📄Работа №204388
Тема: Особенности дизайн-проектирования в условиях невесомости
Характеристики работы
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Дизайн
Объем:
126 листов
Год:
2023
Просмотров:
54
4835
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение 15
1 Научно-исследовательская часть 18
1.1 Основные требования к дизайн-проектированию Зд-принтера 19
1.2 Патентный поиск 22
1.2.1 Прямые аналоги 24
1.2.2 Косвенные аналоги 28
2 Исследование предметной области проектирование 32
2.1 Антропометрия в космическом пространстве 32
2.1.1 Влияние микрогравитации на физиологию человека 32
2.1.2 Антропометрические данные космонавтов 34
2.2 Соматографический анализ 37
2.3 Анализ органов управления 41
2.4 Анализ опыта эксплуатации космического 3В-принтера 44
2.5 Исследование влияния цвета на психологию человека 46
2.6 Использование системного подхода в разработке дизайна 3д-принтера 48
2.6.1 Разработка системы «Космический принтер» 49
2.6.2 Постановка центральной цели системы 49
2.6.3 Выявление подсистем для системы «Космический принтер» 49
2.6.4 Элементы системы «Космический принтер» 54
2.6.5 Систематизирование и выявление взаимосвязей системы 55
3 Проектирование 3д-принтера 58
3.1 Эскизные решения 58
3.2 Определение лучшего эскизного решения методом экспертных оценок 60
3.3 Моделирование 3д-принтера 65
3.4 Исследование модели 3д-принтера методом соматографического
анализа 68
4 Концепция стартап-проекта 71
4.1 Описание услуги 71
4.2 Способы защиты интеллектуальной собственности 73
4.3 Объем и емкость рынка 74
4.4 Современное состояние и перспективы отрасли 76
4.5 Себестоимость услуги 77
4.6 Конкурентные преимущества 79
4.7 Целевые сегменты потребителей услуги 82
4.8 Бизнес-модель проекта 82
4.9 Стратегия продвижения услуги на рынок 84
5 Социальная ответственность 87
5.1 Производственная безопасность 87
5.1.1 Отклонение показателей микроклимата в помещении 87
5.1.2 Превышение уровней шума 89
5.1.3 Повышенный уровень электромагнитных излучений 90
5.1.4 Недостаточная освещенность 92
5.1.5 Факторы электрической природы 96
5.1.6 Факторы пожарной и взрывной природы 96
5.2. Экологическая безопасность 98
5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 99
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ... 100
Заключение 102
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 104
ПРИЛОЖЕНИЕ А 110
1 Научно-исследовательская часть 18
1.1 Основные требования к дизайн-проектированию Зд-принтера 19
1.2 Патентный поиск 22
1.2.1 Прямые аналоги 24
1.2.2 Косвенные аналоги 28
2 Исследование предметной области проектирование 32
2.1 Антропометрия в космическом пространстве 32
2.1.1 Влияние микрогравитации на физиологию человека 32
2.1.2 Антропометрические данные космонавтов 34
2.2 Соматографический анализ 37
2.3 Анализ органов управления 41
2.4 Анализ опыта эксплуатации космического 3В-принтера 44
2.5 Исследование влияния цвета на психологию человека 46
2.6 Использование системного подхода в разработке дизайна 3д-принтера 48
2.6.1 Разработка системы «Космический принтер» 49
2.6.2 Постановка центральной цели системы 49
2.6.3 Выявление подсистем для системы «Космический принтер» 49
2.6.4 Элементы системы «Космический принтер» 54
2.6.5 Систематизирование и выявление взаимосвязей системы 55
3 Проектирование 3д-принтера 58
3.1 Эскизные решения 58
3.2 Определение лучшего эскизного решения методом экспертных оценок 60
3.3 Моделирование 3д-принтера 65
3.4 Исследование модели 3д-принтера методом соматографического
анализа 68
4 Концепция стартап-проекта 71
4.1 Описание услуги 71
4.2 Способы защиты интеллектуальной собственности 73
4.3 Объем и емкость рынка 74
4.4 Современное состояние и перспективы отрасли 76
4.5 Себестоимость услуги 77
4.6 Конкурентные преимущества 79
4.7 Целевые сегменты потребителей услуги 82
4.8 Бизнес-модель проекта 82
4.9 Стратегия продвижения услуги на рынок 84
5 Социальная ответственность 87
5.1 Производственная безопасность 87
5.1.1 Отклонение показателей микроклимата в помещении 87
5.1.2 Превышение уровней шума 89
