Systémové navrhování technických produktů Katedra konstruování strojů Fakulta strojní Systémové navrhování technických produktů KKS/ZKM Prof. Ing. Stanislav Hosnedl, CSc. Podklady k přednáškám – Kapitola 7 Plzeň, 2012 Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

7 Systematická struktura poznatků a metod o a pro konstruování SYSTÉMOVÉ NAVRHOVÁNÍ TECHNICKÝCH PRODUKTŮ PRO ÚPLNOST K INFORMACI POTŘEBNÉ DŮLEŽITÉ 7 Systematická struktura poznatků a metod o a pro konstruování 30.12.2009 © S. Hosnedl 2 

Systematická struktura poznatků a metod o a pro konstruování OBSAH 7.1 Základní poznatky 7.2 Systematická struktura EDSM/TTS: 7.3 Konkretizace EDSM/TTS pro obory TS 30.12.2009 © S. Hosnedl 3 

Podkapitola 7.1 Základní poznatky Systematická struktura poznatků a metod o a pro konstruování Podkapitola 7.1 Základní poznatky 30.12.2009 © S. Hosnedl 4 

7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování 7.1 Základní poznatky POTŘEBNÉ INTUITIVNÍ USPOŘÁDÁNÍ Obr.: Příklad intuitivně uspořádaného souboru poznatků a metod (získaných naučením i praxí) 30.12.2009 © S. Hosnedl 5 

7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování 7.1 Základní poznatky DŮLEŽITÉ SYSTEMATICKÉ USPOŘÁDÁNÍ Význam systematického uspořádání poznatků a metod: Poznatky o jakékoli oblasti se však stanou účinným - znalostním nástrojem člověka, - zdrojem poznatků na vyšší úrovni (jejich dalším rozvojem a sdělováním), tj. vědní oblastí až po jejich: - popsání - zobecnění - validování, - uspořádání, - vysvětlení (nauka) 30.12.2009 © S. Hosnedl 6 

Podkapitola 7.2 Struktura EDSM/TTS Systematická struktura poznatků a metod o a pro konstruování Podkapitola 7.2 Struktura EDSM/TTS 31.12.2014 © S. Hosnedl 7 

i 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování 7.2 Struktura EDSM/TTS POTŘEBNÉ PRINCIP TAXONOMIE TÉMAT EDSM/TTS (1) Témata EDSM/TTS o a pro konstruování lze třídit mnoha způsoby: Jako základní princip se pro témata EDSM/TTS optimálně osvědčilo dvoukriteriální , tj. „dvojrozměrné“ třídění [Hubka&Eder 1996], příp. [Eder&Hosnedl 2014] (viz násl. obrázek) podle: - objektu () : () k  Technickému systému (TS) () ke Konstrukčnímu procesu (DesP) - zaměření () : () preskriptivní /metodické aspekty (P…) () deskriptivní /topologické aspekty (D…) Poznámky: - Počítačové podpory využití poznatků EDSM/TTS (např. CAE, CAD, apod.) jsou pouze způsobem, tj. technologií jejich zpracování a využívání, není to tudíž kritérium pro třídění poznatků (viz násl. obr.). - Preskriptivní (metodické/navigační) poznatky EDSM/TTS mohou mít formu údajů, pravidel nebo metod (od jednoduchých až po komplexní , nemusí tedy mít pouze formu metody, jak by se z názvu „metodické“ mohlo usoudit). Preskriptivní (metodické/navigační) poznatky EDSM/TTS mohou být i normativní, tj. mít formu zákonů, norem, směrnic apod. i 31.12.2014 © S. Hosnedl 8 

