Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА ДИЗАЙНА И КОНСТРУКТОРСКОГО ИСПОЛНЕНИЯ МИКРОМИНИАТЮРНОГО ПОРТАТИВНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ МАССОВОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ NIMB-R100
|
Введение 16
1 Постановка задачи 19
1.1 Актуальность 19
1.2 Техническое задание 22
2 Разработка поведенческой стратегии 25
2.1 Функционал устройства 25
2.2 Эксплуатация устройства 26
3 Обзор аналогов 28
4 Программы трехмерного моделирования 33
4.1 Основы трехмерного моделирования 33
4.1.1 Используемые виды моделирования 34
4.1.2 Использование визуализации 37
4.2 Выбор и обоснование программного обеспечения 39
5 Первичное проектирование устройства 44
5.1 Разработка габаритных моделей устройства 44
5.2 Первичное проектирование внешнего вида устройства 46
5.3 Первичная компоновка устройства 47
6 Разработка внешнего вида 50
6.1 Формообразование 50
6.1.1 Эргономика и функциональность 50
6.1.2 Проработка формы устройства 54
6.2 Детальное проектирование внешнего вида устройства 55
7 Компоновка и конструктив 61
7.1 Детальная компоновка устройства 61
7.2 Проектирование конструктива устройства
7.2.1 Разработка составных элементов корпуса устройства 66
7.2.2 Разработка внутренней геометрии 70
7.3 Унификация устройства 77
8 Материалы и производственные решения 80
8.1 Критерии подбора материалов 81
8.1.1 Механические свойства 82
8.1.2 Физические и химические свойства 84
8.1.3 Технологические и эксплуатационные свойства 85
8.2 Выбор и обоснование материалов 86
8.3 Выбор и обоснование технологии производства 90
9 Производство опытных образцов 92
9.1 Технология производства 92
9.2 Материал 94
9.3 Производство деталей корпуса 96
9.4 Покраска деталей корпуса 98
9.5 Сборка устройства 100
10 Испытания и рекомендации для следующей итерации 101
11 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 104
11.1 Организация и планирование работ 104
11.1.1 Продолжительность этапов работ 104
11.1.2 Расчет накопления готовности проекта 108
11.2 Расчет сметы затрат на выполнение проекта 110
11.3 Расчет прибыли 115
11.4 Оценка экономической эффективности разработки
11.5 Оценка научно-технического уровня НИР 115
12 Социальная ответственность 119
12.1 Описание рабочего места 119
12.2 Вредные и опасные факторы производственной среды 119
12.3 Техника безопасности 121
12.4 Инструкция по технике безопасности 127
Заключение 129
Список использованных источников 132
Приложение А 137
Приложение Б 157
Приложение В 158
Приложение Г 159
Приложение Д 160
Приложение Е 161
Приложение Ж 162
Приложение З 163
Приложение И 164
1 Постановка задачи 19
1.1 Актуальность 19
1.2 Техническое задание 22
2 Разработка поведенческой стратегии 25
2.1 Функционал устройства 25
2.2 Эксплуатация устройства 26
3 Обзор аналогов 28
4 Программы трехмерного моделирования 33
4.1 Основы трехмерного моделирования 33
4.1.1 Используемые виды моделирования 34
4.1.2 Использование визуализации 37
4.2 Выбор и обоснование программного обеспечения 39
5 Первичное проектирование устройства 44
5.1 Разработка габаритных моделей устройства 44
5.2 Первичное проектирование внешнего вида устройства 46
5.3 Первичная компоновка устройства 47
6 Разработка внешнего вида 50
6.1 Формообразование 50
6.1.1 Эргономика и функциональность 50
6.1.2 Проработка формы устройства 54
6.2 Детальное проектирование внешнего вида устройства 55
7 Компоновка и конструктив 61
7.1 Детальная компоновка устройства 61
7.2 Проектирование конструктива устройства
7.2.1 Разработка составных элементов корпуса устройства 66
7.2.2 Разработка внутренней геометрии 70
7.3 Унификация устройства 77
8 Материалы и производственные решения 80
8.1 Критерии подбора материалов 81
8.1.1 Механические свойства 82
8.1.2 Физические и химические свойства 84
8.1.3 Технологические и эксплуатационные свойства 85
8.2 Выбор и обоснование материалов 86
8.3 Выбор и обоснование технологии производства 90
9 Производство опытных образцов 92
9.1 Технология производства 92
9.2 Материал 94
9.3 Производство деталей корпуса 96
9.4 Покраска деталей корпуса 98
9.5 Сборка устройства 100
10 Испытания и рекомендации для следующей итерации 101
