Моделирование и дизайн автомобиля

36

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Геометрические схемы композиции автомобиля

2. От проекта к готовому изделию. Проблемы внедрения

3. Учитывание антропометрических параметров при проектировании рабочего места водителя

Список литературы



1. Геометрические схемы композиции автомобиля

Основные отличия рисунка автомобиля заключены в применении дополнительных приемов построения формы и ее отдельных элементов (например: колес транспортных средств), передача с помощью определенных технических приемов лакокрасочных поверхностей, стекла и других материалов. Необходимость в этом существует на разных стадиях проектирования, начиная с поисковых эскизов и заканчивая демонстрационными рисунками. Ниже приводим описание основных этапов подготовки демонстрационного рисунка, так как выполнение эскизов требует тех же навыков, но выполняются они в ускоренной и «упрощенной» манере.

Выбор ракурса.

рис. 1

Определяющее значение в передаче объема разрабатываемого объекта имеет выбор ракурса. При этом в первую очередь следует иметь в виду восприятие автомобиля в реальных условиях эксплуатации. В большинстве случаев выбирается точка зрения, соответствующая положению глаз человека и линия горизонта, проходящая через нее. Автомобиль располагается на горизонтальной плоскости. (Рис. 1)

рис. 2

Данный ракурс и горизонтальная плоскость, на которой стоит автомобиль часто используется дизайнерами, для ускорения построения схемы автомобиля и выявления характерной боковины и передней или задней частей. Часто этот ракурс стилизуется, незначительно перемещая ближнее к зрителю колесо ниже горизонтали, при этом получая легкий наклон автомобиля и не сильный эффект перспективы. (Рис. 2)

рис. 3, 4, 5, 6

Совершенно очевидно, что с помощью плоского 2-х координатного рисунка передать реальный 3-х координатный объем достаточно сложно. Поэтому используются дополнительные ракурсы, подчеркивающие основные композиционные линии объекта или отдельных его элементов. (Рис. 3, 4, 5, 6)

рис. 7



С целью усиления восприятия идеи, передачи динамики движения объекта, применяется повернутая система координат, наклон линии горизонта. (Рис. 7)

рис. 8, 9, 10

автомобиль аэродинамический кузов дизайнер

Поиск композиционного решения автомобиля, его пропорций и формообразующих поверхностей всегда начинается в ортогональных проекциях, как на предварительных черно - белых эскизах, так и на цветных демонстрационных рисунках в масштабе 1:1 - вид сбоку, спереди, сзади. Объект изображается в виде чистой проекции с условным показом в перспективе колес противолежащей стороны и стоек кузова: через стекла ближней к наблюдателю поверхности кузова. Источник света традиционно на этих проекциях находится в верхней левой части системы координат. Как правило, предполагается, что источник света расположен под углом 45 градусов к горизонтальной плоскости. (Рис. 8, 9, 10)

Построение композиции на листе.

Начиная построение рисунка на листе, следует помнить, что объект в результате должен использовать все свободное поле. При этом по периферии листа должно остаться свободное пространство, с тем, чтобы автомобиль не оказался «зажатым» границами листа - всегда необходимо оставить свободное пространство, рисунок должен «дышать». Связано это с тем, что автомобиль в условиях эксплуатации постоянно находится в большом свободном пространстве и это должно быть передано в рисунке. Как пример поясняющий это положение, нужно отметить, что автомобиль, помещенный в замкнутое пространство, сопоставимое с его собственными размерами, воспринимается совсем по-другому. Именно по этой причине макетные и демонстрационные залы всегда имеют большие объемы, высоко расположенные поверхности потолка и хорошее рассеянное освещение, соответствующее натурным условиям. На практике минимальным свободным пространством для правильной оценки формы автомобиля считается расстояние, равное двум диагоналям объекта.

рис. 11

Автомобиль - объект динамический, постоянно движущийся, и его восприятие в движении - одна из основных задач, решаемых стилистом. Чтобы передать ощущение движение автомобиля на рисунке он может быть смещен к одному из краев листа по направлению движения. Оставшееся свободное поле целесообразно заполнить фоном (реальным или абстрактным, декоративным) с тем, чтобы композиция была «уравновешенной». (Рис. 11)



рис. 12

Композиция может включать в себя и несколько видов автомобиля, как в одной системе координат (с общей линией горизонта), так и в различных системах. При этом в композицию могут входить и характерные фрагменты объекта. Но и в этом случае следует помнить о «равновесии» композиции. (Рис. 12)

Построение перспективы.

Выполнение демонстрационного рисунка требует точного соблюдения пропорций, относительных размеров отдельных элементов кузова, визуальной передачи правильных объемов и поверхностей, правильного изображения колес, как важнейшего элемента внешности автомобиля. На практике в эскизах и набросках профессиональный дизайнер правильно рисует автомобиль в перспективе на подсознательном уровне, опираясь на большой практический опыт. При этом он сознательно может искажать форму и ракурсы в целях выделения какого-либо элемента кузова или композиции в целом. Демонстрационный рисунок требует точного изображения проектируемого автомобиля таким, каким он представляется глазу. Для этого необходимо построение перспективы в соответствии с законами начертательной геометрии.



Различают три вида построения перспективы:

рис. 13

рис. 14

прямая (Рис. 13, 14),

рис. 15

косоугольная с двумя точками схода (Рис. 15)

рис. 16

и воздушная с тремя точками схода (Рис. 16).



