Усовершенствование конструкции электрочайника

Постановка и решение творческих инженерных задач. Усовершенствование эксплуатационных свойств электрочайника. Маркетинговые исследования, выбор прототипа, его описание. Эскиз технического решения и его описание. Улучшенная функциональная схема устройства.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 21.10.2011
Размер файла 2,3 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство образования и науки Российской Федерации

Самарский государственный аэрокосмический университет

имени академика С.П. Королёва

Кафедра конструкции и проектирования

летательных аппаратов

Проектирование технических систем

Усовершенствование конструкции электрочайника

Выполнил студент группы 9141 Мартынова Ю.А.

Проверил Боргест Н.М.

САМАРА 2011

Реферат

Курсовой проект

Пояснительная записка: ____ стр, 3рис., 10 табл., 5 источников

ИЗОБРЕТЕНИЕ, ИНЖЕНЕРНОЕ ТВОРЧЕСТВО, ЭЛЕКТРОЧАЙНИК, МЕТОД ЭВРИСТИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ, МОЗГОВОЙ ШТУРМ, МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ, ПАТЕНТ, ПРОТОТИП, ТЕХНИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ, ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ

Произведен анализ технического объекта, его конструктивных особенностей.

Выявлены недостатки прототипов. Определены требования, предъявляемые к техническому объекту. Разработано техническое решение, позволяющее усовершенствовать конструкцию и улучшить его эксплуатационные характеристики.

Содержание

  • Реферат
  • Введение
  • Библиографический обзор
  • Описание проблемной ситуации
  • Маркетинговые исследования
  • Выбор прототипа и его описание
  • Функциональная схема устройства
  • Мозговой штурм
  • Морфологический анализ
  • Метод эвристических приемов
  • Улучшенная функциональная структура
  • Предварительный эскиз технического решения и его описания
  • Заключение
  • Список использованной литературы
  • Приложение А

Введение

Стремление разрешить противоречие между возрастающей сложностью проектируемых объектов и необходимостью сокращения сроков разработки проектов и повышения их технико-экономических показателей стимулировано развитием и все более широким применением специфических принципов инженерного творчества. Несомненно, что эти принципы будут развиваться и совершенствоваться в дальнейшем, однако, фундаментальные положения останутся неизменными. По мнению ряда многих преподавателей, обучение инженерному творчеству заметно повышает творческий потенциал каждого человека. Поэтому его изучение необходимо для выявления и раскрытия творческих наклонностей и способностей.

Цель и задача курсового проекта - обучение навыкам постановки и решения творческих инженерных задач, в которых нет готовой постановки, поиск более эффективных конструкторско-технических решений, в том числе, превосходящих мировой уровень. Решение проблемы интенсивного развития экономики выдвинуло большое число дополнительных творческих инженерных задач, связанных с экономией трудовых ресурсов, сырья, материалов и энергии.

Библиографический обзор

Дисциплины проектно-конструкторского профиля всегда привлекают инженеров-исследователей. Однако, специалисту, не имеющему методологической подготовки, сложно должным образом ориентироваться в непрерывно обновляющемся многообразном мире техники.

Из отечественных книг по методам предварительного проектирования можно выделить учебник по методам поискового проектирования Половинкина А.И. В нём автор доступным для читателя языком изложил основные этапы проектирования, методы которыми могут воспользоваться начинающие конструкторы. Даны основные понятия, единые для различных эвристических и машинных методов инженерного творчества. Изложены наиболее распространенные эвристические методы: мозговой штурм, метод эвристических приемов, морфологический анализ и многое другое. А также рассмотрена дальнейшая тенденция развития принципов инженерного творчества. Изложены машинные методы поискового проектирования и конструирования применительно к задачам поиска улучшенных физических принципов действия и технических решений. Весь материал иллюстрирован на примерах из различных областей техники.