11 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 104
11.1 Организация и планирование работ 104
11.1.1 Продолжительность этапов работ 104
11.1.2 Расчет накопления готовности проекта 108
11.2 Расчет сметы затрат на выполнение проекта 110
11.3 Расчет прибыли 115
11.4 Оценка экономической эффективности разработки
11.5 Оценка научно-технического уровня НИР 115
12 Социальная ответственность 119
12.1 Описание рабочего места 119
12.2 Вредные и опасные факторы производственной среды 119
12.3 Техника безопасности 121
12.4 Инструкция по технике безопасности 127
Заключение 129
Список использованных источников 132
Приложение А 137
Приложение Б 157
Приложение В 158
Приложение Г 159
Приложение Д 160
Приложение Е 161
Приложение Ж 162
Приложение З 163
Приложение И 164
Стремление к эстетическому совершенствованию окружающих предметов стало популярным с развитием научно-технической деятельности человека. Сравнительно недавно при проектировании изделий больше внимания уделялось практическим и функциональным особенностям продукта, а эстетические характеристики уходили на второй план. Сейчас же осознание важности последних приобретает все большее значение [1].
Из множества направлений промышленного дизайна электронные устройства требуют особого подхода, ввиду тесной взаимосвязи дизайнпроектирования с внутренними электронно-техническими компонентами. Для структуризации процесса проектирования разработку всего устройства было решено осуществлять методом итераций (перевод с англ. iteration - повтор). Итерация подразумевает поэтапное разработку устройства и, как правило, подчиняется циклу Деминга, который состоит из фаз планирования, реализации, проверки и конечной оценки. С каждой последующей итерацией корректируются недочеты предыдущей, добавляются либо убираются некоторые функции, перерабатывается и оптимизируется компонентная база, дизайн и конструкция [2]. Зачастую устройство с последующей итерацией может иметь другой функционал и даже назначение, что нередко приводит к изменению дизайна. Это обусловлено множеством технологических, экономических и организационных факторов. Таким образом, постепенно достигается необходимый результат в проектировании устройства включая его формообразование.
Промышленный дизайн электронных устройств включает в себя знания из технических и естественных наук, которые в совокупности нацелены на разработку функционального продукта в соответствии с предпочтениями пользователя. [3] Поэтому, если промышленный дизайнер разработал форму устройства, не обладая достаточными знаниями в этих областях, то с точки зрения технического специалиста дизайн может выглядеть неправдоподобно и может усложнять процесс проектирования инженерных аспектов. [4] Объяснения дизайнера техническому специалисту о важности определенных форм могут игнорироваться с одной стороны также, как и требования по переработке дизайна от технического специалиста дизайнеру. В дополнение к этому, различные инструменты, термины и стили работы этих специалистов часто мешают пониманию, признанию и эффективному сотрудничеству между ними. [5][6]
Разработка дизайна электронных устройств — это сложное направление промышленного дизайна, которое оптимизирует функции, стоимость конечной продукции и внешний вид в рамках общих интересов потребителя и производителя. [7]
Цель диссертационной работы заключается в разработке первой итерации дизайна и конструкторского исполнения микроминиатюрного портативного устройства NIMB-R100. Разработка должна осуществляться с учетом изготовления корпуса технологией 3D печати, как одной из самых быстрых и качественных способов изготовления прототипов.
Для достижения данной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1. Постановка задачи;
2. Подбор и изучение материалов по тематике;
3. Разработка поведенческой стратегии;
4. Поиск и обзор аналогов;
5. Первичное проектирование;
6. Разработка внешнего вида;
7. Детальная компоновка и конструкторское исполнение;
8. Выбор и обоснование материалов, производственных решений;
9. Производство опытных образцов;
10. Испытания и рекомендации для следующей итерации.
Работы по разработке устройства проводились в компании ООО «INTEC».