При рисовании автомобиля прямая перспектива используется для придания объемности виду сбоку. Перспектива с тремя точками схода, как правило, используется для изображения объектов с большой высотой и применяется в архитектуре, но бывают исключения, к примеру, при построении сложного ракурса легкового автомобиля или построении крупногабаритного транспорта (грузовика, автобуса, рельсового транспорта). Таким образом, для рисунка автомобиля наиболее распространенна перспектива с двумя точками схода, в которой параллельные линии горизонтального направления сходятся в одну точку на горизонте, а вертикальные линии остаются параллельными.

Порядок построения перспективного изображения автомобиля.

Основные термины. Параллельные горизонтальные линии сходятся на горизонте (например, рельсы). Точка их визуального соединения называется - точкой схода. Условная прозрачная плоскость, поставленная между глазом наблюдателя и горизонтом, называется - картинной плоскостью. Точка, соответствующая положению глаза наблюдателя, называется - точкой зрения. Линия пересечения картинной плоскости и плоскости земли называется - линией основания (земли). Строим (рисуем) в одном масштабе автомобиль в двух ортогональных проекциях (вид сбоку и вид спереди). Определяем положение наблюдателя (точку зрения) и картинную плоскость. Точка зрения должна располагаться от картинной плоскости на расстоянии двукратной длины объекта (автомобиля) или несколько больше.

Строим план автомобиля под выбранным углом к линии основания Все построения выполняются в одном масштабе. В целях облегчения последующих построений целесообразно нанести квадратную сетку на все проекции. Определяем точки схода, для чего из точки зрения проводятся прямые, параллельные сторонам АЕ-DH и DH-CG до пересечения с основанием картинной плоскости. Точки L и К - точки схода. Параллельно основанию картинной плоскости провести линию (земли), выше которой находится мнимая картинная плоскость. Затем определяем положение линии горизонта. Обычно высоту линии горизонта определяют как высоту глаз наблюдателя и принимают за 1700 мм от земли. При построении автомобиля линию горизонта следует располагать несколько выше для более полной передачи характера формы. На линию горизонта сносятся точки схода.2.2.6 Линия, проведенная из точки зрения перпендикулярно картинной плоскости до пересечения с горизонтом, определяет положение переднего угла параллелепипеда, описанного вокруг автомобиля. На эту линию сносим положение характерных точек автомобиля с вида сбоку (высоты). Эти точки соединяются с точками схода.2.2.7 Строить изображения необходимо путем сноса точек пересечения лучей с картинной плоскостью на линии, проведенные от отдельных точек к точкам схода. Таким образом, получается параллелепипед, описанный вокруг воображаемого автомобиля. При построении параллелепипеда необходимо построить продольную ось автомобиля и положение осей колес. Нанесение сетки на поверхность параллелепипеда существенно помогает построению основных и вспомогательных сечений.Для правильного построения элементов автомобиля (например: колес транспортных средств), необходимо научиться пользоваться методом построения глубины.

рис. 18

Построение глубины в прямой перспективе (Рис. 18).



рис. 19

рис. 20

Построение перспективы тени (Рис. 20).

Построение объема. Главные оси. Метод сечений.

Шагом для построения объема является построение описанным способом сечений, проходящих через главные оси автомобиля: продольную ось симметрии автомобиля, оси колес, а также поперечные сечения характерных участков кузова. Таким образом, выстраивается своего рода «проволочный» каркас пространственной формы. Данный метод позволяет четко представить форму, изображаемого автомобиля с характерными переходами поверхностей и линий для последующего изображения «твердотельной» поверхности, «натянутой» на построенный «каркас».Полученное перспективное изображение переносится на чистый лист бумаги для выполнения демонстрационного рисунка в нужном масштабе. Для безошибочного изменения масштаба следует использовать построенную сетку, кратно увеличивая все характерные размеры.Способ построения объема в косоугольной перспективе иллюстрирован на несложном примере динамичного объекта, без метода построения колесных эллипсов (Рис. 21).Несмотря на кажущуюся трудоемкость данного метода, он позволяет не только обеспечить точные пропорции и правильность изображения поверхностей пластически сложного объекта, но и сократить время на переделки и исправления «вольного» рисунка. Правильно строя в перспективе проектируемый объект, дизайнер избавляет себя от ошибочных иллюзий и тренирует пространственное воображение, что крайне важно для быстрого эскизирования в проектной работе.

После выбора ракурса композиционного замысла начинаем построение объема. В первую очередь в выбранной системе координат наносим главные оси объекта: продольная ось симметрии автомобиля и оси колес. Сами колеса строятся, как эллипсы, причем, большая ось эллипса всегда перпендикулярна оси колес.

рис. 22

Через продольную ось автомобиля проводим вертикальную плоскость и на ней строим продольное сечение автомобиля, соответствующее его силуэту или боковой проекции. Точно также строим характерные поперечные сечения: проходящие через переднюю и задние оси колес и несколько вспомогательных, в местах характерного изменения формы автомобиля (Рис. 22).



рис. 23

Как вспомогательные, могут быть построены и дополнительные продольные сечения. Если имеются характерные линии пересечения образующих поверхностей (например, линия пересечения поверхности боковины и крыши, капота и лобового стекла и др.), то в эту же систему координат вносим и их (Рис. 23).

