МИНИСТЕРСТВО НАУКИ
И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

В. В. Мелентович, А. В. Левин
А. М. Грехов

ИНЖЕНЕРНОЕ
МЫШЛЕНИЕ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

В. В. Мелентович, А. В. Левин, А. М. Грехов

ИНЖЕНЕРНОЕ МЫШЛЕНИЕ
Учебное пособие

Санкт-Петербург
2022

УДК 338.31
ББК ЗОу
М47
Рецензенты:
руководитель проекта «Инженерное мышление. Каракури»
АНО «Корпоративная Академия Росатома» Ю. В. Егоров;
кандидат педагогических наук, доцент кафедры Экономика и управление
Московского международного университета А. Б. Юрасов;
начальник отдела развития производственной системы «Росатом» ФГУП
«Приборостроительный завод им. К. А. Володина», главный эксперт
дивизионального чемпионата профессионального мастерства
Ядерного оружейного комплекса госкорпорации «Росатом»
по стандартам Агентства развития навыков и профессий
по компетенции «Инженерное мышление» Р. П. Задыхайло

М47

/

Мелентович, В. В.
Инженерное мышление: учеб, пособие / В. В. Мелентович,
А. В. Левин, А. М. Грехов. - СПб.: ГУАП, 2022. - 103 с.
ISBN 978-5-8088-1755-5
Изложены основные базовые механизмы устройств каракури и
примеры их применения для формирования подхода к организации
системы внедрения устройств каракури в отрасли. Также описыва­
ются основные этапы внедрения каракури и содержится большое ко­
личество практических примеров, сформированных на основе луч­
ших практик по внедрению каракури на предприятиях. Разработано
в соответствии со стандартами Агентства развития навыков и про­
фессий по компетенции «Инженерное мышление» с целью ознаком­
ления с данной компетенцией и ее стандартами, а также подготовки
к сдаче демонстрационного экзамена.
Предназначено для студентов всех форм обучения. Может быть
рекомендовано в качестве дополнительной литературы при исполь­
зовании в учебном процессе, а также для самоподготовки в рамках
указанной компетенции.
УДК 338.31
ББК ЗОу

ISBN 978-5-8088-1755-5

© Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения, 2022
© МИФИ, 2022

ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее учебное пособие представ­
ляет собой подготовленный авторами об­
разовательный мат ериал для изучения
и освоения компетенции Future Skills в р а м ­
ках актуализированных образовательных
программ высшего образования в соответ­
ствии с запросом развивающихся индустри­
альны х рынков инновационной экономики.
Пособие являет ся результатом работы
в рам ках проекта по внедрению компетен­
ций Future Skills в образовательную дея­
тельность вузов, цель которого - обеспече­
ние системного подхода к преобразованию
в кадровом потенциале научно-образова­
тельной сферы, распространение лучш их
практ ик подготовки по перспективным
профессиям и навыкам, развит ие техноло­
гических проектов и создание инструмен­
тов усовершенствования образовательной
инфраструктуры.
Материал составлен в соответствии
с запросами экономики на обновление обра­
зовательных программ высшего образова­
ния и внедрение практико-ориентирован­
ной подготовки обучающихся, содержит
необходимую теоретическую, практиче­
скую и справочную информацию, способ­
ствующую улучшению методики преподава­
ния и подготовке обучающихся к успешному
прохождению промежуточной аттеста­
ции в форме демонстрационного экзамена.
Учебное пособие предназначено для обу­
чающихся по образовательным програм­
м ам бакалавриата.
Подготовлено в рам ках реализации р а ­
бот по методическому сопровождению вне­
дрения образовательных модулей по компе­
т енциям Future Skills в образовательную

М И Н И С ТЕР С ТВ О Н АУКИ
И ВЫ СШ ЕГО О БРА ЗО ВА Н И Я
РО ССИ Й СКО Й Ф ЕД ЕРА Ц И И

FUTURE
L SK IL L S

МИСРИ
Национальный
исследовательский
ядермый университет

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫ Й
УНИВЕРСИТЕТ

ДВФУ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ

Ф Е Д ЕР А Л Ь Н Ы Й
УНИВЕРСИТЕТ

з

Уральский
федеральный
университет
имени первого Президента
России Б. Н. Ельцина

СЕВЕРО-ВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ HMFHVI М К АММОСОВА

4

деятельность организаций высшего обра­
зования ФГАОУВО «Санкт-Петербургский
государственный университет аэрокосми­
ческого приборостроения» в партнерстве
с ФГАОУ ВО «Национальный исследова­
т ельский ядерный университет „МИФИ"»,
ФГАОУ ВО «Севастопольский государст­
венный университет», ФГАОУВО «Даль­
невосточный федеральный университет»,
ФГАОУВО «Южный федеральный универ­
ситет», ФГАОУВО «Уральский федераль­
ный университет имени первого Прези­
дента России Б.Н. Ельцина >>, ФГАОУВО
«Северо-Восточный федеральный универ­
ситет имени М. К. Аммосова», фГБОУ ВО
«Московский государственный универси­
тет пищевых производств», ФГБОУ ВО
«Санкт-Петербургский государственный
университет промыш ленных технологий
и дизайна» при поддержке Министерства
науки и высшего образования Российской
Федерации и Агентства развит ия навыков
и профессий.

иикдкник
Одна из версий названия инженер - от латинского «ingenium», пе­
реводится как «способный изобретать». При этом инженерное мыш­
ление и/или изобретательство не привязано к определенной профес­
сии, его становление происходит при решении профессиональных
задач и проблем, то есть основывается на практической деятельно­
сти. При этом мышление инженера - это не просто знания и умения
в профессиональной деятельности, а способность самостоятельной
работы, находчивость, ответственность за результат, умение анали­
зировать, прогнозировать и исследовать. Таким образом, инженер­
ное мышление - это синтез разных видов мышления, практических
и фундаментальных знаний.
Исследователи изобретательской деятельности выделяют не­
сколько этапов поиска новой идеи: подготовка, созревание, озарение.
Подготовка направлена на изучение проблемной ситуации, локали­
зации проблемы, анализ известных решений аналогичных проблем.
На этапе созревания происходит понимание проблемной ситуации
и осознание ее неразрешимости известными способами. Озарение появление идеи решения проблемы. Идея приходит в одно мгнове­
ние, хотя на ее осознание могут уйти годы. Почему так происходит
и возможно ли стимулировать процесс поиска оригинальных реше­
ний проблем? Оказывается, изобретательство состоит из определен­
ных операций мыслительной деятельности, которые описаны, могут
бьггь освоены и использованы при поиске решений проблем.
Максимальный результат за минимальные ресурсы - один наи­
более значимых эффектов от настоящего изобретения, поэтому на­
стоящие инженеры (изобретатели) - всегда востребованные специ­
алисты. Однако в любом случае, подтверждение правильности ин­
женерного решения задачи - это экспериментальная, практическая
проверка. Поэтому в данном пособии становление компетенции «Ин­
женерное мышление» у студентов вузов рассматривается на примере
практического решения заданий чемпионатов или демонстрацион­
ного экзамена по компетенции «Инженерное мышление».

5

1. ФИЛОСОФИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ
УСТРОЙСТВА КАРАКУРИ КАК ИНСТРУМЕНТА
ДЛЯ РАЗВИТИЯ ИНЖЕНЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ
Термин «каракури» пришел из Японии. Н а рубеже XVIII-XIX ве­
ков так называли японских механических кукол каракури-нинге, соз­
данных чтобы развлекать гостей. Самой известной стала кукла, дер­
жащая в руках поднос с чаем. Дойдя до гостя, она останавливалась,
гость забирал чай с подноса, а когда ставил пустую чашку на поднос
куклы, та разворачивалась и возвращалась назад.
На производственных предприятиях Японии и Европы термин
«каракури» используется с начала 1990-х годов, где так называют
устройства для упрощения трудоемких операций и устранения по­
терь. Эти устройства работают на принципах использования простой
механики, без применения дополнительных источников энергии.
К ним не относятся покупные изделия и такие типовые решения, как
использование тележек, наклонных плоскостей, добавление колес или
простейших винтовых передач. Таким образом, устройства каракури
являются простыми в разработке, эксплуатации и обслуживании.
В настоящее время внедрение устройств каракури активно при­
меняется на предприятиях ГК Росатом. Ежегодно внедряется более
100 устройств. Сами устройства посредством навыков инженерно­
го мышления и осознания того, как сделать простой механизм для
устранения существующих потерь, разрабатывают и вручную соби­
рают на производстве работники предприятий. Тем самым развивая
новые подходы, отношение к производственному процессу и понима­
ние того, как улучшить существующие технологии.
Каракури - это механические устройства для упрощения трудоем­
ких операций и устранения потерь, создание которых является одним
из тренажеров для развития инженерного мышления и позволяет
творчески подойти к решению изобретательских и технических задач.

6

2. БАЗОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ КАРАКУРИ.
ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ И ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ
В теории создания устройств каракури лежат принципы простой
механики и выделяют основные восемь механизмов1. Комбинируя
эти механизмы, возможно разработать устройство для оптимизации
выбранного процесса. Главный принцип устройств каракури - это
простота изготовления, использования и ремонт.
2.1. Гравитационные механизмы
Это механизмы, срабатывающие под весом физического тела с его
последующим перемещением.
Гравитационные механизмы могут применяться:
- для передачи тары или изделий, между рабочими местами; дан­
ное действие может происходить, например, по наклонной плоскости
(рис. 2.1, а);
- в организации хранения (гравитационные стеллажи) (рис. 2.1, б);
- для действий, связанных с переворотом изделия (гравитацион­
ный кантователь) (рис. 2.1, в).
2.2. Механизмы с пружиной
Механизмы с пружиной - это механизмы, использующие силу
сжатия или растяжения пружин для совершения движения или пере­
дачи энергии.

Рис. 2.1. Гравитационные механизмы: а - перемещение тары
по наклонной плоскости с применением гравитационного механизма;
б - гравитационные стеллажи; в - гравитационный кантователь

1 Предложенные механизмы являются базовыми и рекомендательными, а не
исчерпывающими. Работа устройств каракури основана на использовании про­
стых физических принципов, например, на использовании простой гидравлики или
с применением магнитов.

7

Пружинные механизмы могут использоваться для:
- фиксации устройства в определенном положении (подпружи­
ненный упор) (рис. 2.2, а);
- возврата объектов в исходное положение (пружинный довод­
чик) (рис. 2.2, б);
- удержания положения (стол постоянного уровня) или смягчения
нагрузки на объекты (амортизации) (рис. 2.2, в).
2.3. Рычажные механизмы
Рычажные механизмы - это механизмы, предназначенные для пре­
образования силы, например, для получения большего усилия на корот­
ком плече за счет приложения меньшей силы на длинном. Основными
свойствами механизмов являются высокий показатель КПД, повышен­
ная нагрузочная способность и простота функционирования. Рычаж­
ные механизмы встречаются в различных сферах промышленности и
оборудовании: станки, двигатели, краны, ручной инструмент и др.
Рычажные механизмы могут использоваться:
- в сравнительных измерениях (рычажные весы) (рис. 2.3, а);

Рис. 2.2. Пружинные механизмы: а - подпружиненный упор;
б - пружинный доводчик; в - стол постоянного уровня

Рис. 2.3. Рычажные механизмы: а -рычажные весы;
б - ножницы по металлу; в - кривошипно-шатунный механизм

8

-д л я увеличения приложенного усилия (ножницы по металлу)
(рис. 2.3, б);
-д л я преобразования движения (кривошипно-шатунный меха­
низм) (рис. 2.3, в).
2.4. Кулачковые механизмы
Кулачковые механизмы - это механизмы, имеющие подвижное
звено с поверхностью переменной кривизны или имеющей форму
эксцентрика, совершающее вращательное движение (кулачок) и вза­
имодействующее с другим подвижным звеном (толкателем). Форма
кулачка может быть различной, в связке с рычажным механизмом
позволяет получить различные траектории движения на выходе.
Кулачковые механизмы мо1у т применяться для:
- фиксации объекта (эксцентриковый зажим) (рис. 2.4, а);
- увеличение усилия (эксцентриковый пресс) (рис. 2.4, б);
- преобразования движения (грейферный механизм) (рис. 2.4, в).
2.5. Блочные механизмы
Блочные механизмы - это механизмы, состоящие из комбинации
блоков (подвижного и неподвижного), последовательно огибаемых
канатом или цепью, предназначенные для выигрыша в силе или
в скорости подъема Неподвижный блок в работе не дает выигрыша,
а при добавлении подвижного блока выигрыш в силе увеличивается
в 2 раза, при этом в 2 раза уменьшается высота подъема Блочные
механизмы применяются в устройствах для уменьшения или поддер­
жания требуемого усилия, а также балансировки.

Рис. 2.4. Кулачковые механизмы: а - эксцентриковый зажим;
б - эксцентриковый пресс; в - грейферный механизм
9

Рис. 2.5. Блочные механизмы: а - грузовой полиспаст;
б - уравнительный блок; в - блок для натяжения

Блочные механизмы могут применяться для:
- подъема объекта (грузовой полиспаст) (рис. 2.5, а);
- балансировки нагрузки (уравнительный блок) (рис. 2.5, б);
- поддержания усилия (блок для натяжения) (рис. 2.5, в).
2.6. Механические связи
Механические связи - элементы механизмов, в которых накла­
дываются ограничения на перемещения механической системы. Это
могут быть ограничения на горизонтальные перемещения в устрой­
ствах поворота или ограничения на горизонтальные и вертикальные
перемещения в устройствах вращения.
Устройства с механическими связями применяются для:
- передачи объекта (раздвижной рольганг) (рис. 2.6, а);
- подъема и захвата объекта (рычажный захват) (рис. 2.6, б);
- позиционирования объекта (поворотный стол) (рис. 2.6, в).

Рис. 2.6. Устройства с механическими связями: а -раздвижной рольганг;
б - рычажный захват; в - поворотный стол
10

2.7. Механизм с нитью
Механизмы с нитью - это механизмы для передачи нагрузки при
помощи каната или цепи. Применяются для передачи и преобразо­
вания вращательного и поступательного движения. При поступа­
тельном движении передача нагрузки происходит только в сторону
действия силы.
Особое внимание следует уделить выбору материалов для меха­
низма с нитью, учитывать растяжение нити и проскальзывание на
вращающихся частях механизма.
Механизмы с нитью могут применяться:
-д л я дистанционного снятия показаний (поплавковый уровне­
мер) (рис. 2.7, а);
- в дистанционном приводе устройств (велосипедный тормоз)
(рис. 2.7, б);
- для преобразования движения (колодезный ворот) (рис. 2.7, в).
2.8. Передаточные механизмы
Передаточные механизмы - это механизмы, в основе которых
лежат зубчатые или винтовые передачи. Могут использоваться для
преобразования усилия, скорости, направления и типа движения.
Основное применение передаточных механизмов - снижение требуе­
мого усилия при перемещении или позиционировании тяжелых гру­
зов. Оценить снижение усилия можно по передаточному отношению
- отношению количества зубьев ведомого и ведущего колеса.
Передаточные механизмы могут применяться:
- для подъема тяжелых объектов (ручная таль) (рис. 2.8, а);

Рис. 2.7. Механизмы с нитью: а - поплавковый уровнемер;
б - велосипедный тормоз; в - колодезный ворот
11

Рис. 2.8. Передаточные механизмы: а - ручная таль; б - механический
кантователь; в - винтовые упоры

-д л я поворота тяжелый объектов (механический кантователь)
(рис. 2.8, б)\
- в системах выставления положения (винтовые упоры) (рис. 2.8, в).