7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování 7.2 Struktura EDSM/TTS POTŘEBNÉ PRINCIP TAXONOMIE TÉMAT EDSM/TTS (2) CAE CAD Technické systémy preskriptivně PTS Konstrukční proces PDesP deskriptivně DTS DDesP CAI Preskriptivní/Procedurální aspekty P… „JAK?“ K objektu konstruování …TS K procesu konstruování …DesP Deskriptivní/Topologické aspekty D… „CO?“ EDSM/TTS Obr.: Základní struktura systematické „mapy“ poznatků a metod o a pro konstruování v Engineering Design Science and Methodology (EDSM) podložené Teorií technických systémů (TTS) - EDSM/TTS [Hubka&Eder 1996], příp. [Eder&Hosnedl 2008] 31.12.2014 © S. Hosnedl 9 

7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování 7.2 Struktura EDSM/TTS POTŘEBNÉ PRINCIP TAXONOMIE TÉMAT EDSM/TTS (4) Uspořádání základních témat EDSM/TTS podle uvedeného principu třídění (1): Technické systémy deskriptivně (  , DTS): - Transformační systém a proces, technické procesy - Základní poznatky o TS, životní etapy TS jako Transformační systémy a procesy - Vlastnosti a chování TS, vztahy mezi vlastnostmi TS - Kvalita TS , konstrukční konkurenceschopnost TS a jejich hodnocení Konstruční struktury TS a jejich zobrazování Taxonomie TS … Technické systémy preskriptivně :(  , PTS): - Konstruování z hledisek vlastností TS (DfX) a Predikce vlastností TS (PfX) - Poznatky DfX a PfX ke třídám vlastností TS - Predikce vývoje vlastností TS v čase 31.12.2014 © S. Hosnedl 10 

7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování 7.2 Struktura EDSM/TTS POTŘEBNÉ PRINCIP TAXONOMIE POZNATKŮ EDSM/TTS (3) Uspořádání základních témat EDSM/TTS podle uvedeného principu třídění (2): Konstrukční proces deskriptivně (  , DDesP): Konstrukční systém a konstrukční proces Vliv faktorů konstručního systému a jeho akt.&reakt. okolí na konstrukční proces Počítač v konstrukčním systému a jeho využití v konstrukčním procesu Hierarchická struktura činností/operací konstrukčního procesu Strategie a taktiky konstrukčního procesu … Konstrukční proces deskriptivně :(  , PDesP) - Poznatky pro řešení obecných základních operací konstrukčního procesu - Obecný model postupu konstruování (GMPD) TS - Poznatky pro řešení jednotlivých fází GMPD 03.11.2013 © S. Hosnedl 11 

7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování K INFORMACI 7.2 Struktura EDSM/TTS HIERARCHICKÁ STRUKTURA TÉMAT EDSM/TTS Obr.: Zobrazení hierarchické struktury témat EDSM/TTS o a pro konstruování podle [Hubka&Eder 1996], příp. [Eder&Hosnedl 2008] 31.12.2014 © S. Hosnedl 12 

7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování 7.2 Struktura EDSM/TTS POTŘEBNÉ SHRNUTÍ Charakteristika uvedeného pojetí, taxonomie a uspořádání témat EDSM/TTS: Na uvedeném pojetí prezentovaném v [Hubka&Eder 1996] jako Engineering Design Science (EDS), příp. [Eder&Hosnedl 2008] je významná komplexnost a logická provázanost teoretických i metodických poznatků o a pro konstruování včetně vnějších návazností na další procesy „integrovaného vývoje technických produktů (TS)“. Tato logická provázanost je podpořena i značnou provázaností terminologickou (včetně ekvivalentů ve všech světových jazycích i řadě národních jazyků ). Ostatní známé světové „školy DTM“ jsou převážně soustředěny na dílčí oblasti, zejména na oblast metodických postupů DTM při konstruování (VDI 2221, BS 7000 a další), tj. na (horní  pravý  ) „kvadrant“ (MDesP), což jim ubírá na systematičnosti a tím na vzájemné provázanosti (tj. kompatibilitě) jak teoretických tak praktických poznatků. 31.12.2014 © S. Hosnedl 13 