Направление подготовки «промышленный дизайн» на сегодняшний момент только набирает обороты в России. [8] Поэтому не так много устоявшихся компаний с точно сформированной деятельностью по данному направлению. ООО «INTEC», будучи научно-исследовательской и опытноконструкторской компанией (R&D), занимается реализацией полного цикла исполнения различных технических проектов от проработки идеи до серийного производства. В этот процесс компания включает услуги промышленного дизайна с видимым уклоном в техническую сторону.
Из множества направлений промышленного дизайна электронные устройства требуют особого подхода, ввиду тесной взаимосвязи дизайнпроектирования с внутренними электронно-техническими компонентами. Для структуризации процесса проектирования разработку всего устройства было решено осуществлять методом итераций (перевод с англ. iteration - повтор). Итерация подразумевает поэтапное разработку устройства и, как правило, подчиняется циклу Деминга, который состоит из фаз планирования, реализации, проверки и конечной оценки. С каждой последующей итерацией корректируются недочеты предыдущей, добавляются либо убираются некоторые функции, перерабатывается и оптимизируется компонентная база, дизайн и конструкция [2]. Зачастую устройство с последующей итерацией может иметь другой функционал и даже назначение, что нередко приводит к изменению дизайна. Это обусловлено множеством технологических, экономических и организационных факторов. Таким образом, постепенно достигается необходимый результат в проектировании устройства включая его формообразование.
Промышленный дизайн электронных устройств включает в себя знания из технических и естественных наук, которые в совокупности нацелены на разработку функционального продукта в соответствии с предпочтениями пользователя. [3] Поэтому, если промышленный дизайнер разработал форму устройства, не обладая достаточными знаниями в этих областях, то с точки зрения технического специалиста дизайн может выглядеть неправдоподобно и может усложнять процесс проектирования инженерных аспектов. [4] Объяснения дизайнера техническому специалисту о важности определенных форм могут игнорироваться с одной стороны также, как и требования по переработке дизайна от технического специалиста дизайнеру. В дополнение к этому, различные инструменты, термины и стили работы этих специалистов часто мешают пониманию, признанию и эффективному сотрудничеству между ними. [5][6]
Разработка дизайна электронных устройств — это сложное направление промышленного дизайна, которое оптимизирует функции, стоимость конечной продукции и внешний вид в рамках общих интересов потребителя и производителя. [7]
Цель диссертационной работы заключается в разработке первой итерации дизайна и конструкторского исполнения микроминиатюрного портативного устройства NIMB-R100. Разработка должна осуществляться с учетом изготовления корпуса технологией 3D печати, как одной из самых быстрых и качественных способов изготовления прототипов.
Для достижения данной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1. Постановка задачи;
2. Подбор и изучение материалов по тематике;
3. Разработка поведенческой стратегии;
4. Поиск и обзор аналогов;
5. Первичное проектирование;
6. Разработка внешнего вида;
7. Детальная компоновка и конструкторское исполнение;
8. Выбор и обоснование материалов, производственных решений;
9. Производство опытных образцов;
10. Испытания и рекомендации для следующей итерации.
Работы по разработке устройства проводились в компании ООО «INTEC».
Направление подготовки «промышленный дизайн» на сегодняшний момент только набирает обороты в России. [8] Поэтому не так много устоявшихся компаний с точно сформированной деятельностью по данному направлению. ООО «INTEC», будучи научно-исследовательской и опытноконструкторской компанией (R&D), занимается реализацией полного цикла исполнения различных технических проектов от проработки идеи до серийного производства. В этот процесс компания включает услуги промышленного дизайна с видимым уклоном в техническую сторону.
В результате дизайн-проектирования и конструкторского исполнения разработаны: оригинальный корпус, трехмерные модели и изготовлены опытные образцы устройства NIMB-R100 посредством технологии 3D печати. Корпус состоит из внешней детали, внутренней детали, кнопки и линзы. Внешняя деталь обеспечивает надежное позиционирование внутренних компонентов посредством посадочных мест, пазов и стоек с соблюдением допусков. Сопряжение деталей корпуса осуществляется на основе выступов. Обеспечена защита от переполюсовки с использованием неодимовых магнитов, расположенных таким образом, чтобы отталкивать устройство в случае неправильной установки на док-станцию. Выполнена декоративная отделка корпуса с покрытием нитрокраски и нитролака посредством технологии аэрографии.