12

3. БЕРЕЖЛИВОЕ ПРОИЗВОДСТВО И ПОИСК ПОТЕРЬ
Эффективная работа команды зависит как от профессиональных
знаний и умений, так и от правильной организации процесса и рас­
пределения ресурсов. Правильная организация рабочего места по­
зволяет существенно упростить процесс обучения студентов. В каче­
стве основы для анализа процессов на площадке можно взять любую
систему бережливого производства.
Поток создания ценности - это операции в любом процессе, на­
правленные на преобразование материалов и информации в продукт
или услугу. Потери - любая работа (деятельность), которая потре­
бляет ресурсы, но не создает ценности для заказчика Большое ко­
личество задач в компетенции «Инженерное мышление» возникает
из-за потерь на производстве или в офисе. Для того чтобы устранять
потери, их необходимо «знать в лицо»: уметь определять, отличать
друг от друга и понимать негативное воздействие. Традиционно вы­
деляют семь видов потерь:
1)
перепроизводство - избыточное производство продукции. Са­
мая опасная из потерь, так как влечет за собой остальные виды по­
терь. Но исключить и выявить этот тип проще всего, достаточно сле­
довать девизу: «Не производи лишнего!». То есть необходимо произ­
водить только то, что запланировано.
Причинами перепроизводства могут быть: производство в боль­
шем объеме, чем нужно на текущий момент; неритмичность поста­
вок сырья; невозможность быстрой переналадки оборудования; при­
вычка переналаживать оборудование как можно реже; упреждающее
производство и т. д. В результате перепроизводства возникает не­
сколько последствий: избыточные запасы на складах и этапах про­
изводства; необходимость содержание дополнительных складских
площадей; неоправданный расход сырья, заработной платы, рабоче­
го времени; замораживание средств в излишнем объеме и пр. При­
меры перепроизводства в офисной работе: больше копий, чем нужно;
больше информации, чем запрашивалось или необходимо; составле­
ние нескольких вариантов презентаций; составление отчетов, кото­
рые никто не читает; ввод повторяющейся информации во множе­
ство документов; повторная работа с документами на всякий случай;
сохраненная, но не используемая в дальнейшем информация.
Для устранения потерь при перепроизводстве рецепт предельно
прост - «Планирование и контроль»: деление работы на короткие
этапы; точная постановка задач сотрудникам; назначение точных
сроков выполнения задач; организация учета расхода материалов;
13

постоянный контроль качества; промежуточный контроль выполне­
ния задач; оптимизация и настройка операционного процесса;
2) лишние движения - ненужные перемещения, которые могут
быть вызваны рядом причин: отсутствие стандартизации работы;
неудобное расположение инструментов на рабочем месте; неприспо­
собленное оборудование; нерациональная последовательность вы­
полнения работ; нерациональная планировка рабочей зоны и т. д.
В офисной работе причинами потерь являются неэффективная ор­
ганизация файлов в компьютере, папок в картотеке; беспорядок на
рабочем столе; частое переключение между задачами; нечеткие тре­
бования к выполнению задач; неудобное расположение оргтехники,
мебели. Для устранения данного вида потерь существуют стандарт­
ные рецепты: стандартизация работы; оптимизация рабочей зоны
и производственного процесса; повышение квалификации работни­
ков; вовлечение персонала к системе подачи предложений по улуч­
шениям (ППУ);
3) ненужная транспортировка - перемещение материалов, деталей
и готовых изделий на большие расстояния и чаще, чем это необходи­
мо. Причины данного вида потерь на производстве: нерациональное
размещение оборудования; расположение разных стадий одного про­
цесса на удалении; действия рабочих не выстроены в один поток и
не отрегулированы с точки зрения затрат (как временных, так и фи­
зических); удаленность складских помещений и пр. Для устранения
необходимо оптимизировать расположение и организацию рабочих
мест, этапы производства.
Примеры ненужной транспортировки в офисе. Большое количе­
ство совещаний, на которых присутствуют по несколько человек от
подразделения; передача документов из отдела в отдел на согласова­
ние в печатном виде; выполнение одной задачи несколькими отдела­
ми; отправка ненужных документов; скачивание и загрузка файлов
на различные носители на всякий случай. Причины таких потерь.
Отсутствие единых стандартов обработки информации; привычка
решать все вопросы лично, отсутствие стандартизированного элек­
тронного процесса; неправильная расстановка приоритетов; распо­
ложение разных стадий одного процесса в разных зданиях, корпусах,
этажах. Способы устранения данных потерь очевидны;
4) излишние запасы - следствие перепроизводства, влекут за
собой появление таких потерь, как транспортировка и брак. С точки
зрения экономики запасы - это замороженные деньги, то есть день­
ги, застывшие в виде незавершенного производства Избыток запа­
сов вызывает моральное старение продукции, ведет к повреждению
14

готовых изделий, затратам на транспортировку и хранение. Виды
излишних запасов на производстве: выпуск продукции большими
партиями; перестраховка на случай брака или корректировки плана;
свободные запасы площадей. В офисе излишние запасы проявляют­
ся в виде переполненных папок для хранения документов, большого
количества открытых файлов на компьютере, с которыми одновре­
менно ведется работа, хранения канцелярских товаров про запас,
полные ячейки входящих документов и пр.;
5) избыточная обработка - видоизменение изделия, придание
ему свойств и качеств, в которых не нуждается заказчик, то есть за
которые он не готов платить. Излишняя обработка влечет за собой
лишние движения и ненужные операции, а это увеличивает себесто­
имость и время протекания процесса. Для минимизации данной по­
тери требования к продукту должны быть отражены в стандарте.
Примеры избыточной обработки на производстве. Избыточные
информационные потоки; разработка новых компонентов вместо ис­
пользования готовых комплектующих.
Причины. Непонимание того, что нужно заказчику; отсутствие
стандартов; несоответствие используемого материала, инструмента,
оборудования; низкая квалификация работников и т. д. Как след­
ствие - избыточный расход ресурсов. В офисе излишняя обработка
чаще всего выражается в большом списке согласующих лиц одного
документа; повторного ввода данных в различные программные обе­
спечения, разработки новых решений (отчетов, статистики и пр.)
вместо доработки и модификации существующих.
Примеры. Повторение одной и той же информации в разных фор­
мах; повторный ввод данных; повторное внесение данных или запол­
нение похожих отчетов; большое количество обязательных подписей
и разрешений; многочисленные согласования и утверждения до­
кументов. Для устранения помогает формирование банка данных
с возможностью выгрузки необходимой информации и конвертации
в графические, текстовые и др.; пересмотр требований по согласо­
ванию; функциональное распределение обязанностей и закрепление
зон ответственности; снижение количества отчетов на основании их
последующего использования в работе;
6) ожидание - это время, которое оборудование либо персонал
проводит в бездействии, то есть не создавая ценность, например - на­
блюдение за работой автоматического оборудования, простои в ожи­
дании очередной рабочей операции, деталей, инструмента, поломки
оборудования. Оптимизация расположения оборудования и сокра­
щение времени на переналадь позволяют сократить время на ожи­
15

дание. Определить время ожидания позволяет хронометраж работы
персонала и оборудования. Общее количество простоев за смену, ме­
сяц и год дают в сумме время ожидания.
Примеры ожиданий на производстве. Ожидание согласований,
проверок, решений, разрешений, информации, заказов на поставку
и выполнения иных бесполезных операций; ожидание поступления
заготовок с предыдущего передела.
Причины. Сбой при поставке сырья, материалов; простой из-за
отсутствия деталей от поставщика с предыдущего передела; ожида­
ние информации об очередной операции, поломка оборудования; на­
блюдение за работой автоматического оборудования; несбалансиро­
ванность работы операторов. Как следствие - увеличение времени на
изготовление единицы продукции; снижение производительности;
демотивация персонала.
Причины ожидания в офисе. Бумажный документооборот; несо­
гласованность в работе различных подразделений; отсутствие опера­
тивного плана работы; ошибки в документах; перегрузка персонала
(цейтнот). Для устранения необходимо введение электронного доку­
ментооборота; создание рабочих групп для решения конкретных про­
изводственных задач; разработка и согласование оперативного пла­
на деятельности; четкая постановка задач и сроков их выполнения;
7)
переделка/брак - это производство дефектных деталей и ис­
правление дефектов. Ремонт, переделка, отходы, замена продукции
и ее проверка ведут к потере времени, к дополнительным затратам
на доработку, на контроль, на организацию места для устранения де­
фектов. Внедрение систем петель качества и ТРМ помотают снизить
брак. Также здесь важна личная заинтересованность работников
производить качественную продукцию.
Причины данных потерь. Нарушение технологии; низ­
кая квалификация работника; несоответствующий инструмент;
несоответствующий материал. Способы устранение данных причин
видны из их названия.
Причины переделок/брака в офисе. Отсутствие стандарта по об­
работке информации/ предоставлению данных; нет четкого образа
результата; низкая мотивация персонала; низкая дисциплина; боль­
шое количество согласующих лиц.
Примеры переделок/брака в офисе. Отсутствие информации; не­
разборчивые факсы, письма; неправильный формат, некорректная
информация; потеря документа; передача неполной документации на
следующие этапы; отсутствующие записи или утерянные документы;
повторная подготовка утерянных или испорченных документов.
16

Для устранения необходимы: разработка стандарта с учетом
требований конечного потребителя информации; корректная по­
становка задач с критериями (сроки, качество в количественных и
качественных показателях); разработка и согласование единых ша­
блонов документов/отчетов/аналитических записок и пр.; обучение и
развитие персонала.

17

4. ПРИМЕРЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ДО И ПОСЛЕ
ВНЕДРЕНИЯ УСТРОЙСТВ КАРАКУРИ НА ПРОИЗВОДСТВЕ
Внедренные устройства Каракури показали свою эффективность
в устранении следующих проблем на производстве:
• тяжелый физический труд;
• излишние запасы;
• лишние ненужные движения;
• ненужная транспортировка;
• проблемы, связанные с долгим ожиданием;
• переделка и брак.
Ниже приведены примеры с описанием процесса выполнения ра­
боты до и после внедрения устройства для устранения конкретных
потерь и проблем.
4.1. Оптимизация процесса для устранения потери
«Ненужная транспортировка» на примере устройства
для взвешивания труб перед прокатом

Описание процесса до оптимизации
Перед прокатом необходимо взвешивать трубу для более точ­
ного ее раскроя на мерные части. Для этого работнику необходи­
мо было переносить трубу со стола загрузки на весы. Труба весит
более 80 кг, и сама операция по взвешиванию очень трудоемкая,
поэтому для выполнения операции привлекался второй работник.
Два работника со стола загрузки (рис. 4.1, о) вручную брали трубу
и взвешивали ее на напольных весах (рис. 4.1, б), после чего они
перекладывали трубу обратно на стол загрузки. По причине ожи­
дания второго работника операция по взвешиванию сильно затя­
гивалась.

Описание процесса после оптимизации
Было внедрено устройство с рычажным механизмом для подъема
весов перед прокатом для взвешивания трубы. Само устройство уста­
новлено под столом загрузки (рис. 4.1, в). Весы поднимаются с помо­
щью рычажного механизма, после чего осуществляется взвешивание
трубы (рис. 4.1, г). Труба после взвешивания скатывается в место
хранения. Для выполнения операции привлечение второго работни­
ка не требуется.
18

Рис. 4.1. Операция по взвешиванию трубы: а, б - д о оптимизации;
в, г - после оптимизации процесса

Эффект от внедрения:
- сокращение времени протекания процесса в 60 раз;
- снижение физической нагрузки работника.
4.2. Оптимизация процесса для устранения потери
«Ожидание»на примере поворотного устройства
для каркаса упаковки

Описание процесса до опт имизации
Процесс изготовления упаковок привода системы управления и
защиты включает сборку каркаса упаковки на прихватках и последу­
ющую сварку швов каркаса (рис. 4.2, а). Для сварки каркаса со всех
сторон его нужно было переворачивать. Для переворота необходимо
было привлекать еще одного работника, отвлекая его от выполнения
других основных задач (рис. 4.2, б). После переворота каркаса свар­
щик продолжал сваривать конструкцию (рис. 4.2, в).
19

Рис. 4.2. Процесс изготовления упаковок привода системы управления
и защиты: а, б, в - д о оптимизации; г , д , е - после оптимизации

Описание процесса после опт имизации
Для переворота каркаса упаковки при сварке были разрабо­
таны две мобильные поворотные опоры. Каркас упаковки после
сборки на прихватках устанавливается на опоры и фиксируется
н а удобной для работы высоте. Сварка каркаса осуществляется
н а комфортном уровне (рис. 4.2, г). Поворотные опоры позволяют
вращать каркас одному работнику (рис. 4.2, д). После поворота на
необходимый угол каркас автоматически фиксируется, и сварщик
продолжает работу (рис. 4.2, е).
Эффект от внедрения:
- сокращение времени протекания процесса на 20 %;
- снижение физической нагрузки работника.
4.3. Оптимизация процесса для устранения проблемы
«Тяжелый физический труд» на примере кантователя
для бнфторида калия

Описание процесса до опт имизации
Кристаллы биофторида калия переливали из кристаллизатора
в стационарный нутч-фильтр при производстве данного химическо­
го соединения (рис. 4.3, а). Кристаллы необходимо было переместить
после фильтрации и отгрузить в смеситель для сушки. Операция
по перемещению и отгрузке кристаллов выполнялась вручную: ра­
ботник лопатой загружал кристаллы в тележку, перевозил ее к сме20

а)

Кристаллизатор

б)

•ft»
N

Смеситель

в)

Кристаллизатор

(

г)

д)

Биофгорид
калия

Нутчфильтр

Смеситель

Кантователь

Рис. 4.3. Производство бифторида калия: а, б - д о оптимизации процесса;
в, г, д - после оптимизаци и процесса

сителю и затем также вручную отгружая кристаллы в смеситель
(рис. 4.3, б). Операции по перемещению была трудоемкой, за смену
отгружалось до 1200 кг кристаллов.
21

Описание процесса после оптимизации
Для фильтрации бифторида калия был разработан мобильный
нутч-фильтр с кантователем. Раствор с кристаллами бифторида ка­
лия из кристаллизатора переливается в мобильный нутч-фильтр,
который после заполнения устанавливается в корзину кантователя
(рис. 4.3, в). Работник провозит кантователь по рельсам к смесителю
(рис. 4.3, г). При вращении штурвала кантователя корзина с нутчфильтром переворачивается и кристаллы выгружаются в смеситель
для (ушки (рис. 4.3, д).
Эффект от внедрения:
- сокращение трудоемкости процесса в 6 раз;
- исключение переноса тяжести работником.
4.4. Оптимизация процесса для устранения потери
«Излишние запасы » н а примере устройства
для вы полнения механообработки

Описание процесса до оптимизации
Для выполнения механообработки на участке изготовления ста­
торов необходимо транспортировать заготовки между двумя стан­
ками. Оператор складировал заготовки в тележке после обработки
на одном из станков (рис. 4.4, а). Когда в тележке накапливалось 10
заготовок, оператор первого станка отвозил заготовки (рис. 4.4, б) ко
второму станку для выполнения следующей операции (рис. 4.4, в) и
возвращался обратно к своему рабочему месту.