Podkapitola 7.3 Konkretizace EDSM/TTS pro obory TS Systematická struktura poznatků a metod o a pro konstruování Podkapitola 7.3 Konkretizace EDSM/TTS pro obory TS 31.12.2014 © S. Hosnedl 14 

7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování 7.3 Konkretizace EDSM/TTS pro obory TS POTŘEBNÉ POTŘEBA KONKRETIZACE EDSM/TTS (1) Obecné poznatky a metody EDSM/TTS: - jsou pro přímé využití v praxi značně abstraktní: P… …TS …DesP D… PTS PDesP DDesP DTS EDSM/TTS proto potřeba konkretizace EDSM/TTS pro jednotlivé obory TS (AEDSM-TTS) se shodnou, příp. analogickou strukturou i terminologií, např. : AEDSM/TTS STROJNÍ ČÁSTI VÝROBNÍ TECHNIKA DOPRAVNÍ AEDSM/TTS AEDSM/TTS 31.12.2014 © S. Hosnedl 15 

7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování 7.3 Konkretizace EDSM/TTS pro obory TS POTŘEBNÉ POTŘEBA KONKRETIZACE EDSM/TTS (2) Význam: Podstatně racionálnější využitelnost takto zpracovaných poznatků a metod pro: jejich další vývoj i využití, mezivýrobkový a mezioborový transfer know-how, vývoj i využití CA SW … Podstatně vyšší „(mezi)oborová“ flexibilita: podniků, výuky, apod. konstruktérů, studentů, apod. 31.12.2014 © S. Hosnedl 16 

7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování K INFORMACI 7.3 Konkretizace EDSM/TTS pro obory TS KONKRETIZACE EDSM/TTS PRO OBOR STROJNÍCH ČÁSTÍ (1) Obr.: Znázornění oblasti TTS&MTS obecných poznatků EDSM/TTS pro TS konkretizovaných pro obor Strojních částí (SČ) 17 31.12.2014 © S. Hosnedl 17 

i 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování K INFORMACI 7.3 Konkretizace EDSM/TTS pro obory TS KONKRETIZACE EDSM/TTS PRO OBOR STROJNÍCH ČÁSTÍ (2) Příručka strojního inženýra , Obecné strojní části 1 a 2 [Hosnedl&Krátký 1999 a 2000]: V té době zcela koncepčně nové systematické zpracování problematiky strojních částí, které: - vycházelo z EDSM/TTS v pojetí EDS [Hubka&Eder 1996] odpovídalo požadavkům na budoucí výuku oboru strojních částí z programového prohlášení [Albers et al 1997] vedoucích představitelů oboru konstruování všech německých a dalších přizvaných zahraničních univerzit (viz Poznámka) Poznámka: Požadavky Heiligenberger Manifest – Die Zukunft der Maschinenelemente- Lehre. Heiligenberg, SRN, 1997 [Albers et al 1997]: - provázanost s teoretickými vědními základy - provázanost s Engineering Design Science - rozšíření dosavadního pojetí založeného převážně jen na konstrukci, účelu, výpočtech pevnosti a na vyrobitelnosti - respektování ekonomických, ekologických a další kriterií - poskytnutí systematického přehledu - poskytnutí poznatků pro syntézu - poskytnutí poznatků pro výběr - provázanost s CA technologiemi : i 31.12.2014 © S. Hosnedl 18 