рис. 24

Построение можно считать завершенным после проведения граничных линий - абриса кузова, проходящих через крайние точки характерных сечений и построения на полученных поверхностях линий разъемов дверей, капота, границ остекления, светотехники и др. (Рис. 24).



рис. 25

Отдельно следует рассмотреть методы построения колес и границ колесных ниш кузова. Колесо представляет собой набор цилиндрических и конических поверхностей, находящихся на одной оси, но лежащих в разных плоскостях. Поскольку плоскости колеса и боковой поверхности кузова разнесены (иначе колесо при ходе сжатия будет задевать за реборду, - границу колесной ниши) на построенном объеме колесо всегда будет смещено к ближней границе колесной ниши относительно наблюдателя. Исходя из этого, строим основные формообразующие поверхности колеса и его элементов в соответствии с приведенными ниже пояснительными эскизами (Рис. 25). 4.1 Выявление объема. Часто при проведении начального этапа поиска формы будущего автомобиля используют минимальный набор технических приемов, передающих объем на плоском листе бумаги. Это вполне обосновано, так как позволяет на начальном этапе наработать как можно больше различных идей за короткий промежуток времени. При этом наиболее распространенным способом передачи объема является утолщение линии рисунка на затененных участках поверхности и утонение (вплоть до исчезновения - обрыва) линии на освещенных поверхностях. Для более полного выявления объема темные участки рисунка штрихуются (направление штриховки постоянное на всем поле рисунка), а участки минимальной кривизны поверхности (чаще всего, переходные участки поверхностей) затираются или растушевываются.

рис. 27

Перечисленного выше набора приемов недостаточно для передачи всех нюансов поверхности, поэтому объем дополнительно уточняется системой характерных сечений, своего рода «сеткой», продольно и поперечно нанесенной на поверхность автомобиля. (Рис. 27)Дальнейшая проработка рисунка предусматривает детализацию отдельных элементов (колес, зеркал и прочее), передачу фактуры поверхностей и фона.

рис. 28

Если выбранная точка зрения предусматривает построение интерьера, видимого через застекленные поверхности, делается это с помощью тех же приемов, что были описаны в разделе 3.1 «Построение объема». (Рис. 28)



рис. 29 рис. 30

Качество рисунка во многом зависит от качества штриха, штрих должен быть положен исключительно по форме автомобиля, или стилизован в одном направлении на всем поле рисунка, помогая выявить объем. Необходимо помнить, что автомобиль представляет собой набор простых объемов (цилиндр, конус, сфера и прочее), сопряженных между собой переходными поверхностями и для лучшего понимания блестящих объемов нужно научиться передавать матовые «гипсовые» объемы, с помощью простого карандаша. (Рис. 29, 30)

рис. 31

Для понимания принципов построения бликов, отражений фона и опорной плоскости на поверхностях кузова и его остекления, тело автомобиля следует воспринимать, как зеркальный объем: набор цилиндрических, конических (стекла, боковины) и сферических (углы кузова) поверхностей, в которых отражаются окружающие предметы, сами образующие поверхности (например: поверхность лобового стекла в поверхности капота) и фон. (Рис. 31)Точно также, как и в выпуклых зеркальных плоскостях, окружающие предметы будут отражаться в искаженном, сжатом виде, с усилием, концентрацией цвета по линии отраженного горизонта. При этом на боковых поверхностях кузова цвет отраженных предметов будет поглощаться цветом кузова (если только это не белый цвет, или близкий к нему).

рис. 32

А на горизонтальных поверхностях (капот, крыша), расположенных под острым углом к наблюдателю, будет преобладать цвет отраженного фона (небо, близко расположенные предметы), цвет кузова будет более темным по линиям перегиба поверхностей (переход боковины в крышу, капот). (Рис. 32)

рис. 33

Вогнутые поверхности будут отражать перевернутые изображения. Таким образом, в верхней части фар отразиться опорная поверхность, в нижней - близко расположенные предметы и фон. Боковые цилиндрические поверхности в нижней части кузова отразят опорную поверхность и будут подсвечены (высветлены) рефлексным, отраженным светом. (Рис. 33)

рис. 34

Остекленные поверхности, кроме перечисленных выше основных принципов отражения зеркальными поверхностями, будут частично пропускать и изображение находящихся за ними объектов (интерьер или фон). При этом если на стекле отражается темный фон, то детали интерьера изображаются более светлым тоном того же цвета и наоборот, - при отражении в этой зоне стекла светлого фона интерьер показывается более темным фоном. (Рис. 34)Основные поверхности (кузов, стекла, зеркала, диски колес) кроме того, отражают и точечные источники света в виде бликов, которые наносятся в последнюю очередь.