Описание процесса после оптимизации
Для перемещения заготовок на участке сборки статора внедре­
но устройство - склиз с возвратной тарой. После выполнения обра­
ботки, оператор первого станка кладет заготовку в тару устройства
(рис. 4.4, г). Под действием собственного веса тара с заготовкой пе­
ремещается по наклонной плоскости устройства ко второму станку.
Когда оператор второго станка забирает заго то вь (рис. 4.4, д), пу­
стая тара возвращается к оператору первого станка за счет системы
блоков с противовесами.
Эффект от внедрения:
- сокращение межоперационного запаса в 10 раз;
- исключение ожидания партии оператором.
22

Рис. 4.4. Процесс выполнения механообработки на участке изготовления
статоров: а, б, в - до оптимизации; г, д - после оптимизации

4.5.
Оптимизация процесса для устранения потери
«Переделка и брак» на примере изготовления парогенераторов

Описание процесса до опт имизации
Во время изготовления парогенераторов для выполнения опера­
ции по прихватке труб привлекались два работника - слесарь и свар­
щик высокой квалификации. Слесарь вручную фиксировал трубы
относительно друг друга (рис. 4.5, о), а сварщик выполнял их при­
хватку (рис. 4.5, б). Из-за того, что при выполнении операции по­
зиционирование труб выполнялось вручную, существовала вероят­
ность возникновения брака.
23

Рис. 4.5. Процесс выполнения операции по прихватке труб
во время изготовления парогенераторов: а, б -д о оптимизации;
в, г-после оптимизации

Описание процесса после опт имизации
Для выполнения операции по прихватке труб при изготовлении
парогенераторов было внедрено устройство для фиксации труб с под­
вижным держателем для сварочной горелки. Теперь слесарь разме­
щает трубы на станине устройства и фиксирует их с помощью пру­
жинного механизма (рис. 4.5, в), а прихватка труб осуществляется
одним работником с помощью ножной педали (рис. 4.5, г). В итоге,
привлечение сварщика высокой квалификации не требуется.
Эффект от внедрении:
- сокращение трудоемкости в 2 раза;
- снижение вероятности брака.
24

4.6. Оптимизация процесса для устранения потери
«Липшие движения» на примере осмотра каналов
с технической жидкостью

Описание процесса до опт имизации
При осмотре каналов люка работник осуществлял наклоны, кото­
рые могли приводить к физическим травмам (рис. 4.6, а).

Описание процесса после опт имизации
Для исключения наклонов работника, люк был доработан: смеще­
на ось, добавлен противовес (рис. 4.6, б). Работник ногой освобожда-

Рис. 4.6. Процесс осмотра каналов люка для исключения наклонов
работника: а - д о оптимизации; б, в, г - после оптимизации процесса
25

ет фиксатор и люк под действием противовеса принимает вертикаль­
ное положение (рис. 4.6, в). Оператор сперва осматривает каналы,
после чего возвращает люк в начальное положение (рис. 4.6, г).
Эффект от внедрения:
- исключение наклонов работника;
- снижение физической нагрузки работника.

26

5. ОСНОВНЫЕ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
После выявления проблем необходимо собрать информацию о по­
казателях процесса.
Экономические показатели:
- периодичность выполнения процесса;
- количество участвующих работников;
- трудоемкость (5.1). Рассчитывается путем произведения коли­
чества участвующих в процессе работников, длительности и перио­
дичности выполнения процесса.
Пример. Н а перемещение заготовок между рабочими местами,
поиск помощи для транспортировки, возвращение к рабочему месту
с заготовками, перемещение к другому рабочему месту на следую­
щую операцию исходя из наблюдения в течение двух смен работнику
в среднем требуется 30 мин (tl).
З а смену процесс выполняется 4 раза (п). В месяц таких смен вы­
полняется 20 (т ).
2 х t l / 6 0 x n x l 2 x m = 2 x l / 2 x 4 x 240 = 960 чел/час в год (5.1)
В итоге трудоемкость процесса в год составляет:
- время протекания процесса;
- наличие брака, который может быть рассчитан в удельных пока­
зателях (количество возвращенных изделий из общего количества)
либо в абсолютных показателях (количество времени, затрачиваемое
на устранение брака);
- объем запасов, накапливающихся на рабочих местах, то есть
фактическое количество запасов и объемов незавершенного произ­
водства в процессе. Необходимо также замерить время простоя ра­
ботника и/или оборудования, если простой образуется по причине
ожидания изделий и складирования запасов;
- время хранения партий изделий;
- производительность, ед. в год / смену. Необходимо рассчитать
количество выпущенной или перемещенной номенклатуры (изде­
лий, заготовок и пр.) при выполнении процесса.

27

6. МЕТОДЫ И ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ И ВЫБОРА
ИДЕИ УСТРОЙСТВА ТРИЗ
Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) описывает мето­
ды и типовые приемы решения проблем и инструменты, применение
которых обеспечивает получение эффективного решения конкретной
задачи. Методы ТРИЗ сформулированы на базе известных решений,
защищенных патентов, результатах исследований психологов в обла­
сти изобретательской деятельности и реализованы по оригинальным
алгоритмам. Но общая последовательность поиска у всех методов
одинакова: анализ проблемной ситуации и локализация проблемы,
генерация или синтез альтернативных (взаимоисключающих) идей
решения проблемы и выбор наилучшего решения для реализации.
Все приемы можно объединить в три группы: методы случайного
поиска, методы логического поиска и методы систематического поис­
ка. Выбор метода определяется психологическими и профессиональ­
ными особенностями участников процесса и количеством ресурсов
для решения задачи. Изобретатель решает разнообразные задачи, не
всегда имеющие отношения к его профессиональной деятельности.
Хороший специалист, конечно же, разберется в любой проблемной
ситуации при условии, что ее описание полное и точное.
6.1. Методы случайного поиска решений
Цель методов случайного поиска решений - создание большого
количества вариантов идей решения проблем. В этом методе необхо­
дима подготовка к этапу генерации идей. Изобретатель изучает про­
блему, определяет недостающую информацию, локализует противо­
речия и формулирует ожидаемый результат в самом общем виде.
Такая формулировка ожидаемого результата убирает ограничение
на возможные варианты решений. При генерации идей в методах
случайного поиска используют ассоциативное мышление и инфор­
мацию из подсознания человека Результат зависит от внутренних и
внешних факторов. К внутренним факторам относят инерцию и сте­
реотипность мышления, уровень развития ассоциативного мышле­
ния. К внешним факторам - окружающую обстановку и ее влияние,
значимость внешней цели. Наиболее эффективно процесс генерации
идей проходит, если исключить влияние факторов.
Например, машины скорой помощи должны быть оснащены носил­
ками. Материалы, идущие на изготовление носилок - металлические
трубы и деревянный настил. Такие носилки имеют существенный вес,
28

а если на них положить грузного больного, то они становятся неподъ­
емными. Перед конструкторами была поставлена задача - разработать
легкие прочные носилки, которые могут легко переноситься в сложен­
ном состоянии и удерживать больного весом до 120 кг. На носилках
должны быть установлены колеса так, чтобы их можно было катить по
ровной поверхности. После расчетов на прочность разработчики вы­
яснили, что если выполнить требования, то сами носилки будут весить
не менее 50 кг. Поэтому для того, чтобы поднять такие носилки с боль­
ным весом 120 кг потребуется большая физическая сила санитаров.
Использование материалов из титанового сплава решило проблему носилки получились легкими и прочными, хотя и дорогими.
В описанной ситуации, на разработчика влияет фактор стоимо­
сти. Задача из неразрешимой стала принципиально решаемой, как
только был применен оператор размер-вес-стоимостъ (РВС). Сле­
дующие этапы развития предложенной идеи - поиск способов сокра­
щения издержек на материалы за счет изменения конструктивных
особенностей носилок. Методы случайного поиска ориентированы на
быстрое, иногда оригинальное и неожиданное решение проблем, ког­
да времени на проведение полноценного исследования нет. Напри­
мер, метод «научного тыка» используется при принятии решения и
заключается в случайном переборе вариантов решений. Если наблю­
дать за поведением человека, решающего таким способом задачу, то
можно услышать следующее: «А что будет если попробовать так (да­
лее следует описание идеи), а если по-другому (другая идея)» и т. д.
К методам случайного поиска относят методы, связанные с ис­
пользованием ассоциаций:
- мозговой штурм;
- фокальных объектов;
- синектики;
- гирлянд ассоциаций
и др.

6.1.1. Метод «Мозговой штурм»
Суть метода - решение проблемы в короткий промежуток вре­
мени. Метод относится к эвристическим с элементами экспертного
оценивания. Этапы метода: подготовка, генерация идей, критиче­
ский анализ. Творческие способности участников мозгового штурма
востребованы на этапе генерации идей. Поэтому их провоцируют на
высказывание большого количества любых вариантов решения про­
блемы, не ограничивая рамками возможностей.
29

Участники мозгового штурма: ведущий, группа генераторов,
группа критиков. Для реализации метода необходимо исключить
любую критику. Сначала генераторы должны высказать как можно
больше вариантов решения проблемы, а затем критики анализиру­
ют и дорабатывают предложенные варианты до уровня возможной
практической реализации. Ведущий выполняет работы по подготов­
ке мозгового штурма, проведению этапа генерации идей, передаче
вариантов идей «Критикам» для анализа и передаче отобранных ва­
риантов решений заказчику. В табл. 1 представлены действия всех
участников мозгового штурма (далее - МШ), условия выполнения
работ и ожидаемые результаты.
Таблица 1
Процедура проведения мозгового штурма
Название Содержа­ Участники
Правила
ние этапа
этапа
Под­
Заклю­ Ведущий Описание проблемы долж­
чение
готови­
Заказчик но пониматься заказчиком
и ведущим одинаково
тельный договора
с заказ­
чиком на
решение
проблемы
Форми­ Ведущий П1. Количество участни­
рование Генера­ ков от 5 до 10 человек
торы - П2. Каждый участник дол­
группы
генерато­ участни­ жен быть склонен к гене­
ки МШ рации идеи
ров
ПЗ. Между участниками
не должно быть админи­
стративной зависимости
П4. Все участники должны
иметь разную профессию
Форми­ Ведущий П5. Группа экспертов в
рование Эксперты количестве не менее 3 че­
группы
ловек
П6. Эксперты специали­
экспертов
сты в области, связанной с
решаемой проблемой
места
Под­
Ведущий П7. Расположить
готовка Помощ­ для участников генерации
рабочего ники-се­ идей таким образом, чтобы
места
кретари каждый видел всех участ­
ников МШ
П8. Установить время на
генерацию идей и опове­
стить об этом участников
МШ
30

Ожидаемый
результат
Формулиров­
ка проблемы

Правила от­
бора соблю­
дены

Группа экс­
пертов сфор­
мирована

Место для
размещения
генераторов
готово и
оборудовано
средствами
фиксации
высказанных
идей

Окончание табл. 1
Гене­
рация
идей

Начало Ведущий П9. Описать проблемную Генераторы
работы Генерато­ ситуацию и обозначить понимают
генерато­
ры
проблему, рекомендуется
проблему
продемонстрировать на­ и готовы к
ров
личие проблемы на модели генерации
идей ее раз­
решения
Генера­ Ведущий П10. Разрешается выска­ Высокая ско­
ция идей Генерато­ зывать любые идеи
рость генера­
П11. Запрещена критика в ции идей (до
ры
Помощ­ любом виде
120 идей за
ники-се­ П12. Приветствуются все 15-20 минут)
кретари действия, направленные Все идеи за­
на синтез идей решения фиксированы
проблемы
на носителях
информации
Этап
Ведущий П13. Высказанные идеи Структури­
Под­
оценки готовка
Помощ­ группируются по совпада­ рованный
список сгене­
отчета по ники-се­ ющим признакам
идей
резуль­
рированных
кретари
идей
татам
проведе­
Идеи переда­
ны критикам
ния этапа
для анализа
генера­
ции идей
Крити­ Критики П14. Каждая идея рассма­
тривается как единствен­
ческий
ная. Для нее необходимо
анализ
предложить практический
идей
вариант исполнения (ра­
циональное зерно)
П15. Если устраивающих
решений не найдено, ис­
пользуются направления
поиска решений, сформу­
лированные на основании
предложенных идей. Воз­
можно, что устраивающие
решения уже кем-то най­
дены, останется их только
доработать
Список
Ранжи­ Критики П16. Для проведения экс­
рование Ведущий пертизы высказанных и решений, рас­
Заказчик доработанных идей реше­ положенных
идей
ния проблемы используют­ в порядке от
решений
ся методы экспертных оце­ наилучшего к
для пере­
нок, например, «Делфи»,
худшему.
дачи за­
«Попарное сравнение» и Список со­
казчику
гласован с
др.
заказчиком
31

Рекомендации к ведущему мозгового штурма
Задача ведущего создать атмосферу доброжелательности, раскре­
постить мышление каждого участника творческой группы.

Опорные точки
Ведущий регулирует порядок выступлений участников мозгового
штурма Каждый генератор должен иметь равную возможность вы­
сказаться. Каждому генератору отводится на высказывание не более
30 секунд. Ведущий может предлагать идеи, развивать идеи других
участников.
Ведущий обязан пресекать любую критику идей. Примеры запре­
щенных высказываний: «это бред какой-то», «ерунда - мы пробова­
ли, не работает», «это же всем известно, ничего нового» и т. п.
Необходимо обеспечить непрерывность выдвижения идей. Идеи
не могут быть плохими, а только недосказанными, что позволяет
другим участникам ее развить.
З а интересные идеи рекомендуется похвалить конкретного гене­
ратора.