Современное проектирование в основном основано на компьютерном проектировании, на эту тему отечественными авторами написано много учебников, например учебное пособие Н.М. Боргеста "Автоматизация предварительного проектирования самолёта". В нём дан анализ современного состояния автоматизации наиболее сложного, с точки зрения формализации, процесса предварительного проектирования самолёта. Показано, что одним из главных направлений в развитии современных и в создании будущих САПР (система автоматизированного проектирования) является их интеллектуализация. Приведена концепция перспективной САПР, базирующаяся на технологии искусственного интеллекта. Особо выделены проблемы оптимизации, учёта неопределенности и использования баз данных и знаний проектирования.

С экономической точки зрения Коновым Ю.П. написана книга по прогнозированию эффективности использования изобретения. В ней рассмотрены практические вопросы прогнозирования и определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве изобретений. Изложены критерии и методы оценки изобретений, методика прогнозирования их внедрения. Проанализированы проблемы ускорения изобретения. Разработанные в этих и многих других, не названных здесь работах, методы и алгоритм проектирования направлены на формирование у читателя системного проектно - конструкторского мировоззрения.

Описание проблемной ситуации

В данной работе требуется усовершенствовать эксплуатационные свойства электрочайника.

В эксплутационные свойства входят: удобство использования, экономичность использования, безопасность использования, требования эргономичности, качество выполнения поставленной задачи.

При использовании электрочайника могут возникать следующие неудобства:

1) значительные затраты электроэнергии

2) поломка из-за перегрева

3) недостаточная фильтрация воды

4) недостаточный температурный диапазон (получение только горячей) воды

5) риск поражения током от "подставки"

6) малофункциональность изделия

Все это приводит к снижению качества результата. Выходом может служить новое техническое решение, в котором устранены все вышеперечисленные недостатки. Улучшенный вариант электрочайника дает возможность повысить функциональность и удобство использования.

Маркетинговые исследования

В качестве искомого технического объекта было взято устройство "электрочайник".

Электрочайник предназначен для кипячения воды. Статические данные по основным параметрам объекта и его прототипов представлены в таблице 1. Прототипом считается объект, имеющий в основе принципиально сходную схему.

Таблица 1 - Данные маркетингового исследования

Электрический чайник - прибор для нагревания питьевой воды, работающий на электричестве. Представляет собой чайник с расположенным внутри нагревательным элементом. Обычно в качестве нагревательного элемента используется трубчатый электронагреватель. Современные электрочайники изготавливаются из пластмассы, что позволяет избежать ожогов при прикосновении к закипевшему чайнику. Кроме того они имеют автоматический выключатель на основе биметаллической пластины, прозрачное окошко для контроля уровня воды и контактную подставку, позволяющую легко и быстро отключить чайник от питающего провода. Первые электрические чайники появились в конце XIX - начале XX века. В 1992 году в Японии началось производство электрочайников-термосов. В 1994 году в Израиле появились электрочайники с контактной подставкой и автоматическим отключением. Данные исследования показывают, что исследуемый объект востребован на рынке. Значит, его дальнейшее совершенствование приведет к повышению качества и увеличению спроса на изделие.

Выбор прототипа и его описание

Изобретение относится к разделу бытовой техники для дома.

Используется для кипячения воды (эскиз показан на рис.1)

Цель изобретения - повышение технических и функциональных характеристик.

Рисунок 1 - Эскиз прототипа

Комментарий к рис.1.

№ 1, 2 - крышка;

№3, 5 - держатели указателя уровня воды;

№4 - указатель уровня воды;

№6 - подставка;

№7 - контактный блок;

№8 - основание;

№9 - контактный блок в сборе;

№10 - накладка;

№11 - сетевой выключатель с сигнальной лампой;

№12 - терморегулятор, отключающий прибор при закипании воды;

№13 - электронагревательный элемент (ТЭН);

№14 - кольцо;

№15 - разъем для включения нагревательного элемента;

№16 - сигнальная лампа;

№17 - стойка;

№18 - стойка с отверстием для прохода соединительного шнура;

№19 - штепсельный разъем;

Функциональная схема устройства

Функциональная структура представляет собой ориентированный график, вершинами которого являются наименование элементов технического объекта и объектов окружающей среды, а ребрами - функции элементов.

Построим функциональную структуру для прототипа.

электрочайник функциональная схема конструкция

Функции всех элементов функциональной схемы представлены в таблице 2

Рис. 2.

