Реферат: Функциональная модель комбайна

 
Функциональная модель комбайна
 

Задачи построения функциональной модели комбайна «Нива» состоят в проведении анализа взаимодействия его подсистем, взаимодействие с комбайнером, растениями, зерном, транспортом и др. Алгоритм выполнения работ при разработке функциональной модели  приведен на рис. 23.

 



Рис. 23.Алгоритм разработки функциональной модели.

Формулирование функций комбайна и его подсистем

После определения структуры комбайна мы выявляем полезные и вредные функции подсистем и вносим их в функциональную схему. Как уже было сказано, при проведении прогноза с использованием программы «ТехОптимайзер», мы фактически строим совместно с функциональной структурную отчасти надсистемную модели. В процессе построения функциональной модели мы формулируем функции комбайна  и его подсистем. Алгоритм построения функциональной моделей включает формулирование главных, дополнительных и вредных функций. Описываются взаимодействия подсистем между собой с сырьем, продуктом, компонентами надсистемы.  Например, на рисунке 24 приведен анализ функций и взаимодействий молотилки комбайна.

 



Рис. 24. Анализ функций и взаимодействий молотилки комбайна.

 

Затем определяется  уровень выполнения главных функций, ранжирование функций, формулирование задач по устранению вредных функций и усилению полезных. Правила формулирования функций и построения функциональной модели достаточно хорошо описаны в литературе по ТРИЗ-ФСА. Этот алгоритм описан также в инструкциях к «ТехОптимайзеру».

 

^ Описание взаимодействия подсистем комбайна между собой, и с элементами надсистемы

 

Главная функция комбайна на эксплуатационном этапе является погрузка зерна, растущего на поле в кузов транспортного средства. Для того, чтобы выполнить эту главную функцию комбайн выполняет ряд дополнительных функций: скосить растения, подать их в молотилку, вымолотить зерно из колосьев, отделить зерно от соломы, очистить зерно от примесей, подать зерно в бункер, собрать солому в копнитель, выгрузить копну на поле. Функциональная модель комбайна в графическом виде, а также в виде матрицы взаимодействия элементов показана на рисунках 25 и 26. 



Рис.25. Функциональная модель комбайна в графическом виде.

 

 В модель включаются также ближайшие элементы надсистемы, с которыми комбайн взаимодействует: почва, растения, комбайнер и др., продукты, с которыми он взаимодействует (зерно, солома, семена сорняков и др.), а также другие продукты деятельности комбайна (пыль, шум выхлопные газы и т.п).



Рис.26. Матрица взаимодействия подсистем комбайна и элементов надсистемы.

 

Детальный анализ и описание взаимодействия подсистем  комбайна между собой, и с элементами надсистемы позволяет выявить много проблем и противоречий. Эти проблемы и противоречия затем анализируются, классифицируются и систематизируются в модели противоречий.

 

^ Описание параметров взаимодействия подсистем комбайна

 

При описании функций подсистем комбайна, везде, где это возможно, мы оцениваем параметры такого взаимодействия на качественном и количественном уровне.  Например, на рисунке 27 приведен анализ параметров вымолота зерна в молотилке комбайна, по длине подбарабанья.



Рис. 27. Анализ параметров вымолота зерна по длине подбарабанья молотилки

 

Этот пример показывает, что для комбайна нового поколения необходимо выбрать молотильный аппарат, у которого сепарация зерна происходит интенсивно по всей длине подбарабанья. Таким молотильным аппаратом может стать аксиальный или тангенциально-аксиальный. У них параметры сепарации зерна более равномерные, чем у тангенциального молотильного барабана комбайна «Нива».

 

^ Анализ функций комбайна и его подсистем на других этапах жизненного цикла

 
 
 

Модульная методика прогноза, в случае возможности, предусматривает также анализ функций БТС на разных этапах жизненного цикла. В ходе прогнозного проекта мы провели такой анализ для комбайна (рис.28).