Активизация процесса генерации
До начала проведения мозговой атаки рекомендуется «размять»
участников посредством выполнения заданий, активирующих спо­
собность к генерации идей.
«Розовые и черные очки » (упражнение направлено на активиза­
цию мысленных коммуникаций). Участники должны написать пози­
тивный результат (розовые очки) на следующее явление «Вас укусил
малярийный комар и Вы заболели». Как вариант ответа «Хорошо, от­
дохну от этой работы в больнице, на койке», для «черных очков» да­
ется, например, следующее задание «Вы выиграли в лотерею автомо­
биль». Верным будет ответ «Да, не было печали, теперь плати налоги,
покупай бензин, ремонтируйся, нет возьму я выигрыш деньгами».
Эмпатия (представление себя на месте другого). Участник штур­
ма должен сказать себе: «Я и есть объект, о котором идет речь». Так,
например, если придумывается реклама пива, участник говорит:
«Я - пиво. Я стою на полке в магазине. Я холодный, золотистый, про­
зрачный, хмельной. Что мне сделать, чтобы вон тот мужик обратил
на меня внимание? Что будет, если я вдруг начну медленно повора­
чиваться? Или позвякивать?».
32

Прямая аналогия. Изучаемый объект сравнивают с аналогичным
объектом в природе, технике и т. д. К примеру, для повышения за­
метности этикетки можно рассмотреть окраску цветов, бабочек.
Символическая аналогия. Суть задачи или ее возможные реше­
ния предлагается сформулировать в виде метафор, например, для
пива, - «глоток чистой прохлады», «хранитель традиции», «послание
в бутылке от самой природы». Красивая метафора может натолкнуть
на красивую идею.
Фантастическая аналогия. Участники штурма формулируют глав­
ное неустранимое препятствие, которое мешает решению задачи, а за­
тем - на время - «отменяют» его! Допускают существование вечно све­
жего пива, исчезновение гравитации, вмешательство сказочных гномов.
Задание. Используя правила проведения мозгового штурма, орга­
низуйте его проведение и решите следующую проблему:
Считается, что в космосе существуют солнечные системы, в кото­
рых есть обитаемые планеты с развитыми цивилизациям. Они так
же, как и мы, посылают сигналы в космос, пытаясь установить кон­
такты с другими цивилизациями. Но проходя через космическое про­
странство сигнал искажается, понять, что он исходит от разумных
существ, практически невозможно. Предложите способ передачи сиг­
нала, который даже в результате искажений сообщит о том, что по­
слан разумными существами.
6.1.2. Метод фокальных объектов
Суть метода - перенос свойств случайных объектов на фокальный
(объект совершенствования) и синтез новых конструкций фокально­
го объекта методом свободных ассоциаций. Поиск решения проис­
ходит по схеме:
- выбор объекта совершенствования;
- выбор случайных объектов;
- выделение и запись признаков случайных объектов;
-последовательный перенос признаков случайных объектов на
фокальный объект;
- синтез идеи, новой функции, назначения, которое может улуч­
шить фокальный объект - построить ассоциативные цепочки;
- описать возможное конструктивное решение полученной идеи.
Для успешного использования метода необходимо тренировать
следующие умения: находить случайные объекты; выявлять суще­
ственные признаки объекта; устанавливать ассоциативные цепочки
между двумя объектами; синтезировать новые функции, назначение.
33

Задание. Н а предприятии, выпускающем бытовые электронные
устройства, было решено освоить выпуск автомагнитол. Расчеты по­
казали, что производить и продавать у себя гораздо выгоднее - ис­
ключаются транспортные расходы, таможенные пошлины. Но товар
не «раскручен». Трудно будет доказать покупателю, что российский
товар лучше японского или китайского. Поэтому было решено вы­
пускать более совершенную автомагнитолу с сохранением всех ее
потребительских свойств. Анализ показал, что все самые важные
параметры у импортных магнитол доведены до предела, а всякое по­
вторение идеи требует покупки на нее у владельца лицензии (весьма
дорогое удовольствие). Как быть?
Решение. Выбор объекта совершенствования - автомагнитола.
Выбор случайных объектов - зуб, небо, струна Выделение и запись
случайных признаков в таблицу (табл. 2).
Перенос признаков случайных объектов на объект совершенство­
вания. Фокальный объект находится как бы в месте, где фокусируют­
ся признаки случайных объектов (табл. 3).
Таблица 2
Определение признаков случайных объектов
Зуб
Небо
Струна

больной
голубое

эмалированный
облачное
звучит
вибрирует
однотонно

кусает
чистое

С ОВЧИНКУ

витая

томная

крепко сидит
вверху
гитарная

Таблица 3
Перенос признаков случайных объектов
на объект совершенствования
Присоединенный
признак
Больная
магнитола

Ассоциация

Идея

Боль диагностика

Диагностика радиоэфира, состояния са­
мой магнитолы, автомобиля - автомагни­
тола - автомобильный тестер
Может хранить жидкости, например, па­
хучие, а также прикуриватель встроен­
ный в магнитолу
Панель отражает глаза и рот (картинка)
человека, которые двигаются в такт с пес­
ней, голосом и т. п.
Легко устанавливается, но с трудом сни­
мается

Эмалированная Водостойкость,
магнитола
блеск,
не царапается
Кусающаяся Кусать - иметь
магнитола
рот
Крепко сидя­
щая магнитола
34

На суперклее

Окончание табл. 3
Присоединенный
признак

Ассоциация

Идея

Голубая
магнитола

Цвет Слайд вместо панели, подсвечиваемый с
изображение обратной стороны разными источниками
света
Облачная
Далеко
Меняющая очертания - с расстояния 1 м
магнитола
видно - вблизи ее видно, а с большего нет (нет магнитолы
- нечего воровать)
не видно
Чистая Чистая
Самоочищающаяся магнитола, которая не
магнитола
пылесос
требует ухода
Размеры настолько малы, что управление
Магнитола
маленькая
приходится осуществлять голосом - кноп­
с овчинку
ки негде поставить
Вверху
Вверху - нимб Магнитола, которая установлена на по­
расположенная
толке автомобиля с помощью магнитов
магнитола
(или плавает в воздухе) на месте зеркала
(служит одновременно зеркалом заднего
вида)
Вибрирующая
Вибрация - Магнитола содержит встроенные малень­
кие, но мощные динамики, которые обе­
магнитола
звук
спечивают равномерное и качественное
звучание во всем салоне автомобиля
Один тон - Магнитола содержит встроенный синте­
Однотонно
голос жены затор голоса, который информирует о по­
звучащая
годе за бортом, расходе топлива, скорости
магнитола
и т. п.
Магнитола со встроенными звуками птиц
Витая
Витаясвитая - гнездо или других явлений природы, которые по­
магнитола
зволяют во время движения усилить вни­
- птица
мание, не дать заснуть и т. п.
Томная
магнитола
Гитарная
магнитола

Магнитола, имеющая настройку на фик­
сированный радиоканал, который переда­
ет постоянно твои любимые песни
Гитара Встроенный микрофон и пульт - микшер,
исполнение - можно под любую мелодию спеть как на
караоке
сцене
Томная любовная

В результате поиска получены четырнадцать идей совершенство­
вания магнитолы, которые передают в конструкторское бюро для со­
ставления на его основании составляются технических заданий по
каждой идее. Н а этом этапе определяют возможные трудности при
реализации идеи и разрабатывают необходимые документы.
35

Задание. Предложить решения по усовершенствованию магни­
толы, используя другие случайные объекты. Для выбора случайных
объектов воспользуемся книгой (например, А. Конан Дойль собрание
в десяти томах, т. 2), выберем случайные страницы (например, 10,
75, 170 и 367) и ищем объекты на девятой строке сверху: маска (если
на этой строке нет объекта, то выбираем тот, который есть в ближай­
ших строках), день, кровать, фазан.
6.1.3. Метод синектики
Суть метода - совмещение разнородных элементов. Метод кол­
лективного исследования решения проблем с помощью аналогии.
Для работы необходимы руководитель группы, представитель заказ­
чика, специалисты различной квалификации из различных областей
(синекторы). Руководитель обеспечивает работу группы, а эксперт
выбирает из сгенерированных идей наиболее подходящие для реа­
лизации. Необходимо, чтобы перед началом работы никто из группы
не знал о сути решаемой проблемы, что позволяет выйти за рамки
стереотипного мышления.
Принцип работы группы - превращение привычного в непривыч­
ное и, наоборот, используя технику свободных ассоциаций и анало­
гии четырех типов:
- прямые (реальные);
-субъективные (антрополотные), в которых человек ставит
себя на место разрабатываемого устройства (эмпатия);
- символические (абстрактные), в которых оперируют краткими
характеристиками совершенствуемого объекта (облако - прозрачное
нечто, громыхающее пространство, тяжелая невесомость, белоснеж­
ное затмение);
- фантастические, в которых искусственно меняют законы при­
роды и оперируют фантастическими методами (волшебная палочка).
Работа группы начинается с обсуждения отдельных аспектов про­
блемы, а не с ее формулировки в целом. Необходимо чтобы каждый
эксперт погрузился в суть решаемой проблема, получили максималь­
но полное представление о проблеме. Рекомендуется использовать
наглядные демонстрации. Например, для моделирования сверления
отверстия в невесомости можно использовать пенопласт, подвешен­
ный на нитке, и электрическую дрель. Участники должны убедить­
ся, что невозможно просверлить пенопласт, ничем его не удерживая,
можно начинать поиск способов сверления. Все сформулированные
идеи руководитель фиксирует на доске.
36

Рис. 6.1. Этапы поиска решения
Н а рис. 6.1. представлены этапы поиска решения и их последова­
тельность.
Для использования субъективных аналогий (эмпатии) один из
участников мысленно вживается в образ рассматриваемого объекта,
отождествляет себя с ним, и пытается описать возникающие ощуще­
ния. Второй участник выслушивает и комментирует эти идеи. Дан­
ный диалог записывают и анализируют для формулировки эффек­
тивных решений.
Задание. Используя аналогии, предложить варианты решения про­
блемы парковки во дворах в г. Москва, при котором исключена возмож­
ность повреждение автомобилей на парковке, не изменяя существую­
щих условий - размеры и количество автомобилей и парковочных мест.
37

6 .2 . М е т о д ы л о г и ч е с к о г о п о и с к а р е ш е н и й

6.2.1. Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ)
Суть метода - последовательное построение концептуальной мо­
дели результата и поиск способа его достижения. АРИЗ - эвристиче­
ский метод, в котором пошагово ищут наилучшее решение пробле­
мы, идеальный конечный результат (ИКР).
Первый шаг - построение модели задачи, содержащей четкое опи­
сание проблемы. Исходное описание проблемной ситуации обычно
неполное, плохо структурировано, проблема обозначена нечетко. Не­
обходимо локализовать проблему до взаимодействия двух конфлик­
тующих элементов в системе. Для этого формулируют противоречие,
которое объясняет причину возникновения проблемы.
Второй шаг - анализ построенной модели, подготовка к выяв­
лению более глубоких противоречий, оценка доступных ресурсов
пространства, времени, веществ и полей. Любую техническую си­
стему можно представить как иерархическую структуру. Например,
устройство состоит из функциональных узлов, каждый узел может
быть представлен как совокупность элементов, каждый элемент
можно рассматривать как компонент, реализующий простую фи­
зическую функцию. Очевидно, что решение проблемы может быть
получено на разных уровнях: физическом, конструкции элемента,
функциональных узлов. Именно эти противоречия являются объек­
тами поиска на втором шаге.
Третий шаг - поиск вариантов решений сформулированных про­
блем, определение причин, мешающих получить необходимый ре­
зультат. Варианты решения возникают на каждом шаге алгоритма,
но особенность АРИЗ в том, что лучшее решение может быть найде­
но только после прохождения всех шагов.
Четвертый шаг - активация ресурсов через выполнение опера­
ций по преобразованию систем, сформулированных в виде законов:
существования и развития ТС, полноты частей системы, проводимо­
сти энергии через систему и др. Н а этом шаге алгоритм разветвля­
ется: если найденное решение удовлетворительное, то необходимо
переходить к его предварительной оценке.
Пятый шаг - если решение неудовлетворительно, происходит
переход к поиску решений в информационном фонде.
Шестой шаг если решение в информационном фонде не найде­
но, используя инструкции и рекомендации, корректируют проблему
или ее модель, чтобы вернуться на первый шаг и провести поиско­
вую работу заново.
38

Седьмой шаг - оценка решения с позиции теории решения изо­
бретательских задач (ТРИЗ).
Восьмой шаг - подготовка внедрения найденной идеи и расшире­
ние области ее использования.
Девятый шаг - закрепление у разработчика приобретенного зна­
ния для повышения собственного творческого потенциала и реше­
ния будущих задач.
6.2.2. Метод функционально-физического конструирования
Суть метода - анализ потоков вещества, энергии и информации
через систему, а также технологии их преобразования, разработка
функциональной модели устройства с помощью элементарных функ­
ций, подбор способов и устройств их реализации. Использование ме­
тода функционально физического конструирования позволяет созда­
вать принципиально новые устройства на базе известных явлений,
открытых в физике, математике и других областях науки.
Для каждой элементарной функции предлагается группа
устройств, принцип действия которых основан на разных физиче­
ских явлениях и эффектах. Используя таблицы, можно «вычислить»
последовательность применения физических (или других) эффектов,
при необходимости реализовать сложную функцию.
Так как технология конструирования нового устройства логична,
большинство рутинных операций можно запрограммировать. Рас­
смотрим двенадцать парных элементарных функций (табл. 4).

Таблица 4
Парные элементарные функции
Излучение/источник/
Проводимость
Сбор
Проведение
Преобразование
Увеличение
Изменение направления вверх
Выравнивание
Связь
Соединение
Сборка
Накопление/информации/

Поглощение/место впадения/
Изолирование
Рассеивание
Непроведение
Обратное преобразование
Уменьшение
Изменение направления вниз
Колебание
Прерывание
Разъединение
Разделение
Выдача/информации/
39

Поиск конструкции осуществляется в такой последовательности:
поиск элементарных функций, поиск эффектов, синтез структурной
модели объекта
Задание. Описать принцип получения электрической энергии
при помощи паровой турбины (рис. 6.2-6.4).
Используя этот способ конструирования, можно синтезировать
огромное количество разных вариантов получения сложной функ­
ции за счет применения разных альтернативных физических эффек­
тов преобразования одних явлений в другие.
Задание. Постройте структуру эффекта преобразования нейтрон­
ного излучения в электрический ток, затем структуру устройства
«Водяной электрический насос».

Рис. 6.2. Система машин, используемая
для получения электрической энергии

Е кинет^

Е мех.

Рис. 6.3. Структура получения функции (вырабатывать
электроэнергию), выраженная через взаимосвязанные
элементарные функции

*

Эффект
сгорания

1-й
■Л основной

V

закон

-N

V

Эффект
импульса

Эффект — К
Био-Савара - у

Рис. 6.4. Структура сложного эффекта «выработка электроэнергии
как логическая цепочка первичных физических эффектов
40

6.2.3. Метод контрольных вопросов
Суть метода активация процесса мышления за счет ответов на
вопросы, расположенных в определенной последовательности. Эти
вопросы позволяют четко увидеть проблему, оценить возможные ва­
рианты ее решения, помочь преодолеть инерцию мышления. Такие
вопросники создаются индивидуально для человека и уточняются
в процессе решения задачи.

Список контрольных вопросов М. Рубинштейна
Прежде чем вникать в детали, необходимо проверить, ясно ли
представляешь проблему в целом.
Не принимай решения, пока не рассмотришь все возможные ва­
рианты.
Сомневайся.
Старайся рассмотреть проблему с различных точек зрения, даже
если шансы на успех минимальны.
Ищи модель или аналогию, которая позволит тебе разобраться
лучше в сущности решаемой проблемы.
Задавай как можно больше вопросов.
Не останавливайся на первом найденном решении.
При принятии окончательного решения поговори с кем-нибудь
о своих проблемах.
Не пренебрегай своими чувствами (интуицией).
Помни, что всякий человек смотрит на жизнь и возникающие про­
блемы со своей точки зрения.

