Метод конструирования Р.КОЛЛЕРА

Интеллект Клуб

10.07.2004

Методы поиска новых идей и решений. Метод конструирования Р.КОЛЛЕРА

Канд. техн. наук А.М. Кузьмин
Опубликовано: "Методы менеджмента качества", №8, 2004.

Метод конструирования Р. КОЛЛЕРА – метод систематизированного поиска принципиально новых технических решений. Применяется при поисковом конструировании.

Другие названия: "Теория конструирования на основе преобразования потоков". Автор метода Р. Коллер (ФРГ), 1975 г.

Цель метода

Метод предназначен для синтеза технических систем (ТС) на новых принципах действия.

Суть метода

Абстрагируясь от реальной конструкции ТС и концентрируя внимание на функциях, которые ТС должна выполнять, поставить задачу и перейти к принципиальному решению.

План действий

• Постановка задачи и построение функциональной структуры ТС, включающее описание функций ТС и ее элементов.
• Качественное конструирование, включающее выбор физических эффектов (ФЭ) для реализации каждой функции и принципиальных технических решений.

Результат

Повышение качества проектных решений, создание в короткие сроки высокоэффективных образцов техники и технологий.

Достоинства

Удачное структурирование фонда физических эффектов, удобное для поиска новых принципов действия ТС и реализующих их технических решений.

Недостатки

Отсутствие критериев для выбора наилучших вариантов среди множества возможных и, следовательно, необходимость рассмотрения очень большого числа вариантов.

Основные положения метода

Все технические системы по наличию в них основных потоков энергии, вещества или информации Р. Коллер делит на три класса: машины - характеризуются потоками и преобразованием энергии; аппараты - потоками и превращением веществ; приборы - потоками и переработкой информации (сигналов). Все изменения в ТС связываются только с изменениями свойств и состояний этих потоков, которые можно свести к конечному числу элементарных функций и основных операций (действий).

1. Концептуальная схема конструирования

Постановка задачи и синтез функциональной структуры ТС

Формулирование общей (главной) функции разрабатываемой ТС. Описание общей функции содержит указание "входа" (т. е. входных физических величин) и "выхода" ТС, а также наличие преобразования "входа" в "выход".

Составление списка основных требований к ТС включает наиболее важные условия и ограничения выполнения общей функции. Выявленные требования изображаются на схеме в виде дополнительных входов (воздействий) ТС.

Построение структуры подфункций. Общая функция ТС разделяется на подфункции, при построении структуры которых рекомендуется отображать функциональные узлы ТС, связи между ними; "входы" и "выходы".

Построение структур элементарных функций. Особенностью метода является последующее расчленение выделенной структуры до тех пор, пока все подфункции (1-го уровня, 2-го уровня и т. д.) не будут разделены на элементарные функции, каждая из которых соответствует какой-либо основной операции.

Построение структур основных операций. Путем перестановки основных операций получают другие возможные структуры, отсеивая недопустимые структуры. Далее отбирают те структуры, которые существенно отличаются друг от друга. Р. Коллер предложил использовать для описания любой ТС или ее элемента 12 пар основных операций, каждая из которых имеет два значения: прямое и обратное. Эти операции с описанием самого процесса преобразования, а также "входа" и "выхода" известны как операции Коллера (или физические операции).

Примеры описания элементарных функций

Функция преобразования

Функция: преобразовать электрическую энергию в тепловую.
Вход: электрическая энергия.
Основная операция: преобразование.
Выход: тепловая энергия.

Функция разъединения

Функция: Разъединить смесь жидкостей разной плотности.
Вход: смесь из двух жидкостей.
Основная операция: разъединение.
Выход: жидкость-1, жидкость-2.

Примеры описания физических эффектов (ФЭ)

Физэффект: Закон Джоуля-Ленца.
Носитель ФЭ: проводник.
Вход: электрический ток.
Выход: теплота.

Физэффект: Центробежная сепарация жидкостей.
Носитель ФЭ: сепаратор.
Вход: смесь жидкостей.
Выход: жидкость-1, жидкость-2.

2. Качественное конструирование

Выбор физических эффектов. Каждая элементарная функция может быть реализована с помощью одного или нескольких физических эффектов, у которых наименования физических величин на фходе и выходе совпадают с наименованием физических величин на выходе и входе соответствующей элементарной функции. Поиск ФЭ осуществляется с помощью специального указателя, представляющего собой систематизированный подбор ФЭ для отдельных основных операций.

Выбор носителей ФЭ осуществляется с помощью справочников по веществам и материалам.

В ходе конструкторской проработки:
- изображается принципиальная схема реализации функций;
- осуществляется комбинирование и синтез структур;
- выполняется конструирование элементов и проектирование системы.

Источники информации:

1. www.inventech.ru
2. Половинкин А.И., Вершинина Н.И., Зверева Т.М. Функционально-физический метод поискового конструирования. Учебное пособие - Иваново: ИЭИ, 1983.
3. Koller R. Konstructionsmethode fьr den Mashinen-, Gerдte- und Apparatebau. Berlin - Heidelberg - New-York: Springer -Verlag, 1976

* * *

До встречи.

Александр Барышников
Обратная связь

Другие публикации