Рис.28. Концепт-карта  жизненного цикла комбайна

 

Анализ жизненного цикла комбайна позволяет дополнительно выявить еще целый ряд проблем и противоречий. Например, на этапе транспортировки комбайна по железной дороге, чтобы не превышать дозволенных габаритов, с него приходится снимать кабину. Это ведет к дополнительным затратам при подготовке комбайна к работе.  Или возьмем проблемы на этапе ремонта комбайна. Из-за недостатков, допущенных на этапе проектирования, при ремонте невозможно получить доступ к отдельным узлам иначе, как разобрав часть комбайна. Это увеличивает эксплуатационные издержки, снижает идеальность комбайна. При хранении комбайна с него необходимо снимать аккумулятор, ремни, цепи, проводить трудоемкие работы по консервации узлов в период хранения. Для хранения комбайна, который имеет большие габариты, нужны большие помещения – ангары, хранилища. Комбайн, работает  только месяц в году, все остальное время простаивает. Это вызывает значительные экономические издержки. При разработке комбайна нового поколения следует предусмотреть разрешение выявленных проблем и противоречий.

 

^ Анализ модели и выявление возможности свертывания подсистем комбайна

 

В результате проведенного анализа мы получаем функциональную модель БТС, выявляем проблемы взаимодействий между подсистемами, БТС  и надсистемой, уточняем структуру дерева эволюции. Анализ функциональной модели комбайна позволяет сделать ряд выводов:

1.          Подсистемы комбайна не согласованы между собой, с убираемыми растениями, зерном, человеком, почвой. Анализ взаимодействий выявил множество противоречий, которые необходимо разрешить, чтобы улучшить функционирование комбайна.

2.          Молотильный аппарат комбайна плохо выполняет функцию вымолота зерна из колосьев и его отделения от соломы, значительно повреждает продукт – зерно. Анализ показал, что для устранения недостатков следует перейти к аксиальной или тангенциально-аксиальной молотилке.

3.          Необходимо уменьшить интенсивность и частоту взаимодействия зерна с рабочими органами комбайна, во избежание его повреждения. Для этого следует свернуть часть транспортирующих рабочих органов, совмещать процессы транспортирования и обработки вороха.

4.          Анализ показал, что претендентами на свертывание среди подсистем комбайна могут быть шасси, двигатель, кабина. В  стоимости комбайна их доля превышает 50% , и при этом они простаивают в течении 11 месяцев в году. Их следует брать из надсистемы только на время проведения уборки.
^ Историческая модель комбайна
 

 

Историческая модель описывает эволюцию развития  комбайна, его подсистем, предшествовавших машин и устройств. Она показывает эволюцию качественных и динамику количественных параметров во времени. Кроме того, иллюстрацией прогноза комбайна и его подсистем служит дерево эволюции. Проводимый в ходе прогноза исторический анализ служит главным источником информации для построения дерева эволюции. Дерево состоит из визуализированного набора линий описывающих преобразования комбайна и его подсистем. Алгоритм проведения работ при построении исторической модели приведен на рисунке 29.

Исторический анализ эволюции комбайна и историческая модель дают большой объем информации для аналитического, решательного и концептуального этапов прогноза. Задачи исторического анализа и моделирования: анализ и визуализация эволюции комбайна, его главных подсистем, выявление тенденций с момента создания до настоящего времени.



 

Рис. 29. Алгоритм выполнения работ при разработке исторической модели.

 
^ Выявление ключевых конструкций и поколений ТС, предшествующих появлению БТС.
 

В ходе исторического анализа комбайна мы рассмотрели пять поколений комбайнов, предшествовавших БТС – комбайну «Нива», а также ряд машин, предшествовавших появлению комбайна. Список их представлен в таблице 1.  Этот список был составлен в ходе предварительного анализа истории развития комбайнов. Он не претендует на роль классификации или периодизации комбайнов - это не было целью нашего исследования. Он лишь отражает информацию о тех конкретных образцах, которые мы выбрали для более подробного анализа.

 

Ключевые поколения  машин и комбайнов исторической модели

№

Комбайн, зерноуборочная машина или устройство

Время и место разработки

Новая функция

Выбранный для анализа прототип

1

Серп;

Обмолот копытами  животных;

Вилы для сепарации;

Корзины для очистки

Древний Египет,

2-3 тыс. лет до н.э.