5.1.3 Повышенный уровень электромагнитных излучений 90
5.1.4 Недостаточная освещенность 92
5.1.5 Факторы электрической природы 96
5.1.6 Факторы пожарной и взрывной природы 96
5.2. Экологическая безопасность 98
5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 99
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ... 100
Заключение 102
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 104
ПРИЛОЖЕНИЕ А 110
📖 Аннотация
В данной магистерской диссертации представлены результаты дизайн-проектирования корпуса и конструкции 3D-принтера, предназначенного для эксплуатации в условиях микрогравитации на борту космических станций. Актуальность исследования обусловлена стратегической задачей развития аддитивных технологий в космосе, что позволяет сократить логистические издержки, повысить автономность миссий и оперативно производить необходимые детали или инструменты. Основные выводы работы включают разработанный комплекс эргономических, конструктивных и психофизиологических требований к устройству, а также готовый дизайн-проект принтера с обоснованием выбора модульной конструкции, специфической колористики (оранжевый и серый цвета для снижения монотонности и сохранения нейтрального фона) и элементов управления, учитывающих антропометрию и измененное физиологическое состояние оператора в невесомости. Научная значимость заключается в систематизации факторов влияния космической среды на процесс дизайн-проектирования, а практическая — в создании проектных решений, пригодных для дальнейшей инженерной реализации. Теоретическая база исследования опирается на работы, посвященные обзору аддитивных технологий (Salil D. A.), эргодизайну приборов для МКС (Кухта М. С., Ильинова К. А.), а также анализу специализированных разработок, таких как полиоксиметиленовый 3D-принтер для условий невесомости, описанный в «Manufacturing Letters».
📖 Введение
В современном мире 3В-печать широко используется в различных отраслях, включая здравоохранение, аэрокосмическую промышленность, автомобилестроение и производство потребительских товаров.
Одним из самых интересных применений технологии 3В-печати является печать в космосе. 3В-принтеры могут произвести революцию в космической отрасли, уменьшив необходимость транспортировки всего с Земли, что может сэкономить средства, время и ресурсы. В 2014 году 3D - принтер был впервые отправлен на Международную космическую станцию (МКС), и с тех пор НАСА проводит дальнейшие исследования и разработки в области 3D-печати в космосе.
Для печати в космосе требуются 3D-принтеры, которые могут работать в условиях невесомости и с уникальными требованиями космических путешествий. Принтеры должны быть способны работать с прочными, легкими и удобными для транспортировки материалами. Это привело к созданию специализированных 3D-принтеров, которые могут печатать объекты из различных материалов, включая пластик, металл и керамику.
Обзор литературы: В исследовании 2018 года, опубликованном в журнале «Manufacturing Letters», ученые разработали и построили полиоксиметиленовый (POM) 3D-принтер, который может работать в условиях невесомости. Каркас принтера состоит из модульных компонентов, обеспечивающих устойчивость, и встроенных функций, минимизирующих эффекты ускорения. Исследователи также разработали новый тип нити POM, которая может экструдироваться в условиях невесомости, что в сочетании с низким ускорением принтера и стабильной печатной рамой обеспечивает точную печать [1].
В исследовании 2019 года, опубликованном в журнале «Applied Sciences», изучалась возможность использования процесса лазерного спекания для 3D-печати в условиях невесомости. Исследователи предложили 15
небольшую систему лазерного спекания, в которой использовалась мобильная головка для лазерного спекания, которая перемещалась по платформе сборки с помощью подвесной портальной системы. Компоненты принтера были стабилизированы, а в рабочей камере поддерживалась постоянная температура, чтобы предотвратить прилипание порошка к внутренним компонентам [2].