Список контрольных вопросов по А. Ф. Осборну
Какое новое применение технического объекта ты можешь пред­
ложить? Возможны ли новые способы применения? Как модифици­
ровать известные способы применения?
Возможно ли решение изобретательской задачи путем приспосо­
бления, упрощения, сокращения? Что напоминает данный техни­
ческий объект? Вызывает ли аналогию, новую идею? Имеются ли
в прошлом аналогичные проблемные ситуации, которые можно ис­
пользовать? Что можно копировать? Какой технических объект нуж­
но опережать?
Какие модификации технического объекта возможны? Возможна
ли модификация путем вращения, изгиба, скручивания, поворота?
41

Какие изменения назначения (функции), цвета, движения, запаха,
формы, очертаний возможны? Возможны ли другие изменения?
Что можно увеличить в техническом объекте? Что можно присое­
динить? Возможно ли увеличение срока службы воздействия? Увели­
чить частоту, размеры, прочность? Повышать качество? Присоеди­
нить новый градиент? Дублировать? Возможны ли мультипликации
рабочих органов, позиций и других элементов? Возможны ли преуве­
личение, гиперболизация элементов или всего объекта?
Что можно в техническом объекте уменьшить? Что можно изме­
нить? Можно что-либо уплотнить, сжать, сгустить, сконденсировать,
сконцентрировать, применить способ миниатюризации, укоротить,
сузить, отделить, раздробить, приумножить?
Что можно в техническом объекте заменить? Что и сколько мож­
но заменять в нем: другой ингредиент; материал; процесс; источник
энергии; расположение; цвет, звук, освещение?
Что можно преобразовать в техническом объекте? Какие компо­
ненты можно взаимно заменить? Изменить модель, изменить раз­
бивку, планировку? Изменить последовательность операций? Транс­
портировать причину и эффект? Изменить скорость или темп? Из­
менить режим?
Что можно в техническом объекте повернуть наоборот? Нельзя ли
поменять местами противоположно расположенные элементы? По­
вернуть их задом наперед? Перевернуть снизу вверх? Поменять ме­
стами? Поменять полярность? Перевернуть зажимы?
Какие новые комбинации технического объекта возможны? Мож­
но ли создать новую смесь, сплав, ассортимент, гарнитур? Комбини­
ровать секции, узлы, блоки, агрегаты, цели, признаки, идеи?
Кроме этих двух вопросников известны также списки контроль­
ных вопросов Тринга и Лейтуэйта, Д. Пойа и др.
6.3. Методы систематического поиска

6.3.1. Метод морфологического ящика
Суть метода - перебор возможных вариантов существования
технических систем (ТС) для получения всевозможные вариантов
устройств с заданной функцией. Морфологический анализ объекта
позволяет разложить описание объекта на смысловые группы, обо­
значающие его существенные признаки, и на их основе построить
таблицу, в которой каждому признаку будет соответствовать группа
альтернативных признаков.
42

Задание. Построить «морфологический ящик» для отвертки.
Решение. В первую очередь оформим и занесем в таблицу основ­
ные признаки отвертки. Отвертка содержит круглую ручку, стальной
стержень и плоское окончание (табл. 5).
Далее необходимо соединить по одному признаку из каждой ко­
лонки и построить возможные описания объекта, например:
квадратная ручка, стальной стержень и плоское лезвие;
многогранная ручка, стальной стержень и плоское лезвие;
ручка в виде эллипса, стальной стержень и плоское лезвие;
крепление под патрон в виде эллипса, стекло, создающее стерж­
невое магнитное поле и меняющее форму острия.
В результате такого перебора получается огромное количество
вариантов, в которых может оказаться нужное устройство. Чтобы
исключить перебор простых и известных комбинаций, разработана
технология сортировки данных морфологического ящика и выбора
сочетаний признаков.
Вся работа с морфологическим ящиком состоит из трех этапов.
Этап 1. Составление полной формулировки названия объекта.
Главное требование - максимальная точность и полнота при опи­
сании признаков объекта В качестве признаков принято указывать
все характеристики, отражающие агрегатное состояние элементов,
форму, функции, режимы работ и т. п. Формулировка может быть
сколь угодно длинной, но предельно точной. Иногда делают 4-5 фор­
мулировок, из них выбирают наиболее точную.
Этап 2. Построение морфологического ящика.
Построение морфологического ящика по алгоритму:
- в формулировке необходимо выделить смысловые группы;
- для каждой группы необходимо выбирать только альтернативы
(синонимы);
Таблица 5
Таблица с основными признаками для объекта «отвертка»
Оси
Круглая
Ручка
Стальной
Стержень
Плоское
Окончание

Квадратная
Захват
Пластиковый
Гибкий вал
Крестообразное
Лезвие

Альтернативы
Многогранная
В виде эллипса
Крепление
под патрон дрели
Деревянный
Стеклянный
Кардан
Магнитное поле
Шестигранное Меняющее форму
Острие
43

- запрещены все предварительные оценки и исключения вариан­
тов.
Этап 3. Синтез и анализ вариантов решений.
После заполнения таблицы необходимо провести ранжирование
альтернатив, то есть расположить их таким образом, чтобы в левой
части таблицы находились наиболее часто встречающиеся альтер­
нативы, а в правой - редкие альтернативы. Рекомендованы четыре
тактики работы с таблицей при синтезе новых конструкций объекта:
-работать с рейтинговыми (левыми) альтернативами (тактика
рационализаторских предложений). Можно получить много хороших
решений, большинство из которых уже известно;
- работать с не рейтинговыми (правыми) альтернативами. Может
оказаться, что нет хороших решений, но любая работающая идея очень сильное решение;
- выбрать работоспособное решение из рейтинговых альтернатив,
заменить одну из них на нерейтинговую. При этом объект ухудшает­
ся и перестает функционировать. Необходимо искать замену другим
альтернативам, чтобы восстановить работоспособность объекта. После
цепочки замен выбирается наиболее убедительный вариант решения;
- случайным образом выбираются альтернативы из таблицы, син­
тезируется вариант конструкции объекта.
В третьей и четвертой тактиках возможен выход за пределы та­
блицы. Могут появиться новые параметры, отсутствующие в исход­
ной таблице. Если это произошло, то необходимо вернуться назад
к шагу, на котором производится оценка параметра, и повторить все
шаги построения морфологического ящика.
Задание. Постройте морфологическую матрицу и проведите ран­
жирование для следующих предметов: теплица, лопата, ножницы.

6.3.2. Метод систематического покрытия поля
Суть метода - поиск неизвестных аксиом, объединяющих области
знаний. Если представить знания в виде плоского поля (рис. 6.5), то
можно увидеть, что поле знаний покрыто взаимосвязанными аксио­
мами. Может оказаться так, что связь между некоторыми аксиомами
отсутствует, между ними должна быть одна или несколько неизвест­
ных аксиом.
Похожим способом была заполнена таблица химических элемен­
тов Д. И. Менделева, в которой изначально были только часть эле­
ментов, а остальные были открыты позднее, так как была очевид­
ность их существования.
44

Рис. 6.5. Представление аксиом
на поле знаний и их взаимосвязь
Задание. Найдите и опишите открытие, которое было получено
на стыке наук.
6.3.3. Метод отрицания конструирования
Суть метода заключается в том, чтобы подвергнуть сомнению ка­
кое-либо утверждение и разработать новое решение. Ф. Цвикке вы­
двинул гипотезу, что любое утверждение, сформулированное в конеч­
ных и полностью определенных терминах, не может быть абсолютно
верным. Метод отрицания конструирования основан на этой гипотезе.
Любой сложный объект (в составе которого более двух элементов)
может быть представлен в виде компонентной схемы, где у каждого
элемента есть определенная функция. Если один из элементов заме­
нить на другой, то это может привести к изменению принципа дей­
ствия системы.
Задание. Используя метод отрицания конструирования, пред­
ложите новые конструктивные решения для следующих устройств:
табуретка, электрический фен, электрический фонарь, розетка элек­
трическая.
45

6.4. Приемы преодоления инерции и стереотипности
мышления

6.4.1. Оператор РВС
Суть метода - последовательное изменение у объекта параметров
размер-вес-стоимость таким образом, чтобы преодолеть стереотип
и инерцию мышления. Метод эффективен на этапе генерации идей,
гипотез, но требует тщательной проработки полученных результатов.
Для решения задачи с помощью оператора РВС необходимо:
- мысленно увеличить размеры устройства в 10, 100 раз, до бес­
конечности - как теперь решается задача? Уменьшить мысленно раз­
меры до нуля. А теперь как решается задача?
- мысленно уменьшить до нуля или увеличить вес устройства, но
так, чтобы функции при этом выполнялись. Как изменилась задача
(таким образом можно получить переформулированную задачу)?
- предположить, что на реализацию функции выделено бесконеч­
но много денег и доступны любые ресурсы без ограничений и наобо­
рот, средств нет вообще, ресурсы исчерпаны полностью. Как теперь
может быть решена задача?
Полученные идеи следует записывать для последующего анализа
и выбора наиболее эффективных решений.
Задание. Используя оператор РВС, предложите несколько вари­
антов решений. Продукты в город завозят в основном по воде, так
как он расположен на реке, по которой могут ходить небольшие реч­
ные суда и баржи. Сезон завоза короткий, так как река замерзает
рано. Но один год выдался дождливым, и уровень воды поднялся
выше нормы. Для судов это было бы хорошо, но через реку пере­
кинут большой мост, и теперь ни одно из судов не может пройти под
ним, не зацепившись палубными надстройками. Перед мостом ско­
пилось несколько десятков барж с продуктами. До города от моста
вдоль реки расстояние равно 30 км. Как быть?

6.4.2. Идеальный конечный результат
Термин «идеальный конечный результат», или «идеальное конеч­
ное решение» (ИКР), введен Г. С. Альтшуллером в алгоритме реше­
ния изобретательских задач (АРИЗ).
Существует аналогия между идеальностью в физике (идеальная
точка - масса есть, а размеров нет, удобно для расчетов) и идеально­
стью в технике (объекта нет, а его функции выполняются). Такая по­
становка приводит к новому видению проблемы. Реализация прин­
46

ципа ИКР возможна за счет использования ресурсов - как внешних,
так и внутренних, которыми обладает объект, изменения структуры
объекта, перенаправления связей.
Допустим, необходимо иметь на кухне устройство для разогрева
пищи и длительного хранения продуктов. Создается устройство, ко­
торое, с одной стороны, охлаждает продукты, а с другой - разогревает
пищу, добавляя при этом тепло, отобранное у охлажденных продуктов.
Задание. Используя понятие ИКР, найдите решение. Большая
часть рюкзака отводится под палатку, топор и другие туристические
атрибуты. В случае травмы одного из участников турпохода вещи из
его рюкзака размещаются у других участников, что увеличивает их
груз. Как должен выглядеть идеальный рюкзак и груз в нем?

6.4.3. Системный оператор
Суть метода - экстраполяция закономерностей развития тех­
нических систем и прогноз об изменениях со временем. Используя
сведения о состоянии устройстве и настоящем, можно определить
текущую стадию развития (смотри закон S-образного развития). Ис­
пользуя законы, можно спрогнозировать ближайшее будущее этой
системы. Используя временную картину (рис. 6.6.) изменений систеПроипю

Насгояиэе

Бдауире

Рис. 6.6. Представление этапов развития технической системы
с помощью системного 9-экранного оператора
47

мы со временем, можно более конкретно ставить задачи по ее совер­
шенствованию.
Полная картина о системе может быть получена если ее пред­
ставить, как элемент над системы, описать устройство подсистем и
представить все эти три картины в прошлом, настоящем и будущем.
Многие известные конструкторы, ученые умело пользовались этим
оператором, например, Циолковский спроектировал новое транс­
портное средство - ракету, устройство для перемещения в вакууме
используя эффект реактивного движения, который был известен.
Для применения системного оператора необходимо точно разде­
лять ТС на подсистемы и находить место самой ТС в надсистеме.
Задания. Есть система создания изображения (кинотеатр) - 6D.
Это исходное состояние для анализа. Необходимо представить эту
ТС в 9-экранном системном операторе.
Построить не менее девяти экранов состояний: ранцевый ракет­
ный двигатель, ЧИП с микропроцессором, ядерный реактор.

6.4.4. Приемы устранения противоречий
Противоречие - невозможность одновременного существова­
ния двух утверждений. Противоречие в ТС - взаимоисключающие
друг друга свойства частей ТС. Так как противоречия относятся к
двум взаимоисключающим свойствам частей ТС, эти свойства ха­
рактеризуются какими-либо параметрами. Предположим, что в ТС
существует проблема, преодолеть которую известными способами
не представляется возможным, поскольку попытка усилить требу­
емый параметр повлечет за собой изменение параметров «двигате­
ля» или «трансмиссии». Причем эти изменения делают ТС непри­
годной к дальнейшей эксплуатации (например, размеры превысят
допустимые нормы). Таким образом, возникает ситуация, когда
развитие Одной части системы приводит к недопустимому измене­
нию другой.
Известно, что большинство ТС в процессе развития проходят эта­
пы увеличения числа деталей, растут требования к надежности, точ­
ности, скорости и т. п. В конце концов, наступает момент, когда кон­
струкция становится настолько громоздкой, что ухудшаются глав­
ные ее параметры, так как большая часть ТС обслуживает саму себя.
Тогда требуется качественное изменение конструкции, новый прин­
цип действия (закон S-образного развития), или «свертка» ее частей
(создание единого элемента, выполняющего функции нескольких
элементов). Этот процесс можно трактовать как переход количества
48

в качество, но не всегда удается сделать свертку из-за возникновения
противоречия в ТС. Отсюда следует:
- противоречие в ТС возникает только в том случае, если мы пы­
таемся что-то изменить в ней;
-противоречие невозможно устранить простой оптимизацией,
например, увеличивая точность изготовления;
- чаще противоречия возникают в ТС, имеющих большое число
элементов, которые плохо выполняют свои функции;
- противоречие возникает в ТС между частями в том случае, если
в ней исчерпаны используемые ресурсы, при этом требуется увели­
чение эффективности функционирования (поэтому изобретатели ис­
пользуют прием усиления конфликта, чтобы исключить любой ком­
промисс при поиске решения);
- выявить в ТС элементы, свойства которых вступают в противо­
речие при попытке изменить одно из них, можно, используя один
из вариантов АРИЗ (алгоритм решения изобретательских задач). Но
в настоящее время разработаны и другие не менее эффективные спо­
собы, позволяющие с высокой точностью выявить конфликтующие
пары частей в ТС. Один из них предложен ниже.
Данный способ выявления противоречивых частей системы осно­
ван на следующих принципах:
- ТС представляет собой совокупность элементов, взаимосвязан­
ных между собой и дающих системный эффект, то есть свойство ТС
не является копией свойства любой части, составляющей ее, а может
быть либо другим, либо большим;
- кроме элементов, составляющих ТС, в качестве существенных
ее признаков учитываются связи, способы и алгоритмы действия,
режимы работ, соотношения основных свойств и т. п. (см. существен­
ные признаки изобретений);
- методы исследования, используемые для выявления противо­
речия в ТС, аналогичны методам научного исследования систем
в целом.
Анализ ТС выполняется в логической последовательности, в виде
пошагового алгоритма:
Шаг 1. Из описания проблемы определить действие и параметр
этого действия, который требуется обеспечить.
Шаг 2. Построить структурную схему ТС и определить элемент
и группу элементов (узел), который должен выполнять необходимое
действие.
Шаг 3. Определить все существенные признаки ТС и занести их
в таблицу сравнительного анализа.
49

Шаг 4. Выполнить сравнительный анализ, мысленно модели­
руя ситуацию с плавным изменением действия (параметра) от ми­
нимального до бесконечно большого. При этом оценить изменение
параметра каждого существенного признака по 2-балльной шкале:
А - действие элемента (существенного признака) становится лучше,
Н - действие становится хуже.
Шаг 5. Выбрать пару элементов, у которых такое действие проти­
воположно.
Шаг 6. Сформулировать противоречие: «Если в ТС изменить дей­
ствие части 1 ТС так, что ее функционирование (или другой пара­
метр) улучшается, то недопустимо ухудшается функционирование
(или другой параметр) другой части ТС».
Шаг 7. Используя таблицу разрешения противоречий, провести
поиск способа разрешения противоречия.
Еще один вариант алгоритма:
- перечислить элементы системы;
- назвать ГФ, назначение системы;
-построить функционально-логическую цепочку из функций
элементов системы, показывающую необходимость их для дости­
жения ГФ;
- указать дополнительные функции, которые выполняет система
(другие необходимые для других систем функции);
- выделить существенные параметры главной и дополнительных
функций системы;
- определить функцию (и), существенный параметр которой пе­
рестал нас удовлетворять в связи с изменившимися внешними усло­
виями, требованиями над системы и ее систем;
- вычислить по логической цепочке функций ту функцию, пара­
метр которой необходимо изменить для получения нового значения
ГФ или дополнительной функции, и мысленно изменить его в сторо­
ну усиления существенного параметра;
- вычислить по логической цепочке элементы, параметры функ­
ций которых изменяются таким образом, что системы перестают
функционировать или значительно ухудшается их способность до­
стигать ГФ;
- сформулировать противоречие, возникающее в системе при по­
пытке изменить систему под новые требования.
Задание. Сформулируйте противоречие, которое возникает при
попытке увеличить скорость парусника. Сформулируйте противоре­
чие, которое возникает при увеличении грузоподъемности грузового
автомобиля. Используя таблицу устранения противоречий, найдите
50

решение следующей проблемы. У орнитологов существует проблема
оценки популяций птиц и животных, живущих в стае или в стадах.
Особенно трудно подсчитать число летающих птиц. Но оказывается
это можно сделать и без фотографирования стаи. Как бы Вы решили
эту проблему, не имея специальных средств фиксации?