Ручной срез,

перемещение животные на перевозке и обмолоте

серп,

ток для обмолота,

корзина для отвеивания

2

Жатка для очеса;

Цеп для обмолота;

Вилы для сепарации;

Лопата для очистки

Римская империя, Галлия,

1-2 век н.э

Использование силы животных для очеса колосьев

Галльская жатка

3

Коса для скашивания;

Доски для обмолота;

Вилы для сепарации;

Лопата для очистки;

Средневековая Европа,

9-16 века

Уборка и обработка растений в снопах

Коса, цеп, вилы, лопата;

4

Конная косилка;

Механическая молотилка;

Веялка с вентилятором;

Решетная очистка;

Европа,

18 век

Использование силы животных на всех раздельных операциях

Конные косилка,

молотилка,

ручная веялка

5

Конный прицепной комбайн

 

США

1836

Скашивание, обмолот и очистка зерна в комбайне

«Калифорнийский» комбайн

6

Конный очесывающий комбайн

 

Австралия,

19 век

Очес, обмолот и очистка зерна в комбайне

Очесывающий комбайн «Sunshine»

7

Прицепной комбайн с приводом от  трактора

США

1930

Использование теплового двигателя

С-7, Сталинец, СССР

8

Самоходный комбайн

 

Канада,

1953

Комбайн, обслуживаемый 1 оператором

СК-3, СССР

9

Самоходный комбайн с кабиной

СССР

1969

Кабина для защиты комбайнера

СКД-5 «Сибиряк»

10

Самоходный комбайн с гидротрансмиссией

США

1985

Гидравлический привод трансмиссии

СК-5М-1 «Нива»,

СССР

 

Подробно изучались не все конструкции, а только ключевые - те, которые обеспечили комбайнам качественный скачок, переход к новым их поколениям.

 
^ Изучение развития прототипов комбайна на фоне исторических событий
 

Хронология развития комбайнов

 

1826 г. – шотландец Патрик Белл изготовил и испытал первый работоспособный образец конной жатки для уборки зерновых культур. Жатка имела все те же элементы, что и современные: раму с колесами, механизм, для присоединения к энергосредству (лошади), режущий аппарат, мотовило, полотняный транспортер.

1836 г. – разработка и патентовании зерноуборочного комбайна Муром и Хаскаллом. Машина работала сначала в штате Мичиган, а затем в Калифорнии вплоть до 1856 года, когда сгорела в поле. Этот комбайн стал прототипом «Калифорнийского комбайна».

1842 г. - Джером Инкриз Кейс которого впоследствии называли «королем молотилок» основал компанию «Case IH » которая выпускала паровые двигатели для сельского хозяйства, а также стала крупнейшим производителем молотилок.

1843 г -  в Австралии, округ Аделаида, изобретена и испытана автором Джоном Ридли очесывающая жатка. В последующие годы производство жаток достигало нескольких тысяч в год.

1847 г. – американский изобретатель и предприниматель Сайрус Мак-Кормик приступил к выпуску жатки для скашивания зерновых культур.

1861 г. – Отмена крепостного права в России. Император Александр II издал манифест об освобождении крестьян.

1862 г. – 16-й президент США Абрахам Линкольн объявляет об освобождении негров-рабов.

1868 г. – русский агроном А.Р. Власенко строит конную зерноуборку на корню. Русский земельный союз награждает машину Золотой медалью.

1883 г – в Австралии, на ежегодном конкурсе уборочных машин побеждает очесыватель  Джеймса Морроу. В машине впервые вместе с очесывателем применены молотилка, очистка, бункер, заполнитель мешков зерном. Это был первый Австралийский зерноуборочный комбайн.

1884 г. – в Австралии, на соревнованиях  Виктор Мак-Кей представляет свой, более совершенный вариант очесывающего комбайна.

1887 г. – канадская компания Массей-Гаррис начала выпуск очесывающих комбайнов по образцу Австралийских.

В 80-х годах XIX века в Калифорнии выпуском комбайнов занимались уже 6 компаний. Наиболее продвинулась компания «Холт» - ныне это компания «Катерпиллер», благодаря тому, что выпускала комбайны, прицепные к гусеничному трактору собственного производства.

В конце XIX века в Калифорнии работало уже около 600 комбайнов. Машины имели вес до 15 тонн ширину захвата до 12 метров. Применялся  как конный, так и тракторный привод, причем в первом случае требовалось до 40 лошадей или мулов.

1895 г. – в Австралии, г. Балларет компания «Саншайн Харвестер», принадлежащая Виктору Мак-Кею начала серийный выпуск очесывающих комбайнов. К этому времени крупнейшими производителями стрипперов Австралии были компания Меллора, Никольсона и Морроу и Робинсона. 