7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování K INFORMACI 7.3 Konkretizace EDSM/TTS pro obory TS KONKRETIZACE EDSM/TTS PRO OBOR STROJNÍCH ČÁSTÍ (3) Systematické funkční třídění obecných strojních částí: PŘEVODOVÉ MECHANISMY  ELEMENTÁRNÍ  PŘEVODY S PŘÍMOU VAZBOU  čelní soukolí, pastorek a hřeben, kuželová,šroubová PŘEVODOVÉ S VYUŽITÍM TVAROVÝCH ELEMENTŮ a šneková sukolí, pohybové šrouby a matice, ... MECHANISMY  PŘEVODY S PŘÍMOU VAZBOU  válcové, kuželové, .... - PŘEVODY S VYUŽITÍM TŘENÍ  PŘEVODY S NEPŘÍMOU VAZBOU  řetězové, s ozubeným řemenem, .. S VYUŽITÍM TVAROVÝCH ELEMENTŮ  PŘEVODY S NEPŘÍMOU VAZBOU  řemenové, lanové, ... S VYUŽITÍM TŘENÍ SLOŽENÉ  PŘEVODOVKY SE STÁLÝM  se stálou pol.os a konv.oz.přev., s proměnnou pol. PŘEVODOVÉ PŘEVODOVÝM POMĚREM os a konv.oz.přev., s prom.pol.os a nekonv. přev., ... MECHANISMY  PŘEVODOVKY SE STUPŇOVITĚ MĚNITEL.  s přesuvnými oz. koly, se spojkami, ... - PŘEVODOVKY PŘEVODOVÝM POMĚREM  PŘEVODOVKY S PLYNULE MĚNITEL.  třecí, řemenové, řetězové, ... PŘEVODOVÝM POMĚREM - VARIÁRORY SPOJOVACÍ ČÁSTI  S PŘEN.ZATÍŽ..JEDNOD.TVAR. ELEMENTY  čepy,kolíky,pery,klíny,drážkami, polygony ...  S PŘEN..ZATÍŽ. TŘENÍM  nalisováním, sevřením, upínacími kroužky,...  S PŘEN. ZATÍŽ. MATERIÁLEM  svary,pájkou,lepidlem, ...  S PŘEN..ZATÍŽ.. TVÁŘENÝMI ELEMENTY  nýty lemy, ...  S PŘEN. ZATÍŽ. PŘEDEPJATÝMI ELEMENTY  šrouby, zděřemi, ... PŘENOSOVÉ ČÁSTI  TUHÉ NEROTAČNÍ  nosníky,páky,tyče,  TUHÉ ROTAČNÍ  hřídele,osy,vřetena,rotory ...  PRUŽNÉ/OHEBNÉ NEROTAČNÍ  řetězy,řemeny,lana, ...  PRUŽNÉ/OHEBNÉ ROTAČNÍ  bowdeny,struny, ... LOŽISKOVÉ ČÁSTI  ROTAČNÍ SE SOUSTŘ. DOTYKEM (VALIVÉ)  lož.kuličková,válečková,jehlová,kuželíková, ... (SPOJE POHYBLIVÉ)  NEROT.(PŘÍMOČ.) SE SOUSTŘ.DOT. (VALIVÉ)  ved.kuličková,válečková, ...  ROTAČNÍ S PLOŠNÝM DOTYKEM (KLUZNÉ)  lož. hydrodyn.,hydrostat..,aerostat., samomazná...  NEROT. (PŘÍMOČARÉ) S PLOŠ.DOT. (KLUZNÉ)  ved.hydrodyn..,hydrostat.,aerostat., samomazná... SPOJKY  MECH. SPOJKY NEROZPOJOVANÉ  tuhé,tuhé vyrovnávací,pružné, ...  MECH. SPOJKY OVLÁDANÉ  výsuvné zubové.,výsuvné třecí, ...  MECH. SPOJKY AUTOMATICKÉ  pojistné,rozběhové,volnoběžné, ... AKUMULÁTORY  A.M.E. S VYUŽITÍM DEFORMACE MATERIÁLU  na principu podd. tvarů, tvarově poddajných MECHANICKÉ materiálů, objemově podd. materiálů, ... ENERGIE (A.M.E.)  A.M.E. S VYUŽITÍM HMOTNOSTI MATERIÁLU  (proti)závaží, setrvačníky, ... 31.12.2014 © S. Hosnedl 19 