рис. 35



Как правило, блики наносят в местах резкого перелома поверхностей (углы кузова), на стеклах в зоне границы отражения горизонта. На дисках колес блики располагаются на диагонали, направленной в сторону источника света. (Рис. 35) 4.2 Композиционные особенности построения формы автомобиля.Проектирование формы автомобиля обладает некоторыми характерными особенностями, принципиально отличающими этот процесс от проектирования других объектов промышленного дизайна.4.2.1 Кузов легкового автомобиля, автобуса и даже грузового автомобиля следует рассматривать как скульптурное произведение. Поэтому, автомобиль должен быть гармоничным со всех ракурсов и при любом освещении. Гармония формы предполагает логическое построение всех поверхностей и линий, их естественное перетекание одной в другую или визуально привлекательное сопряжение поверхностей и линий. Нежелательно иметь на кузове винтовые поверхности и ломающиеся линии бликов, если нет прямой связи с изначально заложенным стилем.4.2.2 Необходимо помнить, что на поверхности кузова нет прямых линий кроме линии порога, т.к. любая линия динамичного кузова легкового автомобиля изменяется в трех координатах одновременно.

рис. 37



Следует учитывать, что автомобиль находится в движении и, в известном смысле, символизирует движение. Следовательно, его пропорции и форма должны быть динамичными. В противном случае, автомобиль будет выглядеть скучным и статичным. (Рис. 37)Могут быть и исключения, когда функциональное назначение автомобиля требует выявления иных качеств, например, проходимости или высокой грузоподъемности, что должно находить свое отражение в построении формы. 4.2.4 Образующие, по которым строится поверхность, должны представлять собой линии переменной кривизны. Исключение - образующие поверхности стекол, которые являются, как правило, частью цилиндра (боковые стекла) или частью конуса (ветровое и заднее стекло легковых автомобилей). Современные технологии позволяют получать стекла и более сложной формы, но использовать эти возможности следует осторожно, памятуя об оптических искажениях.

рис. 40

Форма кузова на виде сбоку не должна быть близкой к симметричности (принцип «тяни-толкай»). Чем сильнее выявлена асимметричность, тем динамичней, стремительней выглядит автомобиль. (Рис. 40)4.2.6 При проектировании формы кузова следует помнить о пропорциональных соотношениях элементов кузова, его отдельных деталях (фары, задние фонари, бамперы и т.д.) и о функциональных требованиях (удобство входа-выхода, обзорности, требований безопасности и действующих стандартов). Модулем пропорциональных соотношений может служить диаметр колес и размер базы автомобиля (расстояние между передним и задним колесом).4.2.7 На пропорции автомобиля и его стиль важное влияние оказывают функциональное назначение автомобиля и его компоновка. Функциональное назначение автомобиля определяет оптимальный выбор типа кузова и компоновки (компоновка - взаимное расположение двигателя, важнейших агрегатов, водителя, пассажиров и органов управления).В заключение стоит отметить, что для успешного изучения рисунка автомобиля необходимо знание основных типов кузовов и принципиальных видов компоновочных решений.

2. От проекта к готовому изделию. Проблемы внедрения

Актуальность темы. Проектирование с точки зрения общих затрат достаточно часто является самым дешевым из всех этапов создания легкового автомобиля. Но по своим последствиям этап может быть самым дорогим. Можно условно считать, что если не устранить ошибку в научно-исследовательской работе, то на стадии опытно-конструкторских работ ее цена возрастет примерно в 10 раз, на стадии опытного производства - в 100 раз и, наконец, на стадии серийного производства - в 1000 раз. На протяжении всей истории автомобилестроения каждое конструкторское подразделение, занимавшееся проектированием автомобилей и двигателей к ним, имело свою методологию проектирования, сформулированную на основе опыта ранее выполненных проектных работ. Такая методология часто приводила к тому, что номенклатура и свойства автомобилей в значительной степени зависели от случайностей и во многом определялись интуицией их создателей. Длительные сроки разработки новых моделей автомобилей определяются в настоящее время, в основном, сроками их доводки. В связи с этим необходимо делать акцент в проектировании на формировании свойств на стадии проектирования, в основном с помощью удобных и адекватных математических моделей в разных формах их проявления. Современные компьютерные технологии существенно упрощают решение подобных задач. Многообразие требований, предъявляемых к легковым автомобилям, требуют от разработчика системного подхода к проектированию. В научно-технической литературе проблемам и методам проектирования и, в частности, системному проектированию уделяется все большее внимание. Сам по себе системный подход не является чем-то новым в проектировании новых изделий. Еще в 1824 г. Сади Карно отмечал, что экономия топлива в двигателе лишь одно из условий, которые должны выполнять топливные машины; при многих обстоятельствах оно второстепенно; оно часто должно уступать первенству надежности, прочности и долговечности машины. Следовательно, на современной стадии развития основой системного подхода в проектировании является комплексное рассмотрение свойств проектируемого изделия на всех стадиях разработки. На сегодняшний день не существует методической основы с позиции дизайн - с использованием вычислительной техники, которая бы решала проблему анализа и задачу исключения ошибок на ранних стадиях проектирования при оптимизации принимаемых решений. Дизайнер должен участвовать на протяжении всего цикла создания легкового автомобиля, а принципы, закладываемые при построении предварительных компьютерных моделей деталей и разработки чертежей, должны выполняться с учетом этапных требований. Вместе с тем, в существующей технической литературе и немногочисленных пособиях по дизайн - проектированию, участие дизайнера в процессе создания промышленного изделия зачастую ограничивается разработкой внешнего вида и эргономикой. Отсутствие методологии дизайн - проектирования промышленных изделий и легковых моделей автомобилей, в частности, необходимость системного подхода к проектированию определяют актуальность темы диссертационного исследования. Актуальность темы усугубляется еще и тем, что образовательным стандартом на специальность 0524.00 «Дизайн» предусмотрена квалификация «дизайн транспортных средств».Сегодня на многих автомобильных производствах решается задача корректного внедрения компьютерных программных комплексов, когда требуется переводить ручную традиционную работу в компьютер. Автоматизированный процесс значительно снижает затраты на производство, но в дизайн - проектировании нельзя выполнять всю работу на вычислительных машинах, т.к. теряется элемент творчества, а это нельзя упускать, потому что жесткие автоматизированные процессы как бы «умертвляют» любой разработанный легковой автомобиль. Он начинает выглядеть иначе, а упрощенно можно сказать, более живо и эстетически привлекательнее. Это психологический момент, а этим пренебрегать нельзя. Дизайнерам и в будущем придется считаться с условиями производства и планирования, которые всегда будут сильно ограничивать их творческую фантазию. Изделие, претендующее называться «красивым», с точки зрения дизайна, в современном мире должно соответствовать не только художественно-эстетическим требованиям, но и экономическим, технологическим, гигиеническим, экологическим, утилитарным (функциональным), потребительским, законодательным, социальным и др.Дизайнер на производстве должен быть осведомленным по вопросам, касающимся разработки и внедрения автомобиля в серию. Для этого необходимо сразу заложить все установочные показатели качества автомобиля, с целью исключения и минимизации ошибок. Для качественного автомобиля существует комплекс требований: конструктивных и социальных. Хотя, часто бывает так, что требования, предъявляемые потребителем не всегда совпадают с требованиями конструкции и дизайна. Появляются модные автомобили, которые удовлетворяют потребителя, но на недолгий период времени, пока данная марка легкового автомобиля является модной. Проблема моды и стиля с конструктивным решением, не противоречащим остальным требованиям: безопасности, эргономике, тектонике, антропометрии и др., основополагающий фактор, указывающий на системность решений в поиске новых рациональных форм и конструкций автомобиля. Задачи исследований. Сформулированная цель и проведенный анализ нерешенных проблем по теме диссертации позволили определить следующие основные задачи диссертационной работы:

* исследовать взаимосвязь формы легкового автомобиля с общей компоновкой и конструктивными параметрами;

* проанализировать зависимость аэродинамических свойств легкового автомобиля от формы кузова и выработать рекомендации для дизайнера по проектированию внешних форм на ранних стадиях проекта;

* разработать компоновочные и эргономические правила проектирования легкового автомобиля с учетом законодательных и потребительских требований;* разработать алгоритм дизайн-проектирования легкового автомобиля с оптимизацией проектных решений, предусматривающий участие дизайнера на всех стадиях проекта; апробировать основные принципы разработанной методологии при модернизации автомобилей марки «ИЖ» и при разработке квадрициклов класса L5 на узлах и деталях мотоциклов «ИЖ».Практическая полезность. Результаты исследования позволят внедрить новые приемы для дизайн-проектирования легковых автомобилей, когда компьютерные технологии все больше и больше приходят на автомобильные производства, а ранняя стадия проектных работ максимально снизит вероятность ошибок при изменении формы автомобиля или отдельных узлов и деталей на позднем этапе, тем самым сократит расход времени и денежных средств на доработку.Реализация результатов. В период 2002-2004 гг. на производстве ОАО «ИЖАВТО» в отделе «Компьютерных систем и технологий» разработанные принципы проектирования деталей кузова легкового автомобиля с применением компьютерной техники и высокоточных графических пакетов прикладных программ для создания объемных моделей технологических устройств, апробированные при создании модификации автомобиля Иж-2126 с универсальным кузовом - «Фабула». Разработка велась по научно-технической программе «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» для квадрициклов. Моделирование деталей кузова автомобиля Иж-2126 велось с точностью 0,001 (мм) и выше в зависимости от сложности решаемых задач.