1900 год – Всемирная выставка науки и техники в Париже. Американские сельскохозяйственные машиностроительные компании специально для выставки совместно выпустили книгу о зерноуборочных машинах - “The Retrospective Exebition of Harvesting Machinery”. В этой книге американские комбайны не упоминаются вообще, поскольку веры в будущее комбайнов в то время ни у кого не было.

1901 г. – канадская компания Массей Гаррис продала в Австралии 350 очесывающих комбайнов, а с 1904 начала экспорт таких комбайнов в Аргентину.

1902 – начало экспорта очесывающих комбайнов «Саншайн» производства австралийской компании Виктора Мак-Кея в Аргентину. К 1915 году в Южной Америке работало уже около 10 000 очесывающих комбайнов.

1907 г. – впервые австралийский стрипперный комбайн был продемонстрирован на выставке в Ростове-на-Дону. Эта машина прошла испытания в Ростове, Самаре, Акимовке. Испытания показали положительные результате только при уборке сухих хлебов на юге России и в Малороссии. Несмотря на то, что в Россию были ввезены еще несколько очесывающих комбайнов, распространения они не получили.

1914 – 1918 гг. – Первая мировая война.

1923 г. – в Австралии, в компании «Саншайн Харвестер» под руководством Хедли Тейлора создан  самоходный очесывающий комбайн.

1927 г. – XV съезд ВКП(б) в Москве провозгласил курс на коллективизацию сельского хозяйства.

1928 г. – австралийская компания  «Саншайн Харвестер» начала выпуск очень удачной конструкции прицепного очесывающего комбайна серии FL который выпускался вплоть до 1954 г.

1930 г. – немецкая компания «Claas» выпустила первый прицепной европейский комбайн собственной конструкции.

1930 г. – в СССР, в г. Запорожье был выпущен первый отечественный комбайн «Комунар» Через два года выпуска этого комбайна наладили также в Саратове.

1932 – в Ростове-на-Дону завод «Ростсельмаш» приступил к выпуску зерноуборочных комбайнов «Сталинец - 1» (С-1).

1937г. - на Всемирной промышленной выставке в Париже в комбайн С-1 получил «Гранд Приз», до 1940 года было выпущено 50 тысяч машин.

1939 – 1945 – Вторая мировая война.

1944 г. – Красноярский завод комбайнов начал выпуск комбайнов «Коммунар»

1947 г. - завод «Ростсельмаш» приступил к  выпуску зерноуборочных комбайнов «Сталинец-6», а затем и  «РСМ-8».

1953 г. – немецкая компания «Claas» впервые в Европе начала выпуск самоходных зерноуборочных комбайнов.

1958 г. - завод «Ростсельмаш» начал производство самоходных зерноуборочных комбайнов «СК-3», который выпускался до конца 1961, было выпущено свыше 100 тысяч машин.

1962 г. – начато производство более производительных самоходных комбайнов СК-4, которых было выпущено более миллиона.

1969 г. – на Красноярском комбайновом заводе поставлен на производство двухбарабанный комбайн СКД-5 «Сибиряк». Впервые в мире был разработан и стал выпускаться комбайн  с кабиной для защиты комбайнера от непогоды.

1973 г. – на конвейер «Ростсельмаша» поставлен комбайн СК-5 «Нива». Производство этого комбайна, внесенного в книгу рекордов Гиннеса продолжается до сих пор.

1995 г. – компания  «Claas» приступила к выпуску линейки самых мощных в мире самоходных комбайнов  «LEXION» с производительностью свыше 40 т/ч.

2000 г. – собственником комбайнового завода «Ростсельмаш» становится компания «Новое Содружество», которая обновляет линейку комбайнов выпуском новых машин «ACROS - 530», «Вектор - 410», «Нива-Эффект».

 

^ Конный прицепной комбайн

 

Первые комбайны, применявшиеся для уборки зерна появились в Калифорнии (США) в конце 70 годов 19 века. Это были громоздкие сооружения, которые приводились в движение упряжкой из 20..40 лошадей или мулов. Животные могли работать с комбайном не более 3 часов, затем их заменяли свежими. Современному горожанину даже представить трудно организацию уборки таким комбайном. Мало того, что требовался огромный табун лошадей, так их нужно было еще запрячь и выпрячь из комбайна. Калифорнийские комбайны не получили широкого распространения в Америке (рис.30).  Они так бы и остались техническим курьезом, если бы не распространение тракторов. Вместо табуна лошадей требовался трактор, который управлялся одним человеком и мог работать весь день.