6.4.5. Использование физических эффектов
при решении инж енерных задач
Изобретатели в своей деятельности часто применяют различные
известные в науке, технике и природе эффекты. Зная свойства этих
эффектов и явлений, они разработали систему указателей.
Фонд эффектов, созданный в рамках ТРИЗ, содержит описание
большого количества примеров изобретений, основанных на различ­
ных эффектах.
Эффекты условно распределены по группам: физические, хими­
ческие, геометрические, биологические и физиологические.
В качестве примера рассмотрим только группу физических эф­
фектов.
Физические эффекты лежат в основе изобретений высокого уровня,
таких как холодильник, самолет, радио и др. Но таких решений, свя­
занных с созданием целого направления деятельности, относительно
немного. Гораздо больше применений физических эффектов связано
с идеями, которые лежат в основе конструкций технических систем бо­
лее низкого ранга, входящих в состав сложных механизмов и машин.
Например, в физике известно такое явление, как эффект исчезно­
вения магнитного поля у вещества при определенных температурах
(эффект Кюри). Использование этого свойства некоторых металлов
значительно упростило, к примеру, конструкцию высокооборотистой
центрифуги.
Центрифуга предназначалась для разделения крови на белые и
красные тельца. Поэтому в камере центрифуги необходимо было под­
держивать температуру 36,6 °С. Для этих целей внутри вращающей­
ся центрифуги устанавливались нагревательная спираль и датчики
температуры. В связи с тем что центрифуга должна герметически за­
крываться, датчики и спираль соединялись с внешними устройства­
ми (источник тока и прибор, считывающий показания датчика) через
сложный узел, в котором наиболее слабым звеном были контактные
щетки. В новой конструкции полностью отсутствуют щетки, так как
внутри камеры установлена половина трансформатора (вращаю­
щийся трансформатор), к обмоткам которого подключена нагрева51

Таблица 6
Применение физических эффектов и явлений
для решения изобретательских задач
Требуемое действие
Физическое явление, эффект, фактор, способ
Измерение
Тепловое расширение и вызванное им изменение
собственной частоты колебаний. Спектр излучения.
температуры
Изменение оптических, электрических, магнитных
свойств вещества Переход через точку Кюри. Эф­
фекты Гопкинса и Баркгаузена. Тепловое расшире­
ние
Понижение
Теплопроводность. Конвекция. Излучение. Фазо­
температуры
вые переходы. Эффект Джоуля - Томсона. Эффект
Ранка Магнитокалорический эффект. Термоэлек­
трические явления
Повышение
Теплопроводность. Конвекция. Излучение. Элек­
температуры
тромагнитная индукция. Вихревые токи. Диэлек­
трический нагрев. Электрический нагрев. Электри­
ческие разряды. Поглощение излучения веществом.
Термоэлектрические явления. Сжатие тела Ядер­
ные реакции

тельная спираль. Так как при температуре 36,6 °С у трансформатора
пропадают магнитные свойства, то и нагрев спирали прекращается.
Необходимость в установке датчика пропала
Чтобы использование физических эффектов было более продук­
тивным, можно воспользоваться указателем применения физических
эффектов. Указатель устроен очень просто. В левой колонке указано
требуемое действие, в правой - перечень физических явлений, эф­
фектов, факторов или способов.
Пример применения некоторых физических эффектов и явлений
для решения изобретательских задач приведен в табл. 6.
Полная таблица содержит описания эффектов, которые можно
применить для получения тридцати одного действия: стабилизация
температуры, индикация положения объекта, управление перемеще­
нием объекта, разделение смесей и т. д.
Задание. Используя физические эффекты, предложите идею спосо­
ба работы фонтана без применения внешних источников энергии (элек­
тричество, механические нагнетатели). Вода должна подниматься из
емкости и после фонтанирования сливаться в ту же емкость. Используя
физические эффекты, предложите идею сканера пространства, распо­
ложенного под земной поверхностью с глубиной сканирования до 1 км.
52

6.4.6. Доведения ключевой идеи до абсурда
К сожалению, инерция мышления - постоянный спутник боль­
шинства населения нашей планеты. Тот, кто ее преодолел, проявля­
ет оригинальное мышление и генерирует необычные идеи. Умень­
шить инерцию мышления позволяют специальные приемы, один из
которых доведение ключевой идеи до абсурда.
Пример. Ваш шеф приказал срочно придумать новую конструк­
цию стола Разве это возможно? В любом каталоге мебели можно
найти множество конструкций столов. Задание, на первый взгляд,
кажется не выполнимым.
В первую очередь необходимо выделить ключевые элементы сто­
ла, которые изменению не подлежат.
Крышка стола вполне может считаться ключевым элементом си­
стемы. Обычно крышка плоская и может иметь произвольную геоме­
трическую форму: круглая, квадратная, фигурная. Начнем с анализа
формы (плоской) крышки и доведем ее до абсурда
Крышка плоская, объемная, сферическая, в виде призмы, бугристая.
Теперь попробуем из полученных идей синтезировать то, что
нужно шефу.
1. Сферическая крышка, напоминает гриб на ножке (абсурдная идея,
как пользоваться таким столом?). Определим положительные свойства
такого стола Во-первых, его легко мыть под душем. Правда при этом
тарелки, ложки и прочие столовые принадлежности будут падать. Если
все же принять этот вариант стола, то придется разрабатывать специ­
альную посуду, которая будет легко удерживаться на таком столе.
Попробуем из этой идеи извлечь пользу. Стол грибовидной кон­
струкции может быть использован в местах, где требуется автомати­
чески убирать поверхность стола, что удобно для уличных кафе.
2. Крышка стола в виде призмы тоже весьма полезное изобре­
тение. Н а таком столе очень хорошо видно все продукты, которые
могут располагаться в призме (стеклянная с электронной системой
выбора продукта). Дно призмы может служить для поддержания та­
релок с выбранными продуктами. Такой стол очень удобен в рестора­
не, особенно при «шведском столе».
Аналогичным способом можно сгенерировать еще массу идей, та­
ким образом преодолев инерцию мышления.
Задание. Предложите более совершенные конструкции следую­
щих предметов: электронный конспект лекций, авторучка, пласти­
ковая банковская карта.

53

7. СОЗДАНИЕ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ В САПР
7.1. Основные понятия САПР
Проектирование - это процесс, в ходе которого создается прообраз
предполагаемого объекта, то есть создание проекта Под проектом
понимается совокупность свойств, моделей, характеристик в пригод­
ной форме для реализации системы.
Проектирование начинается с задания в виде технической или
иной документации и является исходным описанием объекта.
Результатом проектирования является полный комплект доку­
ментов, всецело описывающий объект, над которым идет работа. Как
правило, такая документация несет в себе все необходимые сведения
для изготовления объекта.
Таким образом, можно сказать, что проектирование - это процесс
преобразования исходного описание в окончательное описание объекта
Автоматизированное проектирование - это процесс, при котором
создание описания нового объекта, алгоритма его работы осущест­
вляется взаимодействием человеком с ЭВМ. При этом должно быть
предусмотрено рациональное распределение работы между проекти­
ровщиком и ЭВМ.
Неавтоматизированным проектированием принято считать такой
процесс, при котором создание описания объекта производится толь­
ко человеком. Такой вид проектирования устарел и практически не
применяется, так как без использования ЭВМ невозможно проекти­
ровать сложные объекты в короткие сроки.
Главная цель автоматизированного производства - повышение
эффективности труда инженера, которая достигается:
- повышением качества вычислительных работ;
снижением материальных затрат;
- сокращением времени на проектирование;
- снижением числа рабочих, задействованных в решении проект­
ных задач.
То, что сегодня представляется наилучшим распределением
функций между человеком и ЭВМ, завтра может перестать быть оп­
тимальным и наилучшим в связи с расширением человеческих зна­
ний и технических взаимодействий.
В настоящее время уровень автоматизации проектирования ха­
рактеризуется во многом локальностью, то есть автоматизацией
частных, пусть и больших задач, частей, этапов проектирования того
или иного объекта.
54

Лишь «диалог» инженера с ЭВМ позволяет осуществить «отсты­
ковку» между собой многих решенных на ЭВМ задач.

Понятие и состав САПР
«САПР (система автоматизированного проектирования) - ком­
плекс средств автоматизированного проектирования, взаимосвязан­
ный с подразделениями проектной организации и выполняющие
автоматизированное проектирование», ГОСТ 22487-77. «Проектиро­
вание автоматизированное. Термины и определения».
САПР ставит перед собой следующие задачи:
- обобщение накопленного теоретического и экспериментального
материала в виде моделей для расчета отдельных аппаратов и их со­
вокупность с целью создания ресурсов проектирования;
- ускорение процесса перехода от лабораторной установки к про­
мышленному производству благодаря замене натурального экспери­
мента экспериментами на математических моделях;
- повышение коэффициента использования оборудования и обе­
спечение замкнутых энергетических и материальных циклов, эф­
фективных с точки зрения охраны окружающей среды;
- обеспечение более высокой надежности функционирования тех­
нологического процесса;
- сокращение времени, затрачиваемого на проектирование и вы­
ход на проектную мощность;
-обеспечение оптимальных режимов эксплуатации производ­
ства.
САПР - система, которая связывает работу человека и машинной
системы (принцип человеко-машинной системы).
Иерархическая система САПР придерживается принципа сопод­
чиненности, то есть подчинения нижних структур верхним.
Построение САПР по иерархическому принципу заключается
в соподчиненности подсистем и связано с принципом блочно-иерар­
хического подхода к проектированию. Блочно-иерархический подход
к проектированию основан на разделении описаний проектируемых
объектов на иерархические уровни.
Иерархические уровни описания объектов проектирования на­
глядно показан на рис. 7.1.
Иерархический принцип построения САПР следует понимать как
сочетание двух принципов -включения и системного единства.
Первый обеспечивает разработку САПР на основе требований,
позволяющих включить эту САПР в САПР более высокого уровня.
55

Высш ий уровень

(уровень 1!

(уровень 2.1

(уровень 3,1

(уровень о!

Рис. 7.1. Иерархические уровни описания объектов проектирования
Второй состоит в том, что при создании, функционировании и
развитии САПР связи между подсистемами должны обеспечивать
целостность системы.
Также можно отметить следующие принципы построения САПР:
- комплексности;
- информационного единства;
- совместимости;
- инвариантности;
- развития.
Принцип комплексности требует связности проектирования от­
дельных элементов и всего объекта в целом на всех стадиях проек­
тирования.
Принцип информационного единства предопределяет инфор­
мационную согласованность отдельных подсистем и компонентов
САПР. Это означает, что в средствах обеспечения компонентов
САПР должны использоваться единые термины, символы, условные
обозначения, проблемно-ориентированные языки программирова56

ния и способы представления информации, которые обычно устанав­
ливаются соответствующими нормативными документами. Принцип
информационного единства предусматривает, в частности, размеще­
ние всех файлов, используемых многократно при проектировании
различных объектов, в банках данных. З а счет информационного
единства результаты решения одной задачи в САПР без какой-либо
перекомпоновки или переработки полученных массивов данных мо­
гут быть использованы в качестве исходной информации для других
задач проектирования.
Принцип совместимости состоит в том, что языки, коды, ин­
формационные и технические характеристики структурных связей
между подсистемами и компонентами САПР должны быть согласо­
ваны так, чтобы обеспечивалось совместное функционирование всех
подсистем и сохранялась открытая структура САПР в целом. Так,
введение каких-либо новых технических или программных средств в
САПР не должно приводить к каким-либо изменениям уже эксплуа­
тируемых средств.
Принцип инвариантности предусматривает, что подсистемы и
компоненты САПР должны быть по возможности универсальными
или типовыми, то есть инвариантными к проектируемым объектам
(например, одинаковые алгоритмы анализа, графические дисплеи,
программы оптимизации, обработки массивов данных и т. п.). Применитт это ко всем компонентам САПР принципиально невозможно,
однако многие из них могут быть сделаны одинаковыми для разных
технических объектов.
Принцип развития требует, чтобы в САПР предусматривалось со­
вершенствование компонентов и связей между ними. При модерниза­
ции подсистемы САПР допускается частичная замена компонентов,
входящих в подсистему, с изданием соответствующей документации.
7.2. Классификация САПР
В наше время существует множество видов автоматизированного
проектирования. Зачастую для решения поставленных задач сложно
выбрать определенный тип САПР. С этой проблемой может помочь
схема основных видов классификации САПР, представленный на
рис. 7.2.
Классификация позволяет определить объект на его место в систе­
ме, которое указывает на его необходимые свойства или определяется
свойствами. Также она служит средством хранения и поиска инфор­
мации, содержащейся в ней самой. Классификация создает условия
57

Рис. 7.2. Схема основных видов классификации САПР
для разработки технически обоснованных норм обеспечения процесса
создания, функционирования и стандартизации в области САПР.
Систему автоматизированного проектирования характеризуют
следующие признаки: тип, разновидность, сложность объекта проек­
тирования, уровень, комплексность автоматизаций проектирования,
характер, число выпускаемых проектных документов, число уровней
в структуре технического обеспечения САПР.
Классификация по типу объекта проектирования показана на
рис. 7.3.
Классификация по сложности объекта проектирования представ­
лена на рис. 7.4.