Актуальность исследования: возможность печатать в космосе имеет большое значение для будущего освоения космоса. SD-печать можно использовать для создания инструментов, запасных частей и даже мест обитания на других планетах, на Международной космической станции (МКС), а затем и на Российской орбитальной служебной станции (РОСС), что позволяет выполнять более длительные миссии, которые становятся все более самодостаточными. Кроме того, эту технологию потенциально можно использовать для создания запасных частей или ремонта в условиях длительных космических миссий, не полагаясь на дорогостоящие и трудоемкие миссии по пополнению запасов с Земли в космос.
Проблема исследования: отсутствие рынка аэрокосмических технологий сопутствует современным проблемам проектирования космический аппаратуры. При проектировании 3д-принтера устанавливаются строгие требования к безопасности, надежности, работоспособности, материалам, качеству печати. Все перечисленные требования имеют высокий приоритет. Таким образом, при проектировании космической аппаратуры редко учитывается колористика, эргономика и эстетика.
Целью магистерской диссертации является разработка дизайна и конструкции корпуса 3д-принтера для печати в условиях невесомости.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) изучить принцип работы и комплектующие 3д-принтера;
2) провести патентный поиск;
3) провести исследование аналогов;
4) составить требования к проектированию Зд-принтера;
5) разработать концепцию проекта;
6) разработать промышленный дизайн и конструкцию 3д-принтера;
7) оформить отчет и графические материалы о проделанной работе.
Объектом научного исследования: эргономика и особенности проектирования аппаратуры для космической отрасли.
Предметом исследования является 3д-принтер, предназначенный для печати в условиях невесомости.
Научная новизна исследования заключается:
• в разработке эргономичной формы корпуса 3д-принтера, обеспечивающей эксплуатацию и требования к материалам в условиях невесомости;
• в проектировании органов управления прибором с учетом тактильных ощущений и эргономики на МКС и РОСС;
• в разработке системы безопасности, комфорта, эргономичности, эстетики создаваемых изделий для эксплуатации на космическом корабле;
• в научно обоснованных методах улучшения условий труда за счет изменения дизайна объекта.
Практической значимостью магистерской диссертации является представленный эргономичный дизайн корпуса и органов управления 3д- принтером, обеспечивающий комфортную работу с объектом, и оказывающий положительное влияние на эмоциональное состояние космонавтов.
Одним из самых интересных применений технологии 3В-печати является печать в космосе. 3В-принтеры могут произвести революцию в космической отрасли, уменьшив необходимость транспортировки всего с Земли, что может сэкономить средства, время и ресурсы. В 2014 году 3D - принтер был впервые отправлен на Международную космическую станцию (МКС), и с тех пор НАСА проводит дальнейшие исследования и разработки в области 3D-печати в космосе.
Для печати в космосе требуются 3D-принтеры, которые могут работать в условиях невесомости и с уникальными требованиями космических путешествий. Принтеры должны быть способны работать с прочными, легкими и удобными для транспортировки материалами. Это привело к созданию специализированных 3D-принтеров, которые могут печатать объекты из различных материалов, включая пластик, металл и керамику.
Обзор литературы: В исследовании 2018 года, опубликованном в журнале «Manufacturing Letters», ученые разработали и построили полиоксиметиленовый (POM) 3D-принтер, который может работать в условиях невесомости. Каркас принтера состоит из модульных компонентов, обеспечивающих устойчивость, и встроенных функций, минимизирующих эффекты ускорения. Исследователи также разработали новый тип нити POM, которая может экструдироваться в условиях невесомости, что в сочетании с низким ускорением принтера и стабильной печатной рамой обеспечивает точную печать [1].