 



 

Рис.30. «Калифорнийский» прицепной комбайн

(http//www.historycomeroy.com)

 

Историческое исследование обнаружило, что в то же время кроме калифорнийского существовал еще один конный прицепной комбайн.  Причем более совершенный, поскольку при примерно равной производительности для его привода требовалось только 5-10 лошадей (рис.31). Разработан он был в Австралии в 1896 году.

 



 

 

Рис.31. Австралийский  прицепной комбайн и принцип работы его очесывающих зубьев

 

Прицепной тракторный комбайн позволил существенно снизить трудоемкость уборочных работ, повысить производительность комбайнов (рис.32). Но такой агрегат был длинным и не очень маневренным. Обслуживала прицепной комбайн команда из нескольких человек. Поэтому на следующем этапе его сменил самоходный комбайн, который управляли и обслуживали один-два человека (рис.33).

 



а



б

 

Рис 32. Американский а) и австралийский б) прицепные комбайны

 



а



б

 

Рис 33. Канадский а) и австралийский б) самоходные комбайны

Следующим этапом развития комбайна было оборудование его кабиной, улучшавшей условия работы комбайнера (рис.34). Комбайн

становился все более производительней и тяжелей. И наконец наступил момент, когда ременная передача трансмиссии уже не могла надежно его перемещать. На смену механической пришла гидравлическая трансмиссия.

 
Рис.34. Комбайн с кабиной.
 

Выводы, которые можно сделать по результатам исследования эволюции комбайнов следующие:

1.          Комбайны развивались в направлении от прицепных машин к самоходным. Прицепные комбайны существуют и в настоящее время, но несмотря на свою дешевизну они не находят широкого применения. Причинами этого являются неудобство управления такими агрегатами, невозможность делать прокосы посередине поля, худшая маневренность и большие разворотные полосы.

2.          Штат первых прицепных комбайнов достигал нескольких человек. Один управлял движением комбайна, другой – положением жатки, третий – упаковкой зерна в мешки, четвертый и пятый - копнением соломы. А был еще кучер, и его помощник, которые управляли лошадьми. Затем, с появлением тракторной тяги и переходом к самоходным комбайнам число персонала уменьшилось до одного комбайнера.

3.          Очесывающие комбайны, в сравнении со скашивающими, обладали меньшими энергозатратами на уборке,  размерами, весом, сложностью. Их недостатком были большие потери зерна при уборке влажных, засоренных хлебостоев. Из-за этого они не нашли широкого применения нигде кроме Австралии и Аргентины. Попытки их применения в Европе и России не были успешными.

4.          Загрузка обмолоченного зерна в мешки применялась в американских, европейских и австралийских комбайнах. Это позволяло разгружать мешки на ходу комбайна не прерывая  технологический процесс уборки. Однако эта технология получила широкое распространение лишь в Австралии, где сухой климат не требовал сушки зерна. В этом случае можно было перевозить и хранить зерно в мешках, не опасаясь его порчи.

5.          Уборка соломы являлась непременной дополнительной операцией косилочных комбайнов. У очесывающих комбайнов солома оставалась на корню. Для уборки соломы в конструкции комбайнов применялись прессы, копнители, валкоообразователи, измельчители-погрузчики и измельчители-разбрасыватели. Все эти устройства требуют значительных дополнительных затрат энергии.

6.          После установки кабины на комбайн, это устройство развивалось в направлении создания все более комфортных условий для оператора. Устанавливались все более комфортные кресла, вентиляторы для охлаждения сменились кондиционерами, улучшалось остекление кабин. Стоимость кабин и установленных в них органов управления сейчас достигает половины стоимости комбайна.

 
^ Изучение устройств и  процессов, предшествовавших появлению первого комбайна
 

Особый интерес при изучении технологии уборки в древности вызвал способ хранения зерна. Он позволял хранить зерно неопределенно долго, по меньшей мере несколько лет без применения каких либо химикатов или технических средств.