Составление списка требований и выявление недостатков прототипа

Все прототипы имеют ряд существенных недостатков. Недостатками прототипа являются:

1) значительные затраты электроэнергии

2) поломка из-за перегрева

3) недостаточная фильтрация воды

4) недостаточный температурный диапазон (получение только горячей) воды

5) риск поражения током от "подставки"

6) малофункциональность изделия

Составим список требований, которым должно удовлетворять изобретение:

1) Эксплуатационные требования:

экологичность

удобство и практичность использования

минимальность трудоемкость и время подготовки к работе

эргономичность

безопасность в использовании

экономичность

высокая надёжность

2) Производственно-технологические требования:

применение стандартизованных, нормализованных и унифицированных элементов

выбор рационального способа соединения деталей

простота изготовления

соответствие конструкции требованиям ГОСТа

использование недорогостоящих материалов

Мозговой штурм

Мозговой штурм является одним из первых и обязательных эвристических методов при подготовке изобретений. Во время мозгового штурма происходит цепная реакция идей, приводящая к интеллектуальному взрыву. Удивительная универсальность методов мозгового штурма позволяет с их помощью рассматривать почти любую проблему или любое затруднение в сфере человеческой деятельности.

На тему усовершенствования данного устройства был проведен мозговой штурм группой из 15 человек. В ходе мозгового штурма были высказаны следующие идеи:

1. Увеличить объём изделия

2. Совместить функции чайника и термоса

3. Сделать корпус "солнечная батарея"

4. Добавить функцию ионизатора/ароматизатора

5. Добавить отсек, поддерживающий определенную температуру, для детских бутылочек

6. Включить в конструкцию датчик, регулирующий температуру

7. Возможность подключения непосредственно к водопроводу

8. Обеспечить подачу как горячей, так и холодной воды

9. Встроить UFлампу для обеззараживания воды

10. Электронное управление устройством

11. Улучшенная система фильтрации

12. Защита от детей к прямому доступу к горячей воде

13. Вмонтировать таймер вкл/выкл

14. Применять экологически чистые материалы

15. Увеличить срок службы технического объекта

16. Доработать и придать изделию более современный дизайн

17. Не допустить перегрева конструкции

18. Добавить функцию газации воды

19. Снабдить техническое устройство пультом управления на дальней дистанции

20. Обеспечить безопасность использования конструкции

21. Встроить систему распознавания объектов

22. Обеспечить зависимость между температурой и меняющимся цветом подсветки

23. Обеспечить высокий КПД

24. Встроить ЖК-дисплей

25. Выйти замуж за электрика - пусть всё он делает

Разобьем высказанные идеи на различные группы (таблица 3)

Таблица - группы идей, высказанные при проведении мозгового штурма

№ группы

Описание группы

№ пунктов

1

наиболее приемлемые и легко реализуемые

4,5,6,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17, 19, 20.

2

наиболее перспективные и эффективные

3,24,18,23,7,1,2

3

прочие

25,22,21

Морфологический анализ

Мозговой штурм основан на комбинаторике. Суть его состоит в том, что в интересующем нас изделии или объекте выделяют группу основных конструктивных или других признаков. Для каждого признака выбирают альтернативные варианты. Комбинируя их между собой, можно получить множество различных решений, в том числе представляющих различный интерес.

Метод реализуют посредством построения морфологической таблицы. Составим морфологическую таблицу для исследуемого объекта (таблица 4).

Таблица - морфологическая таблица вариантов реализации объекта

Е0 Корпус

А01 Пластмасса

А02 Металл

А03 Пластмасса с резиновым покрытием

Е1 Переключатель режима работы

А11 Пластмасса

А12 Металл

А13 Резина

Е2 Фильтра

А21 Осадочный и постфильтр

А22 Угольный и UVлампа

А23 RO (обратноосмотическая мембрана)

Е3 Накопительные баки

А31 нержа. сталь

А32 Эмалированный

А33 Карборан

Е4Способ подачи воды

А41 Прямое подключение к водопроводу

А42 Бутилированная подача

А43 Ручная подача воды

Е5 Провода

А51 Резина

А52 Пластмасса

А53 Двойная хлопчатобумажная оплётка

Е6 Конденсатная решетка

А61 Пластмасса

А62 Металл

А63 Резина

Исключим наихудшие варианты. Рассмотрим сокращения в столбцах.

