformační proces (TrfP) - návrh technologie (ve složitějších případech je nutné popsat technologický princip a postup podrobněji) 04.11.2013 © S. Hosnedl 7 

K NÁVRHU FUNKČNÍ STRUKTURY TS KONSTRUKČNÍ NÁVRH POLOHOVADLA PRO SVAŘOVÁNÍ Vybrané obrázky z Case Study v MS Word K NÁVRHU FUNKČNÍ STRUKTURY TS Připravení polohovadla k  provozu Odstavení z provozu Průběžné udržování a opravování polohovadla při provozu Polohovadlo po údržbě před údržbou Energie E Řídící inf. I Přisunutí a upnutí polotovaru k polohovadlu Uvolnění a sejmutí svařence z polohovadla Naklopení, natočení a nastav. výšky a držení nastavené polohy Držení polohovadla v nastavené poloze při svařování Dodání energie pro přisunutí a upnutí pro uvolnění a sejmutí pro nastavení pro držení při svařování Řízení (ovládání) přisunutí a upnutí polotovaru svařence uvolnění a sejmutí svařence nastavení a držení držení polohov. při svařování 1. Fáze přípravy 2. Fáze provádění 3. Fáze ukončení 2a. Nastavení 2b. Držení pomoc. materiálu pro (zde nepožadováno) nastavení. a držení držení při svař. Pomocné materiály M Nežádoucí vstupy M, E, I Prostor Sp Hranice řešených TrfP Účinky ostatních operátorů obsluhy akt.& reakt. porstředí Spojení TrfP s okol. systémem a prostorové propojení operací/dílčích procesů TrfP/TP struska, zbytky elektrod, hluk, kouř, světlo Polotovar volný před svařením Svařenec po svaření Obr. - část 3 : Provozní transformační proces (TrfP) – úplný návrh (ve spodní části je zakreslen též servisní TrfP - bez zobrazení účinků příslušných operátorů) 04.11.2013 © S. Hosnedl 8  8

Ustavení polotovaru svařence KONSTRUKČNÍ NÁVRH POLOHOVADLA PRO SVAŘOVÁNÍ Vybrané obrázky z Case Study v MS Word K NÁVRHU FUNKČNÍ STRUKTURY TS Ustavení polotovaru svařence do požadované polohy UMOŽNIT a v nastavené poloze DRŽET HLAVNÍ FUNKCE: ASISTUJÍCÍ jako složená z dílčích funkcí 1A a 1B: Funkce 1 je uvažována Upínací PLOCHU VYTVOŘIT 1A PŘIPEVNĚNÍ polotovarů svařence UMOŽNIT 1B Sp DÍLY POLOHOVADLA vzájemně PROPOJIT Σ i PLOHOVADLO s okolním prostředím SPOJIT 5 + SPOJENÍ s polotovarem 1 POLOHOVADLO vnitřně a s okol.prostř. SPOJIT 5 &.Σi Otáčivý POHYB 2 ŘÍZENÍ (ovládání) otáčivého pohybu UMOŽNIT 2.1.1 STAV otáčivého pohybu INDIKOVAT 2.1.2 ENERGIGI CLOVĚKA pro otáčïvý pohyb PŘEVZÍT 2.2.1 I I E I E E I ENERGIGI pro otáč. pohyb PŘENÉST a TRANSF. 2.2.2 NASTAVENÍ otáčivého pohybu JISTIT 2.3 Naklápivý POHYB 3 ŘÍZENÍ (ovládání) naklápivého pohybu UMOŽNIT 3.1.1 STAV naklápivého pohybu INDIKOVAT 3.1.2 ENERGIGI CLOVĚKA pro nakláp. pohyb PŘEVZÍT 3.2.1 ENERGIGI pro nakláp. pohyb PŘENÉST a TRANSF. 3.2.2 NASTAVENÍ naklápivého pohybu JISTIT 3.3 Vertikální 4 ŘÍZENÍ (ovládání) vertikálního pohybu UMOŽNIT 4.1.1 STAV vertikálního pohybu INDIKOVAT 4.1.2 ENERGIGI CLOVĚKA pro vertik. pohyb PŘEVZÍT 4.2.1 ENERGIGI pro vertik. pohyb PŘENÉST a TRANSF. 4.2.2 NASTAVENÍ vertikálního pohybu JISTIT 4.3 Řešení asistujících funkcí není požadováno Obr.: Hierarchický funkční strom TS 28.12.2009 © S. Hosnedl 9  9