При проектировании промышленного изделия закладывается общий порядок и алгоритм его создания, и автомобиля в том числе, но с конструктивными особенностями и совместимостью внешней формы с режимами и условиями эксплуатации. Всегда закладываются формально-функциональные требования, а именно соответствие выполнять в полной мере все заложенные требования во время эксплуатации. Лазарев Е. Н. особое внимание обращает на эстетику формы и требуемый результат, который будет принят в итоге, а также учитывает чувства и предпочтения потребителей, как фактор, который однозначно рассмотреть нельзя. Детали, выполненные при помощи SLA-технологии обладают высокой точностью. При наличии таких модельных систем можно выявлять ошибки и с большой вероятностью прогнозировать то, что деталь будет выполнена верно. Это позволяет производить доводку за короткие сроки, имея одну виртуальную модель. Можно выделить визуальные недостатки, которые не видны в процессе проектной деятельности на стадии эскиза, а также отследить качество поверхностей. Во многих программных комплексах, таких как UNIGRAPHICS, PRO-ENGINEER, CATIA и др., существует возможность выявлять качество поверхностей на изгиб или излом. Неровность и «волнистость» поверхности детали можно выявить через структурною сетку поверхности (геометрическое представление большой поверхности из отдельных микроповерхностей, которые за счет своей размерности, концентрации и разряжения определяют вид формы детали) и или же в динамике, когда поверхность детали представляется как зеркальная. Существует и другой способ, когда деталь освещается линейным источником света и по блику видно то, что поверхность имеет излом . Многие дефекты поверхностей видны только на большом увеличении, а довольно частое несовпадение граней по ребру вызывает то, что стороны не могут быть объединены. Такое несовпадение может быть вызвано по двум основным причинам: погрешностью самой программы или же ошибкой при построении самим инженером. Обычный способ создания моделей - это пластилиновые макеты, когда качество достигается за счет профессионализма модельщиков. Изготовление пластилиновой модели занимает очень много времени, а сам процесс лепки очень трудоемкий, также требует постоянной корректировки. Модели, созданные при помощи SLA и LOM технологий имеют габариты в пределах полметра, т. е. такие детали не очень велики. При помощи этих систем можно делать элементы фар, ручки дверей, щитки, крышки радиатора, элементы вентиляции, элементы панели управления (информационное табло, переключатели, кнопки) и др. Небольших деталей в кузове очень много, а следовательно это существенно снижает временные затраты. На производстве постоянно требуется следить за изготовлением деталей. Это в большей степени относится к качеству получаемых поверхностей деталей кузова, элементов салона или механизмов. Известно, что в автомобиле очень много деталей и механизмов, а следовательно очень много небольших проектных работ по отдельным деталям, а они в свою очередь отнимают очень много времени, т.е. денежные средства, идущие на проектную работу, очень часто приходится окупать достаточно долго. В экономике важный показатель - время, соответственно, одной из основных проблем является временная затрата, которая уходит на корректировку моделей и их очередной перерасчет.Особое внимание требуется уделить функционально-стоимостному анализу (ФСА) продукции, описанное в, где коллектив авторов вводит различия между ФСА и технико-экономическим анализом (ТЭА). Авторами приведена схема стадии жизненного цикла изделия. В монографии приводится технико-экономическая оценка грузовых автомобилей при разработке. Еще в СССР существовали жесткие ГОСТы и правила, которые разрабатывались специалистами и определялись как значимые и весомые требования к легковым автомобилям, но данная государственная система стандартов имела внутреннее значение, реже была связана с европейскими странами. С появлением стандарта ISO (International Standard Organization), DIN (Deutch International Normal - немецкий международный стандарт) и др. России пришлось изменить ряд положений по стандартам. Конечно, возникло много трудностей, но эти стандарты уже распространялись на детали-аналоги европейских и мировых производителей. Например, стандарт ISO - это очень гибкая система, которая допускает множество изменений, из-за этого требуется вносить много доработок, но изменения допускаются, т.к. это движет прогресс, а продукция, выпущенная совместно с иностранными фирмами нередко бывает бракованной. Для этого требуется уже на начальной стадии проектирования определяться с теми деталями, которые не нужно разрабатывать. На основании множества исследований по деталям-аналогам надо выбирать именно те образцы, которые имели минимальный отказ в работе и являлись в некоторой мере универсальными, если существует такая необходимость.

3. Учитывание антропометрических параметров при проектировании рабочего места водителя

Следует, видимо, напомнить, что под дизайном сегодня понимают художественное конструирование, целью которого является создание красивых, удобных в эксплуатации изделий, полезных для человека и общества, а также результаты творческой деятельности художников-конструкторов (дизайнеров). Главное отличие вездеходов состоит в том, что на них применяются колеса с шинами увеличенных габаритов. К тому же такие машины предназначены преимущественно для использования в условиях тундры, лесотундры и им подобных, где возможно эксплуатировать транспортные средства, лишь снабженные закрытыми кабинами. Снегоболотоходы должны также обладать способностью преодолевать вброд или вплавь водные преграды. К главным вопросам, требующим решения при художественном конструировании вездехода, относятся: обеспечение удобства эксплуатации и достижение эстетической выразительности машины. Общие вопросы, связанные с созданием оптимальных условий и необходимых удобств для человека, выполняющего трудовые функции (например, управляющего транспортным средством), изучает и разрабатывает наука, получившая название эргономики. Эргономические требования к машине разрабатываются на основе результатов исследования деятельности человека-оператора в системе «человек - машина - среда». В их структуру входят: соответствие машины, формы и размеров элементов ее конструкции антропометрическим показателям человека; соответствие машины физиологическим, психофизиологическим и психологическим показателям человека-оператора, его физическим, зрительным, слуховым возможностям, практическим навыкам; соответствие среды, в которой находится оператор, гигиеническим нормам по уровню температуры, влажности, запыленности и загазованности воздуха, шума, вибрации, освещенности. Требованиям эргономики должно прежде всего удовлетворять рабочее место водителя: сиденье, органы управления машиной, контрольно-измерительные приборы, средства обзорности, устройства для защиты водителя от неблагоприятных воздействий среды. Должно быть уделено внимание и созданию необходимых удобств для пассажиров. Расположение сидений, их размерные параметры определяются при компоновке машины с использованием схематических изображений «стандартного» человека, шаблонов и манекенов. Основные данные, необходимые для проектирования мест для водителя и пассажиров в автомобиле-вездеходе, снабженном закрытой кабиной. Органы ручного и ножного управления машиной должны располагаться в зонах досягаемости соответственно рук и ног водителя и по возможности в поле его зрения. Перемещения органов управления должны согласовываться с естественными направлениями движения рук и ног водителя, а также соответствовать задаваемому изменению курса (например, вращение рулевого колеса вправо приводит к правому повороту, а влево - к левому повороту машины). Усилия на органах управления должны изменяться в согласии с поведением объекта (например, усилие на педали тормоза должно ассоциироваться с усилием торможения машины). Если эти требования выполнены, то водитель «чувствует» машину. Большое значение для водителя имеет информация о режимах движения машины и работы отдельных ее узлов и систем, даваемая средствами индикации - указателями и сигнализаторами. Конструктивно они оформляются в виде панели контрольно-измерительных приборов, размещаемой на передней стенке кабины, или в виде блока приборов, монтируемого на рулевой колонке. Число приборов должно быть минимально необходимым, а даваемая ими информация - легко воспринимаемой водителем.