Для изготовления опытной партии устройств была использована технология 3D печати. В качестве базовой технологии был применен метод многоструйного моделирования, который является одним из самых точных видов печати. Благодаря этой технологии можно изготовить опытные образцы высочайшей точности, либо достаточно мелкие по размеру.
Данная технология производства ввиду дороговизны и длительности процесса не подходит для выпуска больших партий устройств. Однако, с задачей изготовления мелкой партии опытных образцов, предназначенных для испытаний, технология 3D-печати справляется, что позволяет анализировать результаты испытаний и вносить необходимые изменения перед передачей устройств в серийное производство.
В качестве базовой технологии был применен метод многоструйного моделирования, который является одним из самых точных видов печати. Благодаря этой технологии можно изготовить опытные образцы высочайшей точности, либо достаточно мелкие по размеру.
В качестве основного материала для изготовления корпусов методом многоструйного моделирования был выбран материал VisiJet Crystal, который является одним из самых прочных, твердых и одновременно хорошо поддающихся обработке материалов. Обработанное и окрашенное изделие, выполненное из материала VisiJet Crystal пригодно для демонстрации в качестве опытного образца.
Опытные образцы были протестированы в реальных условиях что подтвердило их работоспособность и производственную технологичность. В результате испытаний и анализа прототипов сформулированы следующие проблемы и задачи для решения в следующей итерации:
1. Уменьшить количество клеевых соединений;
2. Заменить клеевые соединения деталей корпуса на крепежи с помощью фиксаторов;
3. Вместо крепления электронно-технических элементов в пазы применить установку на шасси;
4. Заменить расположение магнитов в схеме защиты от переполюсовки;
5. Оптимизировать конструктив для производства методом литья;
6. Конструкция устройства должна обеспечивать финальную сборку менее чем за 2 минуты в условиях конвейерного производства;
7. Исключить процесс покраски деталей корпуса;
8. Продумать возможность изготовления части устройства, которая соприкасается с кожей, из металла.
Обнаружить многие из вышеописанных проблем без прохождения первой итерации не было возможным.
Для изготовления опытной партии устройств была использована технология 3D печати. В качестве базовой технологии был применен метод многоструйного моделирования, который является одним из самых точных видов печати. Благодаря этой технологии можно изготовить опытные образцы высочайшей точности, либо достаточно мелкие по размеру.
Данная технология производства ввиду дороговизны и длительности процесса не подходит для выпуска больших партий устройств. Однако, с задачей изготовления мелкой партии опытных образцов, предназначенных для испытаний, технология 3D-печати справляется, что позволяет анализировать результаты испытаний и вносить необходимые изменения перед передачей устройств в серийное производство.
В качестве базовой технологии был применен метод многоструйного моделирования, который является одним из самых точных видов печати. Благодаря этой технологии можно изготовить опытные образцы высочайшей точности, либо достаточно мелкие по размеру.
В качестве основного материала для изготовления корпусов методом многоструйного моделирования был выбран материал VisiJet Crystal, который является одним из самых прочных, твердых и одновременно хорошо поддающихся обработке материалов. Обработанное и окрашенное изделие, выполненное из материала VisiJet Crystal пригодно для демонстрации в качестве опытного образца.
Опытные образцы были протестированы в реальных условиях что подтвердило их работоспособность и производственную технологичность. В результате испытаний и анализа прототипов сформулированы следующие проблемы и задачи для решения в следующей итерации:
1. Уменьшить количество клеевых соединений;
2. Заменить клеевые соединения деталей корпуса на крепежи с помощью фиксаторов;
3. Вместо крепления электронно-технических элементов в пазы применить установку на шасси;
4. Заменить расположение магнитов в схеме защиты от переполюсовки;
5. Оптимизировать конструктив для производства методом литья;
6. Конструкция устройства должна обеспечивать финальную сборку менее чем за 2 минуты в условиях конвейерного производства;
7. Исключить процесс покраски деталей корпуса;
8. Продумать возможность изготовления части устройства, которая соприкасается с кожей, из металла.
Обнаружить многие из вышеописанных проблем без прохождения первой итерации не было возможным.