табл а)

А01

А02

А03

-

+

-

А02

табл б)

А11

А12

А13

А02

+

-

-

А02А11

табл в)

А21

А22

А23

А02А11

+

+

+

А02А11А21А22А23

табл г)

А31

А32

А33

А02А11А21А22А23

+

-

-

А02А11А21А22А23А31

табл д)

А41

А42

А43

А02А11А21А22А23А31

+

-

-

А02А11А21А22А23А31А41

табл е)

А51

А52

А53

А02А11А21А22А23А31А41

+

-

-

А02А11А21А22А23А31А41А51

табл ж)

А61

А62

А63

А02А11А21А22А23А31А41А51

-

+

-

А02А11А21А22А23А31А41А51А62

Таким образом, выгодным вариантом для детальной разработки является А02А11А21А22А23А31А41А51А62

Корпус: Металл

Переключатель режима работ: Пластмасса

Фильтра: Осадочный, постфильтр, угольный,UVлампа,RO (обратноосмотическая мембрана)

Накопительные баки: Нерж. сталь

Способ подачи воды: Прямое подключение к водопроводу

Конденсатная решетка: Металл

Провода: Резина

Метод эвристических приемов

Когда изобретатель встречается с новой творческой инженерной задачей, то в первую очередь пытается решить её с помощью изобретенного им способа. Если это не удаётся (так как встретился другой тип задачи), то изобретатель вынужден искать решение методом "проб и ошибок". При успешном решении он открывает для себя второй способ решения изобретательских задач. Так постепенно у человека формируется свой набор способов, и он из начинающего превращается в опытного изобретателя.

Такие способы или правила решения творческой инженерной задачи называют эвристическими приемами, в которых содержится краткое подписание или указание, "как преобразовать" имеющийся прототип или "в каком направлении нужно искать", чтобы получить искомое решение.

Эвристические приемы обычно не содержат прямого однозначного указания, как преобразовать прототип. Если эвристические приёмы имеют отношение к рассматриваемой творческой инженерной задаче, то он содержит "подсказку", которая облегчает получение искомого решения, однако не гарантирует его нахождения. Различным людям требуется приложить различные усилия, чтобы догадаться до искомого (удовлетворительного) технического решения. Опытные изобретатели обычно имеют свой индивидуальный набор (фонд) эвристических приемов.

Многие эвристические приемы могут быть успешно использованы в самых различных областях техники. Они со временем морально не стареют м оказываются полезными для других изобретателей. Именно на этих свойствах основывается метод эвристических приемов, который интегрирует в методически доступной форме опыт многих изобретателей. Способы решения творческой инженерной задачи, открытые различными изобретателями, имеет смысл собирать, обобщать и обучать им начинающих изобретателей. Именно

Применим методы эвристических приемов:

1. Преобразование формы:

а) габариты в ходе проектирования изменились;

б) придумать наиболее эргономичную и красивую форму нашему новому объекту.

2. Преобразование структуры:

а) присоединить к объекту новые элементы в виде: фильтра, накопительные баки, водопроводные шланги, систему нагрева/охлаждения воды, электронное управление изделием, электромагнитный клапан, компрессор и т.д.;

б) снизить потребление энергии в соотношении с производительностью;

в) сосредоточить органы управления и контроля в одном месте;

г) выбрать материал, обеспечивающий минимальную трудоёмкость изготовления деталей и обработки заготовок.

3. Преобразование материала и вещества:

а) разделить объект на части так, чтобы каждая из них могла быть изготовлена из наиболее подходящего материала;

б) использовать новые перспективные материалы.

4. Приёмы дифференциации:

а) сделать элемент съёмным - поддон проливов воды

б) выделить в объекте самый нужный элемент (нужное свойство) и усилить его или улучшить условия его работы.