Исторический анализ тесно связан с анализом развития общества, по существу с анализом развития надсистемы. Развитие общества, технологической и технической надсистемы оказывают влияние на развитие способа уборки и зерноуборочных машин.

Чтобы описание проблем и их решений, возникавших в ходе эволюции способа уборки и комбайна, мы рассматривали их на фоне происходивших в это время событий. Такой подход позволяет выявить глубинные причины таких изменений.

Например, возникновение галльской жатки было обусловлено тем, что ее разрабатывали бывшие военные. Четко виден подход к организации уборки как некой военной операции – сбор продукта с поля и его вывоз к местам обработки и хранения (рис.35). Просматривается общий план технологии такой уборки, выполняемой коллективом рабов, сформированных по функциональному признаку. Одни управляют жаткой, другие выгружают и вывозят колосья, третьи их обмолачивают.

 







 

Рис.35. Организация уборки с использованием Галльской жатки

Такая технология меняла организацию, управления, логистику. Это был настолько существенный рывок вперед . Возвращение к этой идее было вновь осуществлено только спустя почти два тысячелетия.

До этого каждая операция выполнялась последовательно одним и тем же работником. Это было связано с индивидуальным, по существу семейным хозяйством, малочисленностью семьи и вытекающими из этого производственными возможностями.

В средние века технология несколько видоизменилась. Но изменения эти были не столь уж существенны. Разница лишь в том, что операция косьбы и связывания снопов, а в дальнейшем и их складывания в бабки или суслоны, осуществлялись разными людьми.

С изобретением и разработкой работоспособного режущего аппарата Патриком Беллем была механизирована только операция срезания растений. Параллельно шло развитием молотилок от палок и катков к более сложным агрегатам. Самостоятельно развивались веялки и сепараторы. Затем их объединили в один молотильный агрегат – стационарную молотилку.

 
^ Визуализация информации о развитии подсистем ТС для дерева эволюции
 

Комбайном принято называть машину, которая включает жатку, молотилку, соломотряс и очистку, бункер и транспортеры зерна. До комбайна эти части существовали и выполняли свои функции порознь. До появления комбайна использовался сноповой способ уборки: растения срезались, связывались в снопы, перевозились, снопы высушивались, обмолачивались, зерно очищалось и транспортировалось к местам хранения. Чтобы срезать растения использовали жатки разной конструкции. Выпускались жатки-лобогрейки, жатки самосброски, и даже жатки–сноповязалки, которые сами связывали растения в снопы и укладывали на поле. Был транспорт, который перевозил снопы с поля, различные стационарные молотилки. Молотилка состояла из молотильного барабана, соломотряса, ветрорешетной очистки, бункера и устройства для заполнения мешков. В прежние времена очищенное зерно собирали и перевозили, хранили, продавали  в мешках. И каждая из этих подсистем развивалась самостоятельно. На дереве эволюции мы строим линии эволюции для каждой из этих подсистем.

 














Рис.36. Дерево эволюции комбайнов

 
^ Выявление новых и утраченных в процессе эволюции ТС функций Ррассматривая, например,  развитие уборочных орудий и машин мы строим функциональную модель - дерево функций, которые они выполняют. Каждое новое поколение машин вносит свои изменения в дерево функций.
Появляются новые функции, часть старых функций утрачивается, часть трансформируется, изменяется, остаются неизменными лишь базовые функции. К примеру, при переходе от комбайна с конной тягой к комбайну,

перемещаемому трактором, функция управления лошадьми трансформируется в функцию управления трактором.  При переходе от прицепного комбайна к самоходному исчезает функция  перемещения комбайна трактором, а возникает функция управления перемещением комбайна. Базовые функции, такие например, как скосить растения, обмолотить растения остаются неизменными. Построенные функциональные деревья для каждого прототипа ТС мы анализируем на предмет новых и утраченных функций, составляя списки новых и полезных утраченных функций. Одновременно со списком новых и утраченных функций мы составляем список противоречий в развитии ТС. Нерешенные противоречия имеют тенденцию обостряться с каждым новым поколением машин. Например, противоречия между производительностью комбайна, его массой и давлением на почву, объемом бункера и временем  на его выгрузку, в современных комбайнах, приобрели решающее значение, и требуют скорейшего разрешения. Эту информацию мы используем в дальнейшем на этапе синтеза новой машины, нового комбайна.

