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

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

7.1 Základní poznatky 7.1 Základní poznatky 7.2 Systematická struktura DTM/TTS: 7.2 Systematická struktura DTM/TTS: 7.3 Konkretizace 7.3 Konkretizace DTM/TTS pro obory TS pro obory TS 7.3 Konkretizace pro obory TS © S. Hosnedl OBSAH  3 7Systematická struktura poznatků a metod o a pro konstruování poznatků a metod o a pro konstruování

Podkapitola 7.1 Základní poznatky © S. Hosnedl  4 7Systematická struktura poznatků a metod o a pro konstruování poznatků a metod o a pro konstruování

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

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) DŮLEŽITÉ 7.1 Základní poznatky SYSTEMATICKÉ USPOŘÁDÁNÍ © S. Hosnedl  6 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování

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

PRINCIP TAXONOMIE TÉMAT DTM/TTS (1) Témata DTM/TTS o a pro konstruování lze třídit mnoha způsoby: Jako základní princip se pro témata DTM/TTS optimálně osvědčilo dvoukriteriální, tj. „dvojrozměrné“ třídění [Hubka&Eder 1996], příp. [Eder&Hosnedl 2014] (viz násl. obrázek) upravené do tvaru: - systému (  ) : (  ) k Technickému systému (TS) (  ) ke Konstrukčnímu systému (DesS) - zaměření (  ) : (  ) k procesům (…P) (  ) k objektům (…O) Poznámky: - Počítačové podpory využití poznatků DTM/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 DTM/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 DTM/TTS mohou být i normativní, tj. mít formu zákonů, norem, směrnic apod. i 7.2 Struktura DTM/TTS © S. Hosnedl  8 POTŘEBNÉ 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování

Obr.: Základní struktura systematické „mapy“ teorie a metodiky konstruování (DTM) podložená Teorií technických systémů (TTS) - DTM/TTS [Hubka&Eder 1996], příp. [Eder&Hosnedl 2008] CA TTSP TDesSP TTSO TDesSO CA Teorie a Metodika k procesům … P Teorie technických systémů TTS (TTSO & TTSP) Teorie konstrukčního systému TDesS (TDesSO & TDesSP) Teorie k objektům … O © S. Hosnedl 7.2 Struktura DTM/TTS PRINCIP TAXONOMIE TÉMAT DTM/TTS (2)  9 DTM/TTS POTŘEBNÉ 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování Metodika konstrukčního procesu MDesP

Uspořádání základních témat DTM/TTS podle uvedeného principu třídění (1): Teorie technických systémů objektově (  , TTSO): - Transformační systém (TrfS) s Transformačním procesem (TrfP) - Technický produkt jako TS, životní etapy TS jako Transformační systémy a procesy - Vlastnosti a chování TS, vztahy mezi vlastnostmi TS - Kvalita TS a konkurenceschopnost TS, jejich hodnocení - Konstrukční struktury TS a jejich zobrazování - Taxonomie TS … Teorie technických systémů procesně (  , TTSP): - Transformační procesy, technické procesy … © S. Hosnedl  Struktura DTM/TTS PRINCIP TAXONOMIE TÉMAT DTM/TTS (1) POTŘEBNÉ 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování

Uspořádání základních témat DTM/TTS podle uvedeného principu třídění (2): Konstrukční systém objektově (  , TDesSO): -Konstrukční systém (DesS) a konstrukční proces (DesP) -Vliv faktorů konstrukčního systému a jeho akt.&reakt. prostředí na konstrukční proces -Počítač v konstrukčním systému a jeho využití v konstrukčním procesu -Hierarchická struktura činností/operací konstrukčního procesu -Strategie a taktiky konstruování (DesP) -Strategie znalostní podpory konstruování (DesP) … Konstrukční systém procesně: (  , TDesSP & MDesP) -Docílení požad. vlastností navrhovaného Transformačního procesu (TrfP) -Konstruování z hledisek vlastností TS (DfX) a predikce vlastností TS (PoX) - Poznatky a metody DfX a PoX k vlastnostem TS - Predikce vývoje vlastností TS v čase - Obecný model řešení problému (Problem Solving) - Obecný model postupu konstruování (GMPD) TS -Fáze Obecného modelu postupu konstruování -Znalostní podpora a integrace strategií a taktik DesP -… © S. Hosnedl  Struktura DTM/TTS PRINCIP TAXONOMIE POZNATKŮ DTM/TTS (2) POTŘEBNÉ 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování

Obr.: Hierarchické struktura poznatků a metod Eng. Design Theory and Methodology (DTM) na bázi Theory of Technical Systems (TTS) o a pro konstruování - DTM/TTS [Hubka&Eder 1996] => [Hosnedl 2015] K INFORMACI 7.2 Struktura DTM/TTS © S. Hosnedl  12 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování HIERARCHICKÁ STRUKTURA DTM/TTS

Charakteristika uvedeného pojetí, taxonomie a uspořádání témat DTM/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. POTŘEBNÉ SHRNUTÍ 7.2 Struktura DTM/TTS © S. Hosnedl  13 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování

Podkapitola 7.3 Konkretizace DTM/TTS pro obory TS © S. Hosnedl  14 7Systematická struktura poznatků a metod o a pro konstruování poznatků a metod o a pro konstruování

DTM/TTS Obecné poznatky a metody DTM/TTS: - jsou pro přímé využití v praxi značně abstraktní: -proto potřeba konkretizace DTM/TTS pro jednotlivé obory TS (ADTM/TTS) se shodnou, příp. analogickou strukturou i terminologií, např. : POTŘEBNÉ 7.3 Konkretizace DTM/TTS pro obory TS DTM/TTS POTŘEBA KONKRETIZACE DTM/TTS (1) © S. Hosnedl ADTM/TTS STROJNÍ ČÁSTI VÝROBNÍ TECHNIKA DOPRAVNÍ TECHNIKA DTM/TTS  15 ADTM/TTS 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování … P TTS TDesS … O TTSP TDesSP & MDesP TDesO TTSO MDesP

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. … POTŘEBNÉ POTŘEBA KONKRETIZACE DTM/TTS (2) 7.3 Konkretizace DTM/TTS pro obory TS © S. Hosnedl  16 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování

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

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 DTM/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) K INFORMACI 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 KONKRETIZACE DTM/TTS PRO OBOR STROJNÍCH ČÁSTÍ (2) 7.3 Konkretizace DTM/TTS pro obory TS © S. Hosnedl  18 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování

PŘEVODOVÉMECHANISMY  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 S VYUŽITÍM TVAROVÝCH ELEMENTŮ  PŘEVODY S NEPŘÍMOU VAZBOU  řemenové, lanové,... S VYUŽITÍM TŘENÍ 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,...  PŘEVODOVKY S PLYNULE MĚNITEL.  třecí, řemenové, řetězové,... PŘEVODOVÝM POMĚREM - VARIÁRORY PŘEVODOVÝM POMĚREM - VARIÁRORY Systematické funkční třídění obecných strojních částí: 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,... K INFORMACI KONKRETIZACE DTM/TTS PRO OBOR STROJNÍCH ČÁSTÍ (3) 7.3 Konkretizace DTM/TTS pro obory TS © S. Hosnedl  19 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování

Systematické funkční třídění oborově specifických strojních částí: Příklad: Strojní části potrubních systémů © S. Hosnedl 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) K INFORMACI KONKRETIZACE DTM/TTS PRO OBOR STROJNÍCH ČÁSTÍ (4)  Konkretizace DTM/TTS pro obory TS 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování

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, cyklu (vzniku, existence a likvidace) a jejich “průřezové” faktory (lidi, ost. technické prostředky, informační a řídicí systém a okolí) ost. technické prostředky, informační a řídicí systém a okolí)  Termínové vlastnosti: (relativní) časová náročnost na předvýrobní procesy, výrobu a příp. servis výrobce  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  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,... A PRO ZJIŠTĚNÍ. (ANALÝZU) a pro ostatní specicická hlediska,... DOCÍLENÝCH VLASTNOSTÍ - AfX DOCÍLENÝCH VLASTNOSTÍ - AfX K INFORMACI KONKRETIZACE DTM/TTS PRO OBOR STROJNÍCH ČÁSTÍ (5) 7.3 Konkretizace DTM/TTS pro obory TS © S. Hosnedl  21 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování

Stavba strojů, strojní součásti ZELENÝ, J.; Brno: Computer Press, s., ISBN 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] DALŠÍ KONCEPČNĚ PŘÍBUZNÉ UPLATNĚNÍ DTM/TTS V OBORU STROJNÍCH ČÁSTÍ K INFORMACI 7.3 Konkretizace DTM/TTS pro obory TS © S. Hosnedl  22 7 Syst. struktura pozn. a metod o a pro konstruování

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/ „Inovace výuky v oboru konstruování strojů včetně jeho teoretické, metodické a počítačové podpory“.