5. Использование профилактических мер:

а) ввести предохранительные устройства или блокировку;

б) выполнить объект разборным так, чтобы можно было заменить отдельные повреждённые части;

в) делать объект (элементы) взаимозаменяемыми.

6. Повышение технологичности:

а) осуществить технологическую унификацию конструкций, формы и размеров деталей;

б) максимально применять стандартные элементы, имеющие весьма широкую область применения.

Улучшенная функциональная структура

Рисунок 3 - улучшенная функциональная структура схемы изобретения

Предварительный эскиз технического решения и его описания

Рисунок 3 - Эскиз технического решения

1. Безопасный кран гор. воды

2. Клавиша "Выбор"

3. Индикатор гор. воды

4. Индикатор "Осмос"

5. Индикатор "Активация"

6. Индикатор "Минерализатор"

7. Индикатор хол. воды

8. Клавиша "Меню"

9. Дисплей

10. Кран хол. воды

11. Шнур эл. питания установки

12. Выключатель нагрева воды

13. Выключатель охлаждения воды

14. Датчик подстройки температуры хол. воды

15. Фитинг входной воды

16. Фитинг дренажа

17. Шланг слива воды из поддона

18. Осадочный фильтр

19. Угольный предварительный фильтр

20. Обратноосмотический мембранный фильтр

Заключение

В данной работе проводился анализ электрочайника - прототипа устройства, относящегося к разделу бытовой электротехники для дома. Используется для получения горячей воды. В результате были выявлены основные недостатки электрочайника - прототипа и разработано принципиально новое устройство, в котором эти недостатки были устранены.

Список использованной литературы

1. Половинкин А.И. - Основы инженерного творчества: Учеб. Пособие для студентов. - М.; Машиностроение, 1988г.

2. Боргест Н.М. - Автоматизация предварительного проектирования самолёта: Учеб. Пособие для студентов. - Самара: СГАУ, 1992г.

3. http://ikar. udm.ru/pdf/i_si_01os-550. pdf - паспорт "Изумруд-СИ"

4. Джонс Дж.К. - Методы проектирования. - М.; Мир, 1986г.

5. http://www.aqua-center.com.ua/otvetyi/obratnyiy-osmos-chto-eto-takoe.html- обратный осмос

Приложение А

Кондиционер

Суть изобретения

Предлагаемая технология направлена на повышение эффективности обработки и качества получаемых жидкостей, контроля их параметров, предотвращение зарастания электродов катодными отложениями, засорения диафрагм, расширение эксплуатационных и функциональных возможностей, повышение удобства эксплуатации и обслуживания устройства.

Согласно новому ГОСТу и учитывая техническое состояние водоочистных сооружений в России, использование хлорирования и т.д. - вода из крана была и еще долго будет технической, если не использовать предложенный выход. В настоящее время перед нами два выхода:

1 - бутиллировать воду в пластиковые бутылки,

2 - доводить воду до потребителя техническую, а далее готовить из нее, используя либо бытовые водоочистители, либо водоочистители коллективного пользования с разводкой до каждого адресата, питьевую высшего качества.

Общий ресурс работы пурифайеров составляет 100…2.000 тонн воды в зависимости от качества "питьевой" воды из крана. Существенное преимущество перед бутилированием - вода после установок ионизированная и по своим параметрам pH приближена к горной талой воде и к параметрам жидкой среды организма. Авторы проекта надеются, что развитие данного направления и понимание необходимости разделения воды на технологическую и питьевую позволит решить многочисленные проблемы в области обеспечения населения питьевой водой высшего качества и увеличения продолжительности жизни.

Номер патента: RU 2299859, 0074909, 0023302,Номер заявки: RU 2007127132, RU 2007127133

Установка "Изумруд-СИ" (мод.01os-550) соответствует ТУ 5156-034-00206807-04

Заявитель (и): ЗАО НИЦ "ИКАР"

Патентообладатель (и): ЗАО НИЦ "ИКАР"

Автор (ы): Широносов В.Г., Минаков В.В., Широносов О.В., Широносова Г.И., Иванов В. Б.