Рис. 7.3. Классификация по типу объекта проектирования
С л о ж н о с т ь об ъе кта п р о е к т и р о в а н и я

П рост ы е

С ре дней

Сложные

сложности

Ю2

102...103

10’ ... 104

Оч ень

О ч е н ь выс ок ой

сл о ж н ы е

сло жности

104. .. 10Л

>106

Рис. 7.4. Классификация по сложности объекта проектирования
58

Разновидности САПР:
- станков;
- РЭА;
- инструментов;
- приспособлений;
-Т П .
Классификация САПР по комплексности автоматизации проекти­
рования наглядно видно на рис. 7.5.
Одноэтапные выполняют один этап проектирования из всех
установленных для объекта. Многоэтапные выполняют несколько
этапов проектирования. Комплексные выполняют все этапы про­
ектирования.
Классификация САПР по характеру выпускаемых проектных до­
кументов представлена на рис. 7.6.

Рис. 7.5. Классификация САПР по комплексности
автоматизации проектирования

Рис. 7.6. Классификация САПР по характеру выпускаемых
проектных документов
59

10s

lo’ -.io6

>106

Puc. 7.7. Классификация САПР по количеству
выпускаемых проектных документов
Классификация САПР по количеству выпускаемых проектных
документов показана на рис. 7.7.
7.3. Программное обеспечение САПР
Объединение программной документации, необходимой для экс­
плуатации программы, обеспечивающей процесс автоматизирован­
ного проектирования, является программным обеспечением САПР.
Составляющие программного обеспечения САПР, а также требо­
вания к его разработке и документированию установлены государ­
ственными стандартами.
ПО САПР представляет собой совокупность программ на машин­
ных носителях с необходимой программой документацией, предна­
значенной для выполнения автоматизированного проектирования.
ПО вообще подразделяют на общесистемное, базовое и специ­
альное.
Общесистемное программное обеспечение предназначено для ор­
ганизации функционирования технических средств САПР, то есть
для планирования и управления вычислительным процессом, рас­
пределения имеющихся ресурсов. Данное программное обеспечение
представлено операционными системами ЭВМ и вычислительных
систем. Общесистемное программное обеспечение обычно создается
для многих приложений и специфики САПР не отражает.
Базовое и специальное программное обеспечение создают для
нужд собственно САПР. В базовое программное обеспечение входят
программы, обеспечивающие правильное функционирование специ­
альных программ. Состав специального программного обеспечения
в проектирующих подсистемах САПР отличается большим разноо­
бразием в связи с большим числом проектных процедур автоматизи­
рованного проектирования и маршрутов проектирования. Основны60

Рис. 7.8. Схема с составом операционной системы
ми в специальном программном обеспечении являются проектирую­
щие подсистемы CAD, СЛЕ, САМ.
Базовое и общесистемное ПО образует операционную среду, то
есть операционную систему в которой функционирует специализи­
рованное ПО. Функция специализированного ПО - получение про­
ектных решений.
Операционные системы включают в себя обрабатывающие и
управляющие группы. На рис. 7.8 показана схема с составом опера­
ционной системы.
Программы управления заданиями выполняются с помощью язы­
ка управления заданиями. Например, с помощью этого языка можно
задать машине последовательность действий:
- ввод;
- трансляция;
- загрузка в память машины;
- решение;
- вывод информации.
Программы управления данными обеспечивают поиск, хранение,
загрузку в ОП обработку файлов.
Обрабатывающие программы - это трансляторы с алгоритмиче­
скими языками, библиотеками стандартных программ и системным
обслуживанием сервисных программ. Программа пользователя на
алгоритмическом языке - это исходный модуль. В результате транс­
ляции получают программу, которая называется объектным моду­
лем. Различные объектные модули собираются в единую программу
61

с помощью обслуживающей программы, которую называют редакто­
ром связей или просто редактором. Результат редактирования - это
программа, называемая загрузочным модулем. Программа-загруз­
чик выполняет редактирование и загрузку программ в ПО.
7.4. Обзор наиболее известных систем
автоматизированного проектирования
Автоматизированное проектирование (САПР) - это метод цифро­
вого создания 20-чертежей и ЗБ-моделей, который заменил ручное
черчение в широком спектре отраслей промышленности. Программ­
ные средства САПР позволяют дизайнерам изучать идеи дизайна,
легко изменять проекты, визуализировать концепции с помощью
визуализации, моделировать, как дизайн работает в реальном мире,
составлять документацию, делиться проектами для обратной связи
и многое другое - способствуя инновациям и позволяя компаниям
быстрее выходить на рынок.
Программное обеспечение CAD существует с 1959 года, когда
Д. Росс, исследователь из Массачусетского технологического инсти­
тута, ввел термин «автоматизированное проектирование» после раз­
работки программы, которая позволяла его команде рисовать черте­
жи электронных схем на компьютере, тем самым реализуя ее потен­
циал для быстрой модификации и изучения.
К началу 1980-х годов САПР стала неотъемлемой частью рабо­
чего процесса производителей автомобильной, авиационной и быто­
вой электроники, которые могли себе это позволить. В 1990-х годах
движки твердотельного моделирования были усовершенствованы
представлением границ, более последовательным способом описа­
ния виртуальных объектов по их границам и взаимосвязям. Это было
принято на вооружение хорошо известными системами SolidWorks
(1995 г.), SolidEdge (1996 г.) и Autodesk Inventor (1999 г.).
2000-е годы ознаменовались появлением САПР с открытым исход­
ным кодом, таких как FreeCAD. Кроме того, были разработаны новые
функции и модули для различных программ САПР, которые позво­
лили дизайнерам не только разрабатывать физическое изделие, но и
визуализировать, анимировать и моделировать его, а также интегри­
ровать разработку продукта во всеобъемлющие процессы управления
проектами и управления жизненным циклом продукта (PLM).
Самые последние программные системы САПР основаны на об­
лаке, что позволяет разработчикам совместно работать над одной и
той же моделью на разных рабочих станциях и делегировать в облако
62

интенсивные алгоритмы, такие как генеративное проектирование,
моделирование и визуализация. Расширенное моделирование позво­
ляет тестировать конструкцию в соответствии с многочисленными
механическими аспектами и занимает всего несколько часов вместо
дней. Генеративный дизайн делает компьютер соавтором, исполь­
зующим искусственный интеллект для предложения оптимальных
форм для решения конкретных механических задач.
На современном рынке существует большое количество САПР, ко­
торые решают разные задачи. Ниже мы рассмотрим основные систе­
мы автоматизированного проектирования в области машиностроения.

Базовые и легкие САПР
Легкие системы САПР предназначены для 20-проектирования и
черчения, а также для создания отдельных трехмерных моделей без
возможности работы со сборочными единицами.
Безусловный лидер среди базовых САПР - AutoCAD.
AutoCAD - это базовая САПР, разрабатываемая и поставляемая
компанией Autodesk. AutoCAD - самая распространенная CADсистема в мире, позволяющая проектировать как в двумерной, так и
трехмерной среде. С помощью AutoCAD можно строить ЗО-модели,
создавать и оформлять чертежи и многое другое. AutoCAD является
платформенной САПР, то есть эта система не имеет четкой ориен­
тации на определенную проектную область, в ней можно выполнять
хоть строительные, хоть машиностроительные проекты, работать
с изысканиями, электрикой и многим другим.
Система автоматизированного проектирования AutoCAD облада­
ет следующими отличительными особенностями:
стандарт «де факте» в мире САПР;
- широкие возможности настройки и адаптации;
- средства создания приложений на встроенных языках (AutoLISP
и пр.) и с применением API;
- обилие программ сторонних разработчиков.
Кроме того, Autodesk разрабатывает вертикальные версии
AutoCAD - AutoCAD Mechanical, AutoCAD Electrical и другие, которые
предназначены для специалистов соответствующей направленности.

Bricacad
В настоящее время на рынке появился целый ряд систем, кото­
рые позиционируются, как альтернатива AutoCAD. Среди них мож63

но отдельно отметить Bricscad от компании Bricsys, которая очень
активно развивается, поддерживает напрямую формат DWG и имеет
целый ряд отличий, включая инструменты прямого вариационного
моделирования, поддержку ВIM-технологий.

САПР среднего уровня
Средние системы САПР - это программы для ЗО-моделирования
изделий, проведения расчетов, автоматизации проектирования элек­
трических, гидравлических и прочих вспомогательных систем. Дан­
ные в таких системах могут храниться как в обычной файловой си­
стеме, так и в единой среде электронного документооборота и управ­
ления данными (PDM-и PLM-системах). Часто в системах среднего
класса присутствуют программы для подготовки управляющих про­
грамм для станков с ЧПУ (CAM-системы) и другие программы для
технологического проектирования.
САПР среднего уровня - самые популярные системы на рынке.
Они удачно сочетают в себе соотношение «цена/функциональность»,
способны решить подавляющее число проектных задач и удовлетво­
рить потребности большей части клиентов.

Autodesk Inventor
Профессиональный комплекс для трехмерного проектирования
промышленных изделий и выпуска документации. Разработчик компания Autodesk.
Среди особенностей Inventor стоит отметить:
- продвинутые инструменты трехмерного моделирования, включая
работу со свободными формами и технологию прямого редактирования;
- поддержку прямого импорта геометрии из других САПР с сохра­
нением ассоциативной связи (технология AnyCAD);
- тесную интеграцию с программами Autodesk - AutoCAD, 3D-s
Max, Alias, Revit, Navisworks и другими, что позволяет использовать
Inventor для решения задач в разных областях, включая дизайн, ар­
хитектурно-строительное проектирование;
- поддержку отечественных стандартов при проведении расчетов,
моделировании и оформлении документации;
- обширные библиотеки стандартных и часто используемых эле­
ментов;
- обилие мастеров проектирования типовых узлов и конструкций
(болтовые соединения, зубчатые и ременные передачи, проектирова­
ние валов и колес и многое другое);
64

- широкие возможности параметризации деталей и сборок, в том
числе управление составом изделия;
- встроенную среду создания правил проектирования iLogic.
Для эффективного управления процессом разработки изделий,
управления инженерными данными и организации коллективной
работы над проектами Autodesk Inventor может быть интегрирован
с PLM-системой Autodesk Vault и схожими системами других разра­
ботчиков.

SolidWorks
Трехмерный программный комплекс для автоматизации кон­
структорских работ промышленного предприятия. Разработчик компания Dassault Systemes.
Черты системы, выгодно отличающие ее от других CAD-систем:
- продуманный интерфейс пользователя, ставший образцом для
подражания;
- обилие надстроек для решения узкоспециализированных за­
дач;
- ориентация как на конструкторскую, так и на технологическую
подготовку производства;
- библиотеки стандартных элементов;
- распознавание и параметризация импортированной геометрии;
- интеграция с системой SolidWorks PDM.

SolidEdge
Система трехмерного моделирования машиностроительных изде­
лий, которую разрабатывает Siemens PLM Software.
Преимущества системы:
- комбинацию технологий параметрического моделирования на
основе конструктивных элементов и дерева построения с технологи­
ей прямого моделирования в рамках одной модели;
- расчетные среды, включая технологию генеративного дизайна;
- поддержку ЕСКД при оформлении документации;
- расширенные возможности проектирование литых деталей и ос­
настки для их изготовления;
- встроенный модуль автоматизированного создания схем и диа­
грамм;
-тесную интеграцию с Microsoft SharePoint и PLM-системой
Teamcenter для совместной работы и управления данными.
65

Компас-ЗИ
Компас-ЗБ - это система параметрического моделирования дета­
лей и сборок, используемая в областях машиностроения, приборо­
строения и строительства. Разработчик - компания Аскон.
Преимущества системы KoMnac-3D:
- простой и понятный интерфейс;
- использование трехмерного ядра собственной разработки (C3D);
- полная поддержка ГОСТ и ЕСКД при проектировании и оформ­
лении документации;
большой набор надстроек для проектирования отдельных раз­
делов проекта;
- гибкий подход к оснащению рабочих мест проектировщиков,
что позволяет сэкономить при покупке;
- возможность интеграции с системой автоматизированного про­
ектирования технологических процессов ВЕРТИКАЛЬ и другими
системами единого комплекса.

T-FLEX
Отечественная САПР среднего уровня, построенная на основе
лицензионного трехмерного ядра Parasolid. Разработчик системы компания ТопСистемы.
Отличительные черты системы:
- мощнейшие инструменты параметризации деталей и сборок;
- продвинутые средства моделирования;
- простой механизм создания приложений без использования про­
граммирования;
- интеграция с другими программами комплекса T-FLEX PLM;
- инструменты расчета и оптимизации конструкций.

«Тяжелые» САПР
Тяжелые САПР предназначены для работы со сложными изделия­
ми (большие сборки в авиастроении, кораблестроении и пр.) Функци­
онально они делают все тоже самое, что и средние системы, но в них
заложена совершенно другая архитектура и алгоритмы работы.

РТССгео
Система 2D- и ЗБ-параметрического проектирования сложных из­
делий от компании РТС. САПР РТС Сгео широко используется в са­
мых разных областях проектирования.
66

Выгодные отличия системы от конкурирующих решений:
- эффективная работа с большими и очень большими сборками;
- моделирование на основе истории и инструменты прямого мо­
делирования;
- работа со сложными поверхностями;
- возможность масштабирования функциональности системы в за­
висимости от потребностей пользователя;
- разные представления единой, централизованной модели, раз­
рабатываемой в системе;
- тесная интеграция с PLM-системой PTC Windchill.

NX
NX - флагманская система САПР производства компании Siemens
PLM Software, которая используется для разработки сложных изде­
лий, включающих элементы со сложной формой и плотной компо­
новкой большого количества составных частей.
Ключевые особенности NX:
- поддержка разных операционных систем, включая UNIX, Linux,
Mac OS X и Windows;
- одновременная работа большого числа пользователей в рамках
одного проекта;
- полнофункциональное решение для моделирования;
- продвинутые инструменты промышленного дизайна (свободные
формы, параметрические поверхности, динамический рендеринг);
- инструменты моделирования поведения мехатронных систем;
- глубокая интеграция с PLM-системой Teamcenter.

CATIA
Система автоматизированного проектирования от компании
Dassault Systemes, ориентированная на проектирование сложных
комплексных изделий, в первую очередь в области авиастроения и
кораблестроения.
Отличительные особенности:
- стандарт «де факта» в авиастроении;
- ориентация на работу с моделями сложных форм;
- глубокая интеграция с расчетными и технологическими системами;
- возможности для коллективной работы тысяч пользователей
над одним проектом;
- поддержка междисциплинарной разработки систем.
67

Облачные САПР
В последнее время активно начали развиваться «облачные»
САПР, которые работают в виртуальной вычислительной среде, а не
на локальном компьютере. Доступ к этим САПР осуществляется либо
через специальное приложение, либо через обычный браузер. Неоспо­
римое преимущество таких систем - возможность их использования
на слабых компьютерах, так как вся работа происходит в «облаке».
Облачные САПР активно развиваются, и если несколько лет на­
зад их можно было отнести к легким САПР, то теперь они прочно
обосновались в категории средних САПР.

