Технология проектирования лабораторно-выставочных установок, на примере установки по получению карбида кремния

Основная особенность предлагаемой в ВКР технологии заключается в оценке проекта на этапе эскизирования, что позволяет избежать цикличности наблюдаемой в случае традиционного проектирования.
Акцентирование внимания на особенностях лабораторно-выставочных установок позволяет учитывать важные критерии еще на первых этапах проектирования.
Модернизация традиционной технологии представляет собой комбинацию двух методов проектирования (метод поиска границ и кумулятивная стратегия Пейджа) и матрицы взвешенных решений. Такой синтез позволяет не только оценить возможные габариты будущей установки с учетом допусков на дополнительное оборудование, но и дать взвешенную оценку всем возможным идеям и комбинациям блоков и деталей установки, с учетом предъявляемых к ней критериев.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 12
1. Анализ теоретико-методологического материала ………………………………… 14
1.1. Обзор теоретико-методологического материала……………………………….. 16
1.1.1. Анализ методов дизайн-проектирования ……………………………………….. 17
1.1.2. Подходы к проектированию ………………………………………………………….. 19
1.2. Госты и стандарты предъявляемые к лабораторно-выставочному
оборудованию ………………………………………………………………………………………….. 21
1.3. Технология традиционного проектирования …………………………………….. 23
1.4. Постановка задачи исследования ……………………………………………………… 25
2. Разработка дизайн-концепции лабораторно-выставочной установки по
получению карбида кремния методом традиционного (инженерного)
проектирования ……………………………………………………………………………………….. 26
2.1. Проблема. Составление технического задания …………………………………. 26
2.2. Предпроектный анализ …………………………………………………………………….. 27
2.3. Разработка эскизных вариантов лабораторно-выставочной установки по
получению карбида кремния…………………………………………………………………….. 31
2.4. Материалы и методы изготовления деталей ……………………………………… 33
2.5. Дизайн лабораторно-выставочной установки по получению карбида
кремния инженерными методами проектирования ……………………………………. 38
2.6. Выявление проблем в технологии проектирования …………………………… 41
3. Модрнизация технологии дизайн-проектирования лабораторно-
выставочных установок ……………………………………………………………………………. 42
3.1. Требования предъявляемые к лабораторно-выставочным установкам . 42
3.2. Модернизация традиционной технологии проектирования ………………. 44
3.3. Создание дизайн-концепции установки по получению карбида кремния
по модернизированной технологии проектирования …………………………………. 47
3.3.1. Проблема проектирования…………………………………………………………….. 47
3.3.2. Предпроектный анализ …………………………………………………………………. 47
3.3.3. Поиск границ ………………………………………………………………………………… 51
3.3.4. Концепции. Кумулятивная стратегия Пейджа ……………………………….. 57
3.4. Сравнительный анализ дизайн-концепций полученных традиционной и
модернизированной технологией проектирования ……………………………………. 62
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсоснабжение . 63
4.1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……… 63
4.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования ………………… 63
4.1.2. SWOT – анализ……………………………………………………………………………… 64
4.2. Инициация исследования …………………………………………………………………. 67
4.3. Организация и планирование работы по разработке дизайн-проекта … 69
4.3.1. Структура работ в рамках дизайн-проекта …………………………………….. 69
4.3.2. Определение трудоемкости выполнения работ, разработка графика
проведения проектной работы ………………………………………………………………….. 70
4.4. Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ………………………….. 71
4.4.1. Расчет материальных затрат ………………………………………………………….. 72
4.4.2. Расчет заработной платы ………………………………………………………………. 72
4.4.3. Расчет затрат на социальный налог ……………………………………………….. 73
4.4.4. Расчет накладных расходов …………………………………………………………… 74
4.4.5. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 74
4.5. Определение эффективности исследования ……………………………………… 75
4.6. Оценка сравнительной эффективности исследования……………………….. 76
5. Социальная ответственность ………………………………………………………………. 79
5.1. Производственная безопасность ………………………………………………………. 79
5.1.1. Опасные и вредные производственные факторы. Классификайия ….. 80
5.2. Анализ рабочего места дизайнера при разработки технологии по
проектированию лабораторно-выставочных установок …………………………….. 81
5.2.1. Прямая и отраженная блесткость ………………………………………………….. 82
5.2.2. Недостаточная освещенность рабочей зоны ………………………………….. 82
5.2.3. Отклонение показателей микроклимата ………………………………………… 84
5.2.4. Повышенный уровень шума на рабочем месте ………………………………. 86
5.2.5. Повышенный уровень электромагнитных излучений …………………….. 87
5.3. Экологическая безопасность ……………………………………………………………. 88
5.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………. 89
5.5. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …… 91
Заключение ……………………………………………………………………………………………… 94
Список литературы ………………………………………………………………………………….. 97
Приложение …………………………………………………………………………………………… 104
Приложение А ……………………………………………………………………………………….. 116
Приложение Б ………………………………………………………………………………………… 117
Приложение В………………………………………………………………………………………… 118
Приложение Г ………………………………………………………………………………………… 119
Приложение Д………………………………………………………………………………………… 120
Приложение Е ………………………………………………………………………………………… 121
Приложение Ж ……………………………………………………………………………………….. 122