K NÁVRHU FUNKČNÍ STRUKTURY TS KONSTRUKČNÍ NÁVRH POLOHOVADLA PRO SVAŘOVÁNÍ Vybrané obrázky z Case Study v MS Word K NÁVRHU FUNKČNÍ STRUKTURY TS NASTAVENÍ spojení s polot. svařence JISTIT 1.3 ŘÍZENÍ (ovládání) spojení s polotov. svař. UMOŽNIT 1.1.1 PŘIJETÍ ENERGIE pro spojení s polot. svař. UMOŽNIT 1.2.1 vertikálního pohybu JISTIT 4.3 4.1.1 ENERGII ČLOVĚKA pro vertikální pohyb PŘEVZÍT 4.2.1 naklápivého pohybu 3.3 3.1.1 Naklápivý POHYB UMOŽNIT 3 pro naklápivý pohyb PŘEVZÍT 3.2.1 POLOHOVADLO s okol. prostředím SPOJIT 5 otáčivého pohybu 2.3 2.1.1 Otáčivý UMOŽNIT 2 pro otáčivý pohyb 2.2.1 SPOJENÍ s polotovarem UMOŽNIT 1 Vertikální UMOŽNIT 4 Informace (I) o průběhu/stavu funkcí TS pro řízení transf. funkcí TS TS (polohovadla) s okolním systémem (podlahou) PŮSOBENÍ účinků TS (polohovadla) na operand (polotovar svařence) stanovených pro uskutečnění operací navrženého provozního transformačního procesu (vč. potřebného řízení, přenosů&transf. jištění/držení a indikací) Přenos&Tansformace Energie (E) pro pohon Hlavní / transformační funkce TS INDIKACI spojení s polot. svařence UMOŽNIT 1.1.2 STAV 4.1.2 INDIKOVAT 3.1.2 2.1.2 Ef ENERGII pro spojení s polot. svař. PŘEN.&TRANSF. 1.2.2 pro vertikální pohyb PŘENÉST&TRANSF. 4.2.2 PŘENÉST&TRANSF. 3.2.2 vnitřně PROPOJIT Σi PŘEN.&TRANSF 2.2.2 Rc Energie (E) pro pohon Informace(I) & Energie(E) pro řízení& fixaci/jištění nastavení Poznámka: Asistující funkce znázorněné vlevo a vpravo od hlavních/transformačních funkcí je nutné zajistit, zde jsou však uvedeny pouze pro úplnost . Jejich zajištění se obvykle řeší zároveň s řešením hlavních/transformačních funkcí, jak je naznačeno ve sloupci (základní funkční vpravo. HLAVNÍ/TRANSFORMAČNÍ FUNKCE TS vč. asistujících funkcí 1 vč. 1.1-1.3 SPOJENÍ s polotov. svařence UMOŽNIT 2 vč. 2.1-2.3 Otáčivý POHYB UMOŽNIT 3 vč. 3.1-3.3 Naklápivý 4 vč. 4.1-4.3 Vertikální 5 vč. Σi POLOHOVADLO vnitřně PROPOJIT a s okol. prostředím SPOJIT Poznámky: - Stanovené funkce lze seskupovat, příp. i dále členit tak, jak je pro další řešení TS optimální - Funkce 5 není dále samostatně řešena Obr.: Funkční struktura TS 04.11.2013 © S. Hosnedl 10 

Funkční principy a odpovídající orgány KONSTRUKČNÍ NÁVRH POLOHOVADLA PRO SVAŘOVÁNÍ Vybrané obrázky z Case Study v MS Word K NÁVRHU ORGÁNOVÉ STRUKTURY TS Funkce Funkční principy a odpovídající orgány 1 2 3 4 5 6 7 SPOJENÍ s polotovarem svařence UMOŽNIT spojení tvarem šroubový, závit. spoj.   klín pneumaticky hydraulicky magneticky Otáčivý POHYB kluzné uložení valivé otočně naklápěcí uložení Naklápivý válcová plocha kulová plocha naklápěcí čep závěs shora Vertikální přimé vedení šroub a matice zvedací mechanismus pouzdro 2.3 3.3 4.3 NASTAVENÍ poloh JISTIT přímo čep a otvory rohatkový mechanismus závit ve vedení šroub, šr.s podlož. klín, brzd.špalík 2.2.1 3.2.1 4.2.1 Ruční POHON čelní soukolí pastorek a hřeben šroubové soukolí a šroub.kolo pás, lano, řetěz páka, exc., vačka 2.1.1 3.1.1 4.1.1 ŘÍZENÍ (ovládání) pohybů poh. mech. pomocí jišt.mech. (rohatky,ap. 2.1.2 3.1.2 4.1.2 STAVY INDIKOVAT rysky na stupnici ukazatel a stupnice opticky electronicky narážky bez indikace třením mechanicky tvarem s mechanickým převodem otočné uložení Obr.: Morfologická matice se záznamem navržených orgánů ke stanoveným funkcím 04.11.2013 © S. Hosnedl 11  11