К характерным органам управления автомобилем относятся: замок зажигания; рулевое колесо; педали акселератора, сцепления, рабочего (ножного) тормоза; рычаги стояночного (ручного) тормоза, декомпрессора, топливного корректора, коробки передач, реверс-редуктора, механического пускового устройства двигателя (кикстартера); тумблеры, кнопки электростартера, звукового сигнала, указателя поворота, переключателя света фар, центрального переключателя света. В состав контрольно-измерительных приборов автомобиля и сигнализаторов входят: спидометр со счетчиком пройденного пути; амперметр-вольтметр; указатель уровня топлива в баке; контрольные лампы указателя включения электросистемы, указателя поворотов, указателя нейтрального положения рычага переключения передач, указателя включения отопителя. Органы управления подразделяются на те, что используются постоянно, часто и редко. Усилия на постоянно используемых органах управления (педали акселератора, рулевом колесе) не должны превышать 3 кгс; на часто используемых (педали муфты сцепления, рычаге коробки передач, педали тормоза при плавных торможениях) - 6 кгс и на редко используемых (педали тормоза при экстренных торможениях) - 12 кгс. При более высоких усилиях вождение машины становится утомительным. Эстетические и технические проблемы, возникающие при создании предметов, совместно изучает и решает наука, получившая наименование технической эстетики. Эстетичность - обобщенное требование к изделию. В его структуру входят частные требования, которые конкретизируются для изделий определенного типа и назначения. Эстетические требования базируются как на чисто эстетических свойствах, исходящих из закономерностей формообразования, так и на потребительских свойствах, основанных на внутренней структурно-функциональной сущности предметов. Форма вездехода, отвечающего требованиям технической эстетики, должна соответствовать его функциональному назначению, быть информативной, композиционно совершенной, гармоничной. Информативность формы требует наличия в ней таких признаков, которые позволяют видеть в изделии его назначение, тип, возможные варианты функционирования: вездеход должен выглядеть вездеходом. В общем облике такой машины выделяются ходовые органы (колеса с пневматиками низкого давления), выражающие тяговую мощь и проходимость машины по бездорожью. Их главенствующая роль должна активно поддерживаться всеми остальными формообразующими элементами машины. Под композицией понимают строение, соотношение и взаимосвязь частей и целого в объемно-пространственной структуре объекта. В основе композиции лежат две идеи: первая (главная) выражает эстетическую закономерность построения - архитектуру формы предмета; вторая - конструктивную основу (тектонику) формы. Упорядочение элементов формы вездехода, создающее впечатление целостности, завершенности конструкции машины, может быть достигнуто двумя основными приемами: построением компоновочной схемы из одного или двух центров композиции и построением компоновочной схемы на одинарной или двойной сетке, образованной пересекающимися (под прямым или косым углом) линиями. Изменяя положение центра (или центров) композиции, выделяя некоторые элементы формы, вводя дополнительные скосы, можно зрительно усилить те или иные эксплуатационные особенности вездехода: его тяговую мощь, скоростные возможности и прочее. Композиция, построенная на сетке, позволяет обратить внимание на увеличенную пассажире- и грузовместимость вездехода. Угловатые формы машины делают ее композицию жесткой, скругленные - пластичной. Под гармоничностью формы подразумевают пропорциональность основных размеров объекта и его составных частей, обеспечивающую зрительное восприятие объекта как единого целого. При проектировании изделий простой формы удается получить для всех сопоставляемых размеров постоянную или близкую к постоянной величину коэффициента пропорциональности. Часто его принимают равным 0,618, что соответствует отношению размеров человеческого тела и «золотого сечения», получаемого геометрическим построением. У объектов сложной формы величина коэффициента К пропорциональности размеров изменяется в определенных, сравнительно узких для каждого типа изделий пределах. При художественном конструировании автомобилей-вездеходов на пневматиках низкого давления можно принять К~0,4...0,6.