Например, в ходе анализа выяснилось, что в докобайновую эпоху крестьяне получали семенное зерно для посева околачвая снопы о жердь, бревно или камень (рис.37). Это зерно обладало высокими жизненными



Рис. 37. Околачивание снопов для сбора биологически ценного зерна

 

качествами, было биологически ценным. Его собирали очищали и хранили отдельно от остального. В комбайне же все зерно вымолачивается и собирается вместе. Т.е свойство, функция отбора биологически ценного зерна в ходе эволюции была утрачена.

Историческое моделирование позволило выявить ряд ранее не описанных особенностей развития ТС:

1. В процессе эволюции технических систем происходит переход от более совершенной технической системы, к менее совершенной.

Пример 1.

Галльская жатка – первая в мире зерноуборочная  машина была изобретена в I веке нашей эры и выпускалась в течении двух веков. Затем была забыта и на ее смену пришел в 3-5 раз менее производительный сноповой метод уборки.

Пример 2.

Приборы и методы астрономических наблюдений

 Пример 3.

Боевые китайские ракеты.
^ 2. В S – образной кривой развития технических систем существуют разрывы.
Пример 1.

Очесывающая жатка изобретена в  I веке нашей эры.  Принцип галльской жатки, метод уборки зерновых очесом был возрожден вновь только в начале 19 века.

Пример 2.

Паровая турбина – эолипил и тепловые двигатели Герона Александрийского были вновь возрождены почти через два тысячелетия в паровых машинах Сегнера, Лаваля, Ньюкомена, Уатта.  

Пример 3.

Электрические батареи (багдадская батарейка).
^ 3. В процессе развития технические системы утрачивают полезные свойства
Пример 1.

Выделение биологически ценных семян при уборке применялось вплоть до создания зерноуборочного комбайна.

Пример 2.

Выгрузка зерна  в мешках на ходу  комбайна.
4. Дерево эволюции ТС, его ствол,  имеет вид «сосиски Саламатова-Кондракова», оно визуализирует процесс развертывания-свертывания ТС посредством линий развития.
Пример 1. Дерево комбайнов

Пример 2. Дерево дисплеев

 
^ Анализ модели и выявление тенденций развития БТС
 

 

Анализ исторической модели развития комбайнов и других зерноуборочных устройств показал:

 

1.          Комбайны развивались в направлении от прицепных машин к самоходным.. Штат первых прицепных комбайнов достигал нескольких человек. Затем, с появлением тракторной тяги и переходом к самоходным комбайнам число персонала уменьшилось до одного комбайнера

2.          Очесывающие комбайны, в сравнении со скашивающими, обладали меньшими энергозатратами на уборке,  размерами, весом, сложностью. Их недостатком были большие потери зерна при уборке влажных, засоренных хлебостоев. Из-за этого они не нашли широкого применения нигде кроме Австралии и Аргентины.

3.          Уборка соломы являлась непременной дополнительной операцией косилочных комбайнов. У очесывающих комбайнов солома оставалась на корню. Для уборки соломы в конструкции комбайнов применялись прессы, копнители, валкоообразователи, измельчители-погрузчики и измельчители-разбрасыватели. Все эти устройства требуют значительных дополнительных затрат энергии.

4.          В процессе эволюции было утрачено свойство отбора биологически ценных семян при обмолоте снопов. Была утрачена также операция загрузки обмолоченного зерна в мешки и их разгрузки на ходу комбайна не прерывая  технологический процесс уборки.

5.          Отечественное комбайностроение значительно уступает зарубежному по качеству и количеству выпускаемых комбайнов. При производстве комбайнов не учитывают  новых научных разработок, ориентируясь лишь на «лучшие мировые образцы».
^ Параметрическая модель комбайна
 

Параметрическая модель - это модель, в которой осуществляется переход от качественных параметров к количественным. В ТРИЗ-прогнозе роль параметрического анализа существенно меньше, чем в экстополяционных прогнозах. Разница состоит в том, что ТРИЗ-методика нацелена на выяснение параметров ТС нового поколения, а не на продление существующих тенденций развития БТС в будущее. При построении параметрической модели БТС мы формулируем ИКР для параметров ТС и подсистем, ищем технические решения могущие реализовать ИКР. Алгоритм выполнения параметрического анализа показан на рис.38

^ Анализ параметров БТС и подсистем, выбор критерия оценки эффективности

При прогнозировании, в случае отсутствия жестких временных рамок проекта, параметрический анализ комбайна должен проводится не только в процессе эксплуатации, но и на других стадиях его жизненного цикла. К таким стадиям относятся: разработка, изготовление, транспортирование, эксплуатация, ремонт, техническое обслуживание,

 


Рис.38. Алгоритм выполнения параметрического анализа

 

хранение, утилизация. На каждой из этих стадий критерии оценки эффективности зерноуборочного комбайна будут различными.