В исследовании 2019 года, опубликованном в журнале «Applied Sciences», изучалась возможность использования процесса лазерного спекания для 3D-печати в условиях невесомости. Исследователи предложили 15
небольшую систему лазерного спекания, в которой использовалась мобильная головка для лазерного спекания, которая перемещалась по платформе сборки с помощью подвесной портальной системы. Компоненты принтера были стабилизированы, а в рабочей камере поддерживалась постоянная температура, чтобы предотвратить прилипание порошка к внутренним компонентам [2].
Актуальность исследования: возможность печатать в космосе имеет большое значение для будущего освоения космоса. SD-печать можно использовать для создания инструментов, запасных частей и даже мест обитания на других планетах, на Международной космической станции (МКС), а затем и на Российской орбитальной служебной станции (РОСС), что позволяет выполнять более длительные миссии, которые становятся все более самодостаточными. Кроме того, эту технологию потенциально можно использовать для создания запасных частей или ремонта в условиях длительных космических миссий, не полагаясь на дорогостоящие и трудоемкие миссии по пополнению запасов с Земли в космос.
Проблема исследования: отсутствие рынка аэрокосмических технологий сопутствует современным проблемам проектирования космический аппаратуры. При проектировании 3д-принтера устанавливаются строгие требования к безопасности, надежности, работоспособности, материалам, качеству печати. Все перечисленные требования имеют высокий приоритет. Таким образом, при проектировании космической аппаратуры редко учитывается колористика, эргономика и эстетика.
Целью магистерской диссертации является разработка дизайна и конструкции корпуса 3д-принтера для печати в условиях невесомости.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) изучить принцип работы и комплектующие 3д-принтера;
2) провести патентный поиск;
3) провести исследование аналогов;
4) составить требования к проектированию Зд-принтера;
5) разработать концепцию проекта;
6) разработать промышленный дизайн и конструкцию 3д-принтера;
7) оформить отчет и графические материалы о проделанной работе.
Объектом научного исследования: эргономика и особенности проектирования аппаратуры для космической отрасли.
Предметом исследования является 3д-принтер, предназначенный для печати в условиях невесомости.
Научная новизна исследования заключается:
• в разработке эргономичной формы корпуса 3д-принтера, обеспечивающей эксплуатацию и требования к материалам в условиях невесомости;
• в проектировании органов управления прибором с учетом тактильных ощущений и эргономики на МКС и РОСС;
• в разработке системы безопасности, комфорта, эргономичности, эстетики создаваемых изделий для эксплуатации на космическом корабле;
• в научно обоснованных методах улучшения условий труда за счет изменения дизайна объекта.
Практической значимостью магистерской диссертации является представленный эргономичный дизайн корпуса и органов управления 3д- принтером, обеспечивающий комфортную работу с объектом, и оказывающий положительное влияние на эмоциональное состояние космонавтов.
✅ Заключение
В результате выполнения выпускной квалификационной работы был разработан дизайн корпуса и конструкции 3д-принтера для печати в условиях невесомости.
Проведено исследование патентов, прямых и косвенных аналогов. Было найдено и проанализировано два прямых аналога и сформулированы их достоинства и недостатки патентов. В качестве косвенных аналогов были проанализированы пульты управления космическими кораблями. Проведено сравнение пультов управления по управляющим элементам, цветовой гамме, форме и семантике. На основе полученных данных были составлены рекомендации к проектированию 3д-принтера.
Составлены основные требования к проектированию 3д-принтера такие как: требования к эргономике, требования безопасности, требования к конструкции, требования стойкости к внешним воздействиям, требования надежности.
Были выявлены факторы влияния микрогравитации на физиологическое состояние космонавта, а также влияние на психоэмоциональное состояние космонавта при условии длительного пребывания в замкнутом пространстве.
Приведено исследование антропометрических данных космонавтов. На основе полученных данных были составлены соматографические схемы по методу плоских манекенов.