В ходе выполнения данной выпускной квалификационной работы
были получены следующие практические и методологические результаты:

1. Разработан концепт, представлена основная идея.
2. Созданы трёхмерные модели лабораторно-выставочной установки.
3. Выполнена визуализация.
4. Подготовлены габаритно-компоновочные схемы.
5. Подготовлены схемы эргономического анализа.
6. Выполнено задание по финансовому менеджменту и социальной
ответственности.
7. Рассмотрены особенности лабораторно-выставочных установок и
требований применяемым к ним.
8. Предложена технология проектирования лабораторно-выставочного
оборудования.
9. Обосновано применение предложенного приема в процессе дизайн-
проектирования.
При выполнении выпускной квалификационной работы были
пройдены следующие этапы:
 разработана аналитическая часть,
 разработана практическая часть,
 разработана исследовательская часть,
 выполнены модели оболочки,
 исследовательская часть дала возможность оценить и отсеить
неудачные дизайн-концепции прибора до начала этапа эскизирования, тем
самым сэкономив время.
Была проведена апробация по теме ВКР:

 Международная конференция «Тинчуринские чтения» 2017.
 Международная научно-техническая конференция студентов и
молодых ученых «Молодежь. Наука. Технологии» 2017.

 Литературный обзор «Методы создания карбидов кремния,
интерпретация результатов его синтезирования с применением визуального
анализа» 2017.

 Международная конференция по компьютерной графике и
машинному зрению «Графикон» 2018 (принята к публикации).

 НИР ТПУ «Синтез карбида кремния» (руководитель к.т.н Пак
А.Я.).

В ходе работы над ВКР были систематизированы и закреплены знания
в сфере профессиональной деятельности. Это подготовило основание для
научного исследования в проектировании дизайнерских задач. Основная цель
проекта достигалась путем последовательного решения поставленных задач.
В первую очередь, был проведен аналитический обзор, в ходе которого
была выявлена проблема на начальном этапе проектирования. Выделение
проблем позволило провести их анализ и найти альтернативный подход,
решающий эти проблемы.
Создание приема оценки дизайн-решения до этапа эскизирования,
является научно-исследовательской задачей и может рассматриваться как
отдельный этап процесса проектирования. Предложенный прием
основывается на детальном описании проектируемого объекта и особенностей
взаимодействия между инженером-исследователем и установкой. А матрица
весовых решений позволяет объективно оценить идеи, концепции дизайн-
решений так как основывается на важности того или иного критерия для
конечного результата проектирования. Благодаря этому прием может
использоваться для других проектов.
Благодаря применению приема оценки дизайн-решения на начальной
стадии проекта были выявлены критерии предъявляемые к объекту
проектирования, благодаря которым дизайн-решение установки по получению
карбида кремния, выполненный традиционным методом проектирования, был
изменен. Новое решение проектной задачи позволило провести
сравнительный анализ двух спроектированных объектов: объект
проектирования стал соответствовать требованиям презентабельности и
целостности, являющимися важными критериями для представления на
научных выставках и конференциях. Несмотря на то что увеличились затраты
на изготовление объекта, они являются обоснованными и не ведут к рискам, в
силу того что, вариативность установки выше, а значит изменения в
технологии синтеза не повлекут за собой потребность в изготовлении новой
установки. Исходя из этого можно сделать вывод, что применение приема
поиска границ и кумулятивной стратегии Пейджа вместе с матрицей
взвешенных решений позволило сократить время на стадии эскизирования и
повысить качество разрабатываемого объекта.
Прием оценки дизайн-решения при помощи матрицы взвешенных
решений, решает несколько задач:
 Экономит время дизайнера на этапе эскизирования, исключив
неудовлетворяющие критериям варианты расположения или компоновки
элементов объекта.
 Дизайнер имеет возможность обосновать свое решение при помощи
результатов оценки вариантов по предложенным взвешенным критериям.
 Прием существенно снижает число ошибок проекта на завершающей
стадии.