7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování K INFORMACI 7.3 Konkretizace EDSM/TTS pro obory TS KONKRETIZACE EDSM/TTS PRO OBOR STROJNÍCH ČÁSTÍ (4) Systematické funkční třídění oborově specifických strojních částí: Příklad: Strojní části potrubních systémů PŘENOSOVÉ ČÁSTI  trubky, tvarovky, ... SPOJOVACÍ ČÁSTI  přírubové, šroubením a spojkami, hrdlové, závitové, svarové, lepené,... KOMPENZAČNÍ ČÁSTI ucpávkové, deformační (vlnovcové, čočkové, pryžové, kloubové, ...), UZAVÍR. A REGUL. Č.  ventily, kohouty, šoupátka, zpětné klapky, pojistné prvky, ... TĚSNICÍ ČÁSTI ucpávky, těsnění, ... UPEVŇOVACÍ ČÁSTI  podložky, konzoly, závěsy, ... IZOLAČ.A OCHR ČÁSTI  nátěry, povlaky, kryty, ... AKUMULÁTORY  nádrže, tlakové nádoby, ... (REZERVOÁRY) 03.11.2013 © S. Hosnedl 20 

7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování K INFORMACI 7.3 Konkretizace EDSM/TTS pro obory TS KONKRETIZACE EDSM/TTS PRO OBOR STROJNÍCH ČÁSTÍ (5) Systematická struktura poznatků pro všechny třídy a druhy strojních částí: CHARAKTERISTIKA  TRANSFORMAČNÍ PROCES  hlavní “účelová” pracovní funkce / účinek, ...  KONSTRUKČNÍ ZNAKY  hlavní “technický” funkční princip, způsob, ... STAVEBNÍ STRUKTURA  ELEM. KONSTR. VLASTNOSTI  Struktura: prvky, jejich uspořádání, ... (typická proved.pro daný druh)  Prvky: tvary, rozměry, mater., způs.výroby, tolerance, st.povrchu, ... VLASTNOSTI  VNĚJŠÍ VLASTNOSTI  Komplexní užitné vlastnosti: (relativní) vhodnost pro procesy v životním cyklu (vzniku, existence a likvidace) a jejich “průřezové” faktory (lidi, ost . technické prostředky, informační a řídicí systém a okolí)  Termínové vlastnosti: (relativní) časová náročnost na předvýrobní procesy, výrobu a příp. servis výrobce  Nákladové vlastnosti: (relativní) ekonomická náročnost na předvýrobní procesy, výrobu a příp. servis výrobce  ZÁKL. POZNATKY PRO UŽITÍ  Přehledy zákl.vlastn. ve formě “rozhodovacích tabulek”, diagramů, ... POZNATKY PRO NÁVRH  POZNATKY PRO STANOVENÍ  pro únosnost a pevnost, životnost, deformace, ... ; A KONTROLU POŽAD. VLASTN. (SYNTÉZU) - DfX pro vyrobitelnost, montáž, provoz, demontáž, ... ; A PRO ZJIŠTĚNÍ. (ANALÝZU) a pro ostatní specicická hlediska, ... DOCÍLENÝCH VLASTNOSTÍ - AfX 31.12.2014 © S. Hosnedl 21 

7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování K INFORMACI 7.3 Konkretizace EDSM/TTS pro obory TS DALŠÍ KONCEPČNĚ PŘÍBUZNÉ UPLATNĚNÍ EDSM/TTS V OBORU STROJNÍCH ČÁSTÍ Stavba strojů, strojní součásti ZELENÝ, J.; Brno: Computer Press, 2003.156 s., ISBN 80-7226-311-0. koncepce knihy vychází z publikace [Hosnedl&Krátký 1999 a 2000] a cituje ji Katalog ovládacích prvků ELESA+GANTER Monza (I), Furtwangen (D) strojní prvky jsou důsledně členěny podle funkcí analogicky jako v [Hosnedl&Krátký 1999 a 2000] 31.12.2014 © S. Hosnedl 22 

Děkuji Vám za pozornost Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/07.0235 „Inovace výuky v oboru konstruování strojů včetně jeho teoretické, metodické a počítačové podpory“. 23