Формула изобретения

Установка "Изумруд-СИ" (мод.01os-550), в дальнейшем установка, пред-

назначена для доочистки воды централизованных систем питьевого водо-

снабжения и получения активированной питьевой воды высшей категории

качества (СанПиН 2.1.4.1116-02) с заданным минеральным составом и антиоксидантными свойствами.

Установка обеспечивает:

1. доочистку воды от всех видов химических, бактериальных, органических загрязнений до требований СанПиН;

2. эффективное обеззараживание воды, даже в случае её заражения;

3. коррекцию ионного состава минеральных элементов в воде

(Са2+, Mg2+, К+, I-, Se…);

4. антиоксидантные свойства воды;

5. автоматический контроль работы всех основных элементов.

В установке "Изумруд-СИ" (мод.01os-550) для предварительной обработки воды используется система обратного осмоса (рис4), в которой устранены все недостатки присущие данным системам.

Рисунок 4

Использование новых уникальных технологий активации на основе запатентованных устройств и способов позволило создать установку принципиально нового поколения для приготовления питьевой воды высшей категории качества с резонансной микрокластерной структурой. На сегодняшний день установка не имеет аналогов в мире.

Установка оснащена встроенным контроллером, дисплеем, автоматическим дозатором-минерализатором и тремя проточными датчиками, с двух-уровневой системой индикации - слежения за работой систем осмоса (очистка), активации (ионизация воды), минерализации (оптимизация минерального состава).

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Анализ технического устройства "Дрель", его конструктивных особенностей. Требования, предъявляемые к этому инструменту, подбор прототипа, его основные недостатки. Разработка технического решения - усовершенствование конструкции технического объекта.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 30.04.2013

  • Требования, предъявляемые к техническому объекту. Выбор прототипа весов напольных. Составление списка недостатков прототипа и требований к изобретению. Эвристические методы при подготовке изобретений. Правила решения творческой инженерной задачи.

    курсовая работа [29,7 K], добавлен 13.05.2012

  • Описание объекта исследования - резца борштанги: его структура, принцип работы, предназначение и основные недостатки. Исследование уровня техники режущей пластины, патентной чистоты усовершенствованного объекта, патентоспособности технического решения.

    научная работа [37,3 K], добавлен 19.07.2009

  • Решение инженерных задач по совершенствованию отдельных методов регенерации моторных масел. Регламент, матрица патентно-информационных исследований. Анализ выбранных аналогов, обоснование прототипа. Функционально-физическая схема технического предложения.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 21.04.2013

  • Характеристика методов решения инженерных задач (морфологический анализ, мозговая атака, функционально-стоимостный анализ). Теории решения изобретательских задач. Поиск технического решения устранения трения при обработке изделий из алюминиевых сплавов.

    курсовая работа [131,1 K], добавлен 26.10.2013

  • Описание принципа работы схем электронных часов, выбор технического решения. Расчет схемы электрической принципиальной. Расчет параметрического стабилизатора, однофазного мостового выпрямителя, надежности устройства. Требования по технике безопасности.

    аттестационная работа [215,3 K], добавлен 23.04.2009

  • Математическая модель установившегося потокораспределения в инженерных сетях, методы ее анализа и пути разрешения существующих проблем. Гидравлический анализ инженерных сетей, критерии их функционирования и проектировании, повышение эффективности.

    магистерская работа [537,9 K], добавлен 30.07.2015

  • Основные виды присадок - веществ, добавляемых к жидким топливам и смазочным материалам с целью улучшения их эксплуатационных свойств. Физико-химические основы синтеза биметальной присадки. Схема и описание лабораторной установки для осуществления синтеза.

    дипломная работа [1,7 M], добавлен 15.04.2015

  • Описание конструкции и системы управления станка прототипа, принципы работы его узлов. Расчет и обоснование основных технических характеристик. Выбор варианта кинематической структуры, описание и построение структурной сетки. Расчет мощности привода.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 12.10.2015

  • Постановка цели и задач совершенствования конструкции оборудования. Анализ функциональных технологических требований к технологическому оборудованию. Систематизация патентной информации, ее анализ и оценка. Выбор и описание предлагаемой модернизации.

    курсовая работа [361,1 K], добавлен 11.10.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.