Funkční principy a odpovídající orgány KONSTRUKČNÍ NÁVRH POLOHOVADLA PRO SVAŘOVÁNÍ Vybrané obrázky z Case Study v MS Word K NÁVRHU ORGÁNOVÉ STRUKTURY TS Funkce Funkční principy a odpovídající orgány 1 2 3 4 5 6 7 SPOJENÍ s polotovarem svařence UMOŽNIT spojení tvarem šroubový, závit. spoj.   klín pneumaticky hydraulicky magneticky Otáčivý POHYB kluzné uložení valivé otočně naklápěcí uložení Naklápivý válcová plocha kulová plocha naklápěcí čep závěs shora Vertikální přimé vedení šroub a matice zvedací mechanismus pouzdro 2.3 3.3 4.3 NASTAVENÍ poloh JISTIT přímo čep a otvory rohatkový mechanismus závit ve vedení šroub, šr.s podlož. klín, brzd.špalík 2.2.1 3.2.1 4.2.1 Ruční POHON čelní soukolí pastorek a hřeben šroubové soukolí a šroub.kolo pás, lano, řetěz páka, exc., vačka 2.1.1 3.1.1 4.1.1 ŘÍZENÍ (ovládání) pohybů poh. mech. pomocí jišt.mech. (rohatky,ap. 2.1.2 3.1.2 4.1.2 STAVY INDIKOVAT rysky na stupnici ukazatel a stupnice opticky electronicky narážky bez indikace třením mechanicky tvarem s mechanickým převodem otočné uložení A B C D Obr.: Morfologická matice s návrhem kombinací orgánů pro návrhy variant / alternativ Orgánových struktur TS 04.11.2013 © S. Hosnedl 12  12

Metodické poznatky ke konstrukčnímu procesu Case Study DŮLEŽITÉ 3. NÁVRH ORGÁNOVÉ STRUKTURY TS a b c d Obr. 14: Varianty / alternativy Orgánových struktur TS - příklad: polohovadlo pro svařování (bez detailů) 28.12.2009 © S. Hosnedl 13  13

Hodnocení výrobních / dodacích nákladů C KONSTRUKČNÍ NÁVRH POLOHOVADLA PRO SVAŘOVÁNÍ Vybrané obrázky z Case Study v MS Word K NÁVRHU ORGÁNOVÉ STRUKTURY TS 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Hodnocení kvality Q Hodnocení výrobních / dodacích nákladů C d b, c ideál a x Varianta / alternativa: a b c d ideál Otáčivý pohyb 1 4 Naklápivý pohyb 2 3 Vertikální pohyb Celk.hodnocení 5 12 Celk.norm.hodn. 0,25 0,33 0,42 Výrobní náklady 0,50 0,75 1,00 Výsledné pořadí: 2, 3 --- Kriteria kvality Q Kriteria nákladů C Obr.: Hodnocení variant / alternativ navržených orgánových struktur TS (stupnice: 0 (min.) až 4 b. (max.) ) Obr.: Diagram vzájemné konstrukční konkurenceschopnosti variant / alternativ navržených orgánových struktur TS 04.11.2013 © S. Hosnedl 14  14

KONSTRUKČNÍ NÁVRH POLOHOVADLA PRO SVAŘOVÁNÍ Vybrané obrázky z Case Study v MS Word LITERATURA [Hosnedl 2009] HOSNEDL, S.: Polohovadlo pro svařování. Power Point prezentace. Plzeň: ZČU FST KKS, 2009, aktualizace 2013   15 