Методы эргономических исследований

Эргономические антропометрические признаки играют важнейшую роль в осуществлении соматографических исследований. Соматографические и экспериментальные (макетные) методы решения эргономических задач используются для выбора оптимальных соотношений между пропорциями человеческой фигуры и формой, размерами машины (предмета), ее элементов. Соматография (от греч. Soma (sbmatos) -- тело и …графия) -- метод схематического изображения человеческого тела в технической или иной документации в связи с проблемами выбора соотношений между пропорциями человеческой фигуры, формой и размерами рабочего места. В инженерной графике используются нормы и приемы технического черчения и начертательной геометрии. Большая трудоемкость затрудняет эффективное использование классической соматографии. Менее трудоемок и более эффективен метод плоских манекенов (шаблонов-моделей) тела с шарнирными сочленениями. Метод плоских манекенов состоит в использовании плоских моделей человека (с точным соблюдением действительных пропорций).В основе манекенов лежит костная система человека, на которой определены центры окружностей -- суставы, а контуры фигуры образуют касательные к этим окружностям. Рисунок завершают простой подрисовкой кистей и стоп. Манекены снабжены шарнирами в местах расположения суставов позволяющими придавать фигурам необходимые положения, занимаемые человеком при выполнении различных работ. Такие манекены обычно выполняются в натуральную величину, а также в масштабах 1:5; 1:10, и помещаются на чертежах, макетах соответствующих рабочих мест, выполненных в том же масштабе. Габариты манекенов должны соответствовать не только средним, но и пороговым антропометрическим размерам. Методика использования манекенов достаточна проста. Помощь при проектировании рабочих мест может оказать методика наложения на чертежи проектируемых мест схем, т.н. нормальных и максимальных рабочих зон. Эти схемы могут использоваться для наложения на рабочие зоны в горизонтальной плоскости (например, на плоскость рабочего стола), а также в вертикальных плоскостях, параллельных и перпендикулярных к оси зрения глаза.

Средства оснащения и параметры рабочего места

1. На рабочем месте должны размещаться только необходимые средства оснащения.

2. Они должны располагаться в пределах границ досягаемости, исключая частые наклоны и повороты головы.

3. Часто используемые средства должны располагаться ближе к рабочему сиденью.

4. Предметы труда должны располагаться на рабочем месте в последовательности рабочих операций.

5. Предметы и средства труда должны располагаться так, чтобы не перекладывать их из руки в руку. Параметры рабочего места.

Комплекс параметров рабочего места состоит из габаритных, компоновочных (или сопряженных с первыми) и свободных (несопряженных).

Габаритные параметры включают предельные размеры внешних очертаний рабочего места. Габаритный объем определяется как сумма объемов, занятых оборудованием, объемом пространства, необходимого человеку для выполнения рабочих операций, проходов и подходов к рабочему месту, а также «мертвым» пространством, создаваемым неправильными формами этих объемов. Компоновочные (сопряженные параметры) характеризуют положение отдельных элементов рабочего места относительно друг друга и работающего человека. Ими обеспечиваются досягаемость из различных поз, перемещения, направление рабочих движений и величина усилий. Компоновочные параметры рассчитаны на основе данных статической и динамической антропометрии. Компоновочные параметры входят в размерные цепи с габаритными параметрами. Свободные (несопряженные) параметры не имеют общих баз отсчета с другими элементами. Они могут быть постоянными и переменными (регулируемыми). В качестве примера свободных параметров могут быть рассмотрены высота и угол подставки для ног, высота сиденья, спинки и подлокотника кресла, подвижность спинки вперед--назад и т.д.Учет этих параметров особенно важен при проектировании рабочих мест на производстве и в офисах, учитывая характер и особенности трудовых процессов. В основу общих правил использования антропометрических данных при расчете параметров рабочих мест и оборудования положен метод перцентилей.

Расчет параметров рабочего места

При расчете параметров рабочего места следует учитывать:

* выбранную систему координат и соответствующие базы отсчета;

* рабочее положение человека;

* величину размаха рабочих движений;

* количество элементов рабочего места;

* параметры обзорности;

* необходимость ограничения рабочего пространства, возможность подвижности элементов рабочего места (сиденья, подставки для ног, педали и т.п.).При расчете параметров рабочего места не рекомендуется:

* рассчитывать параметры рабочего места только на основе среднеарифметических значений антропометрических признаков (или 50-го перцентиля);

* пользоваться антропометрическими данными 15--20-летней давности;

* пользоваться источниками информации, где не указаны год их получения, возраст и национальность контингента обследуемых людей, численность группы;

* выделять основные и второстепенные антропометрические признаки, считая все антропометрические признаки одинаково необходимыми, выявлять их значимость следует только при анализе конкретных объектов оборудования.

Базы отсчета и расчет параметров рабочего места

При расчете параметров рабочих мест необходимо использовать базы отсчета, которые соотносятся с базами, взятыми при измерении размеров тела. Для расчета компоновочных параметров рабочих мест нулевыми следует считать точки, имеющие нижеследующее расположение.

В положении стоя:

* на плоскости пола или горизонтальной плоскости, параллельной полу;

* на фронтальной плоскости, параллельной переднему краю оборудования;

* на срединно-сагитальной плоскости.

В положении сидя:

* на плоскости пола, сиденья или горизонтальной плоскости, параллельной полу;

* на фронтальной плоскости, касательной к наиболее выступающим точкам спины.

Конечными точками измерений будут те элементы оборудования, которые работающий человек может свободно, без напряжения достать, не меняя положения тела и позы.



Список литературы:

1.- Шпара П.Е., Шпара И.П. Техническая эстетика и основы художественного конструирования. - К.: Высшая школа, 1989.- 247с.

2.- Бонданович Л.Б., Бурьян В.А., Раутман Ф.И. Художественное конструирование в машиностроении. - К.: Техника, 1976.-184с.

3.- Штробель В.К. Современный автомобильный кузов. -М.: Машиностроение, 1984.-264с.

4.- Сайт WWW/ МГТУ «МАМИ».

Размещено на Allbest.ru