Подбор колористического решения для 3д-принтера производился на основе исследования влияния цветов на психологию и восприятие человека. На основе полученных данных было выбрано два основных цвета корпуса: оранжевый и серый. Использование серого цвета в качестве основного нейтрально влияет на психологию и физиологию человека, а акцентный оранжевый цвет способен улучшить психологическое и физиологическое состояния космонавта.
Был произведен анализ опыта эксплуатации 3д-принтера. Была сформулирована последовательность шагов использования объекта от хранения прибора до проведения полного цикла печати изделия. К каждому шагу использования 3д-принтера были сформулированы рекомендации к проектированию прибора.
Применение в работе системного анализа позволило систематизировать всю научно-исследовательскую работу и структурировать информацию для проектирования 3д-принтера.
Проектирование 3д-принтера началось с поиска эскизного решения. Было создано три эскизных решения устройства в разной стилистике. На основе метода экспертной оценки был выявлен наилучший эскиз по трем критериям (эксплуатация, эстетика, технологичность) и принят к дальнейшему проектированию.
Проектирование конструкции 3д-принтера состояло из моделирования крышки, рабочей камеры и двух пультов управления. Впоследствии, были составлены соматографические схемы в горизонтальной и профильной проекциях. Которые позволили оценить габаритные размеры устройства по сравнению с человеком, удобство пользования прибором. На основе анализа схем были сформулированы рекомендации к рабочему пространству космонавта при использовании 3д-принтера. Были составлены соматографические схемы для пульта управления. По итогам соматографического анализа пульты управления считаются функциональными и эргономичными.
Проведено исследование патентов, прямых и косвенных аналогов. Было найдено и проанализировано два прямых аналога и сформулированы их достоинства и недостатки патентов. В качестве косвенных аналогов были проанализированы пульты управления космическими кораблями. Проведено сравнение пультов управления по управляющим элементам, цветовой гамме, форме и семантике. На основе полученных данных были составлены рекомендации к проектированию 3д-принтера.
Составлены основные требования к проектированию 3д-принтера такие как: требования к эргономике, требования безопасности, требования к конструкции, требования стойкости к внешним воздействиям, требования надежности.
Были выявлены факторы влияния микрогравитации на физиологическое состояние космонавта, а также влияние на психоэмоциональное состояние космонавта при условии длительного пребывания в замкнутом пространстве.
Приведено исследование антропометрических данных космонавтов. На основе полученных данных были составлены соматографические схемы по методу плоских манекенов.
Подбор колористического решения для 3д-принтера производился на основе исследования влияния цветов на психологию и восприятие человека. На основе полученных данных было выбрано два основных цвета корпуса: оранжевый и серый. Использование серого цвета в качестве основного нейтрально влияет на психологию и физиологию человека, а акцентный оранжевый цвет способен улучшить психологическое и физиологическое состояния космонавта.
Был произведен анализ опыта эксплуатации 3д-принтера. Была сформулирована последовательность шагов использования объекта от хранения прибора до проведения полного цикла печати изделия. К каждому шагу использования 3д-принтера были сформулированы рекомендации к проектированию прибора.
Применение в работе системного анализа позволило систематизировать всю научно-исследовательскую работу и структурировать информацию для проектирования 3д-принтера.
Проектирование 3д-принтера началось с поиска эскизного решения. Было создано три эскизных решения устройства в разной стилистике. На основе метода экспертной оценки был выявлен наилучший эскиз по трем критериям (эксплуатация, эстетика, технологичность) и принят к дальнейшему проектированию.
Проектирование конструкции 3д-принтера состояло из моделирования крышки, рабочей камеры и двух пультов управления. Впоследствии, были составлены соматографические схемы в горизонтальной и профильной проекциях. Которые позволили оценить габаритные размеры устройства по сравнению с человеком, удобство пользования прибором. На основе анализа схем были сформулированы рекомендации к рабочему пространству космонавта при использовании 3д-принтера. Были составлены соматографические схемы для пульта управления. По итогам соматографического анализа пульты управления считаются функциональными и эргономичными.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.