Вначале рассмотрим список параметров, по которым будет оцениваться эффективность зерноуборочного комбайна на эксплуатационном этапе и проранжируем показатели (рис.39): производительность; надежность; потери зерна; повреждение зерна; чистота зерна; ремонтопригодность; трудоемкость обслуживания; затраты топлива; стоимость комбайна; размеры; вес;

Ранжирование параметров с точки зрения потребителя показало, что производительность, стоимость и надежность комбайна являются самыми важными показателями.

В выполненном прогнозе был проведен подробный анализ всех параметров, в данной работе приведем лишь краткие примеры для  некоторых из них.

 

 

 



Рис.39. Ранжирование параметров оценки комбайна
^ Стоимость комбайна
 

Стоимость комбайна определяется стоимостью рабочих органов комбайна и шасси. В шасси мы включаем ходовую часть комбайна, трансмиссию ходовой части, моторную установку с двигателем, баком для топлива и другими устройствами, обеспечивающими работу двигателя, кабину, органы управления движением шасси. Рост стоимости комбайна в последние десятилетия происходил почти исключительно из-за роста стоимости шасси комбайна. Появилась закрытая кабина с кондиционером и тонированными стеклами, дорогое кресло водителя,  дорогая автоматическая или полуавтоматическая гидравлическая трансмиссия, выросла цена мощного двигателя. В современном комбайне стоимость шасси превышает половину стоимости комбайна. Совершенствование шасси мало повлияло на производительность комбайна, но существенно увеличило его стоимость. Поскольку комбайн работает 1-2 месяца в году, а остальное время его шасси и двигатель не работают, затраты на уборку 1 тонны зерна увеличились существенно.

 
^ Надежность комбайна
 

Надежность комбайна обычно оценивается двумя показателями: надежностью выполнения технологического процесса и технической надежностью. Предприятия сельскохозяйственного машиностроения СССР, в условиях монополизма, выпускали технику низкой надежности, которую сельхозпроизводители вынуждены были покупать – другой просто не было. Недаром зерноуборочный комбайн в народе прозвали «машиной для вечного ремонта».  Самый надежный российский комбайн «Дон-1500Б» имеет наработку на отказ 20-30 часов, тогда как зарубежный «IH-1460» 100 часов.  В течении гарантийного периода происходят отказы практически  всех узлов (рис.40)



 

Рис.40. Отказы узлов комбайна «Дон» в течении гарантийного срока (по Халфину)

Это говорит о том, что причина не в каком-то отдельном недостатке, а в низкой надежности всех узлов комбайна и его некачественной сборке.  Низкое качество отечественных комбайнов обусловлено не только низким уровнем технологии, материалов и комплектующих, но и низким уровнем проектирования. Ремонтопригодность, которая у всех машин закладывается еще при проектировании,  находится у комбайнов на удручающе низком уровне. Прежде всего, это связано с неудовлетворительной расчленяемостью комбайна. Чтобы добраться до отдельных его узлов приходится разбирать большую часть комбайна. Комбайн спроектирован так, что при его ремонте сложно, а порой невозможно применить механизированный инструмент, грузоподъемные устройства. «Число недоступных для контроля мест комбайна «Дон-1500Б» достигает 46. В результате коэффициент технологичности его конструкции составляет всего 0,16 (т.е. 84% затрат труда при проверке технического состояния приходится на вспомогательные работы» [ 17 ].

Сейчас, когда появилась возможность приобретать зарубежные комбайны, сельхозпроизводители нередко выбирают надежность зарубежной техники, а не низкую цену и качество отечественных комбайнов.
^ Повреждение зерна
 

Повреждение зерна является ключевым негативным эффектом комбайна, причем этот эффект связан с выполнением главной функции – обмолотом и очисткой зерна.  Наибольшее повреждение