Fusion 360
САПР Fusion 360 ориентирована на решение широкого круга за­
дач, начиная от простого моделирования и заканчивая проведением
сложных расчетов. Разработчик системы - компания Autodesk.
Особенности Fusion 360:
- продвинутый интерфейс пользователя;
- сочетание разных методов моделирования;
- продвинутые инструменты работы со сборками;
- возможность работы в онлайн и оффлайн режимах (при нали­
чии и отсутствии постоянного подключения к сети Интернет);
- доступная стоимость приобретения и содержания;
- расчеты, оптимизация, визуализация моделей;
- встроенная САМ-система;
- возможности прямого вывода моделей на ЗБ-печать.

Onshape
Полностью «облачная» САПР Onshape разрабатывается компани­
ей Onshape.
На что стоит обратить внимание при выборе Onshape:
- доступ к программе через браузер или мобильные приложения;
- работу только в режиме онлайн;
- узкую направленность на машиностроительное проектирование;
- полный набор функций для моделирования изделий машино­
строения;
- контроль версий создаваемых проектов;
- поддержку языка FeatuFeScript для создания собственных при­
ложений на основе Onshape.
68

Выводы
В настоящее время на рынке присутствуют самые разные совре­
менные CAD системы, которые отличаются между собой как по функ­
циональности, так и по стоимости. Выбрать подходящую систему ав­
томатизированного проектирования среди многих CAD - непростая
задача. При принятии решения необходимо ориентироваться на по­
требности предприятия, задачи, которые стоят перед пользователя­
ми, стоимость приобретения и содержания системы, и многие другие
факторы.

69

8. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
В Т -FLEX CAD
8.1. Основные термины и понятия ЗБ-моделирования
T-FLEX CAD это система параметрического твердотельного и
поверхностного моделирования. Оснащена самыми современными
инструментами для создания моделей различной сложности. Поддер­
живаемый экспорт и импорт геометрических данных в распростра­
ненных форматах облегчает взаимодействие с большинством других
CAD-систем.
T-FLEX CAD также включает в себя полную линейку инструмен­
тов для 20-моделирования и черчения, соответствующих различным
национальным и международным стандартам черчения.
Модель в T-FLEX CAD представляет собой набор связанных или
несвязанных геометрических компонентов. Ниже показаны основ­
ные элементы топологии, образующие любой геометрический объект
в T-FLEX CAD.
Твердое тело (Solid Body), как н а рис. 8.1, а, представляет собой
совокупность геометрических объектов - вершин, ребра и грани,
составляющих замкнутый связный объем. А простейшее твердое
тело можно определить, заметая ограниченную поверхность или
контур.
Листовое тело (Sheet Body), как на рисунке 8.1, б, представляет
собой набор геометрических объектов - вершины, ребра и грани, со­
ставляющих замкнутую связную площади и не составляют объема.
Ребро - это сегмент кривой, ограниченный двумя вершинами.
Замкнутое ребро может содержать только одну вершину. Примеры
ребер представлены на рис. 8.2.
Плоскость (Face) - это ограниченный участок поверхности. Гра­
ница представлена петлями. Одна грань может иметь неограничен-

А - Твердое тело

Б - Листовое тело

Рис. 8.1: а - т ело твердое; б - т ело листовое

70

V ertex

Inner loop

Face

Outer loop

Рис. 8.3. З ам кн ут ая плоскость,
сост оящ ая из зам кнут ого объема,
т акого к а к полная сфера

ное количество петель. Плоскость может быть без петель. Н а рис. 8.3
показан случай замкнутой плоскости, состоящей из замкнутого объ­
ема, такого как полная сфера.
8.2. Основные геометрические термины
b T-FLEXCAD
Все геометрические объекты в T-FLEX CAD можно разделить на
четыре основные группы по типу геометрии объекта*
-п ер вая группа является простейшим объектом в трехмерном
пространстве является трехмерная точка, которая имеет только одно
свойство, а именно размещение координат. Она может быть опреде­
лена ЗБ-узлом, ЗБ-верншной, параметром «размещения» на кривой
или поверхности, характерным свойством местоположения внутри
объекта, например, на оси вращения, в центре дуги или сферы, в пе­
ресечение объектов и т. д.;
- вторая группа объектов - «проволочная» геометрия, объекты,
обладающие основным свойством длины. К ним относятся все линей­
ные объекты, а также ребра, ЗБ-пути, петли и ЗБ-профили;
- третья группа включает все объекты, которые характеризуются
площадью. Эти объекты будут называться «листовой» геометрией и
включать в себя все виды поверхностей, листовых тел, граней и зам­
кнутых ЗБ-профилей. Объект листа может быть создан с помощью
большинства ЗБ-операций;
- в четвертую группу входят все твердые тела.
71

8 .3 . П о с т р о е н и е о б ъ е к т о в в 3 D

Рабочая плоскость - это вспомогательный элемент трехмерной
конструкции, визуализирующий абстрактное понятие геометри­
ческой плоскости. Основное назначение рабочей плоскости - пере­
нос двухмерных объектов рисования в трехмерное пространство.
Такие объекты используются для создания на их основе плоских
ЗВ-элементов построения (таких как ЗБ-узлы, ЗБ-профили, ЗБ-пути
и т. д.). Каждая рабочая плоскость связана с определенной эскизом
2В-чертежа. Можно сказать, что рабочие плоскости обеспечивают
связь между эскизами 2Б-чертежа и трехмерным пространством.
Кроме того, рабочие плоскости используются как вспомогатель­
ные элементы в различных ЗВ-операциях. Например, они помогают
создать секущую плоскость внутри тела в операции «Разрез по сече­
нию» или позиционировать секущую плоскость при создании сече­
ния. Нормаль к рабочей плоскости можно использовать для опреде­
ления направления экструзии или оси вращения и т. д.
Все рабочие плоскости в Т-FLEX САБ разделены на две группы: стан­
дартные и вспомогательные. Первые являются рабочими плоскостями
Т-FLEX САБ, которые совпадают или параллельны одной из главных
координатных плоскостей мировой системы координат (XY, YZ, ZX).
Такие рабочие плоскости обычно используются для создания базовых
ЗВ-конструкций. Однако для создания полной ЗВ-модели использова­
ния только стандартных рабочих плоскостей может быть недостаточно,
что требует применения вспомогательных рабочих плоскостей. Послед­
ние создаются на основе других 2Б- и ЗВ-элементов: уже существующих
рабочих плоскостей, вершин, ребер и граней ЗВ-тел, 2В-проекций и т. д.
T-FLEX САВ предоставляет специальную команду для создания
рабочих плоскостей, которая позволяет создавать различные типы
рабочих плоскостей. Кроме того, в системе предусмотрены механиз­
мы, ускоряющие создание рабочих плоскостей и рисование на них:
создание рабочих плоскостей в «прозрачном режиме» и рисование
непосредственно в ЗВ-сцене в режиме активной рабочей плоскости,
создание рабочих плоскостей параллельно уже существующим рабо­
чим плоскостям с помощью специальных манипуляторов.
8.4. Основные трехмерны е операции, применимые
для компетенции «Инженерное мышление»
Результатом выполнения базовой операции является твердое тело.
Часть операций создается на основе вспомогательных ЗВ-элементов
72

Таблица 7
Основные ЗО-операции
В ы т алкивание. Результатом выполнения
данной операции является тело, образую­
щееся при поступательном перемещении
контура вдоль указанного направления. Вы­
талкивание можно производить не только
по вектору выталкпзааил, но и по нормали
к поверхности в одну или в обе стороны. Та­
ким образом, можно придать толщину любой
грани
Вращ ение. Результатом выполнения данной

операции является тело, образующееся при
вращательном перемещения контура вокруг
пространствеяьсп оси на заданный угол.
Плоскость профиля может располагаться
произвольным образом относительно оси.
Профиль ие должен пересекать ось враще­
ния
Б улева операция. Предназначена для созда­
ния нового тела на основе комбинирования
двух уже существующих тел. Указывается
тип операции: объединение, вычитание или
пересечение
О бъединение

В ы ч итани е

П ересечение

С глаж ивание. Операция, которая позволяет
модифицировать уже созданное тело, за счет
сглаживания его вершив, ребер и граней.
Позволяет снималI фаску, скруглять ребра
переменным радиусом
Тело по т раект ории. Операция, позволяю­
щая создавать тела, поверхность которых об­
разуется в результате перемещения профиля
произвольной формы вдоль пространствен­
ной кривой. При движении 31)-профшш по
траектории можно управлять его кручением
относительно оси траектории и масштабиро­
ванием________________________________
Тело по т раект ории с парамет рическим
изменением проф иля Операция, служащая

для расширения возможностей операции
«Тело по траектории». Профиль формирует­
ся таким образом, что при изменении одной
переменной меняется его положение и гео­
метрия. Указывает»’! диапазон изменения
значении переменной
73

Окончание табл. 7
Спираль. Операция, позволяющая создавать

тела в виде спирали. В качестве образующего
контура можно использовать профиль про­
извольной формы. Данную операцию можно
использовать для моделирования резьбы
П руж ина. Операция, позволяющая созда­
вать тела - пружины. От операции «Спи­
раль» отличается формированием начальной
и конечной часгей спирали В качестве обра­
зующего профиля используется окружность

*$№@)
t-

К аркасная поверхность. В результате вы­

полнения этой операции формируется по­
верхность по выбранным пространственным
кривым (ЗЛ-путям или ЗЛ-профнллм). Наоснове полученной поверхности можно создать
ЗЛ-профнль, ее также можно использовать
в операции «Отсечение». С помощью опера­
ции «Выталкивание» каркасной поверхно­
сти можно придать толщину
Оболочка. Операция делает деталь полой,
удаляя выбранные грани и формируя тонкие
стенки на остальных гранях. Можно создать
полое тело и без удаления грани
Трубопровод. Операция предполагает фор­
мирование трубы вдоль пространственной
траектории (ЗЕ)-пути). Задается диаметр тру­
бы и диаметр отверстия. Отверстие в трубе
может отсутствовать
Отверстие.. Операция, позволяющая соз­
давать стандартные отверстия. Работает
вместе со специальной параметрической би­
блиотекой отверстий, согласованной с совре­
менными стандартами. Команда позволяет
одновременно создавать наборы отверстий и
отверстия в нескольких телах, а также резь­
бовые отьерстиг,

Л

«=%

построения, другие предназначены для изменения геометрии суще­
ствующих твердых тел (операций). Любая ЗБ-модель представляет
собой комбинацию различных операций. В табл. 7 приведены основ­
ные ЗБ-операции, рекомендуемые к применению в решении постав­
ленных задач компетенцией «Инженерное мышление», их описание
и результат их выполнения,
74

8 .5 . С о з д а н и е 3 D -c6 o p o K

Трехмерная сборка в T-FLEX CAD - это модель, которая вклю­
чает в себя геометрию других ЗБ-моделей, хранящихся в отдельных
файлах. Компонентом сборки может быть ЗО-модель, созданная
в T-FLEX САО, или модель из другой системы, импортированная
в T-FLEX САО в одном из поддерживаемых форматов обмена дан­
ными. Чтобы было ясно, инженер может думать о сборке (по ее опре­
делению) как о модели, построенной из элементов-операций в одном
документе, а не состоящей из отдельных файлов деталей. T-FLEX
CAD поддерживает такую функциональность. Однако мы не будем
называть такой документ сборкой, так как он не относится к геоме­
трии, взятой из других документов.
Документ сборки всегда поддерживает отношения с документами
элементов (деталей) сборки. При работе со сборкой система посто­
янно отслеживает состояние задействованных файлов. В случае из­
менений в файле компонента сборки система запрашивает у пользо­
вателя обновление данных. Каждый обновленный компонент будет
регенерирован и повторно загружен в сборку. Сборка не может ис­
пользоваться без своих компонентов, при этом каждый файл, уча­
ствующий в сборке, может быть полностью самостоятельным доку­
ментом и в свою очередь быть самой сборкой. Количество уровней
вложенности подсборок в системе не ограничено.

Использование параметрических моделей
Любая модель в T-FLEX CAD может быть построена таким обра­
зом, что ее можно модифицировать с помощью переменных. Исполь­
зование такой модели в качестве компонента сборки дает значитель­
ные преимущества Это особенно эффективно, когда такая модель вво­
дится несколько раз в одну или несколько сборок с разными наборами
значений внешних переменных. Один и тот же файл параметрической
детали может обслуживать сразу несколько сборок. Параметрически­
ми компонентами сборки можно управлять из документа сборки.
Существует два основных метода создания сборки, отличающихся
способом создания компонентов.
Во многих случаях удобно взять уже готовую модель и вставить
ее в сборку, задав ее положение в сборке. Такой прием проектирова­
ния сборки условно называют «снизу вверх». В этой структуре компо­
ненты сборки T-FLEX называются ЗБ-фрагментами. Такой подход
удобен для проектирования сложных узлов или унифицированных
75

механизмов, состоящих в значительной степени из стандартных
деталей. Неотъемлемые преимущества этого подхода заключаются
в следующем:
- проектирование деталей в отдельном файле позволяет упро­
стить и разделить общий процесс проектирования сложного изделия;
- одни и те же ЗБ-фрагменты доступны для повторного использо­
вания в различных сборках и включения в библиотеки часто исполь­
зуемых параметрических ЗБ-фрагментов;
- ЗВ-фрагменты могут быть созданы с возможностью автоматиче­
ского позиционирования в пространстве на основе 2Б-фрагментов и
рабочей плоскости (так называемая раскладка).
Тем не менее зачастую проще и понятнее спроектировать деталь,
если у вас есть представление о ее положении в сборке и ее размере
на основе геометрических элементов других деталей в сборке. Назо­
вем этот прием проектирования «сверху вниз», а компоненты сборки,
геометрическая основа которых находится внутри этой самой сбор­
ки, - детали. Сборочная модель может быть создана «с нуля», так как
инженер определяет общую компоновку сборочной единицы. На сле­
дующем этапе идентифицируются и уточняются отдельные элемен­
ты либо в отдельных файлах, либо в контексте сборки. Такой подход
в ряде случаев упрощает определение привязанностей элементов друг
к другу, обеспечивая параметрические отношения между ними. Ис­
пользование метода «сверху вниз» иногда позволяет избежать исполь­
зования внешних переменных. Параметры детали в этом случае опре­
деляются ссылками. Изменения на нижних уровнях иерархии связан­
ных деталей вызывают автоматическую корректировку всех дочерних
деталей в сборке. Кроме того, значения исходных параметров модели
могут быть получены непосредственно из контекста сборки на основе
эталонных элементов. Например, можно сделать отверстия в крышке
на основе отверстий в корпусе. Таким образом, инженер имеет дело
с элементами, принадлежащими фрагментам, при этом видя окруже­
ние детали и имея доступ к элементам, принадлежащим сборке. Этот
режим в дальнейшем будем называть работой в режиме сборки.
Неотъемлемая разница двух подходов не запрещает использовать
оба подхода при создании сборочных документов.
При подходе «отдетали к сборке» сборка состоит из ЗБ-фрагментов.
В данном случае подразумевается, что основная работа по созданию
модели детали уже сделана, осталось только ее собрать. Основные
этапы сборки ЗБ-фрагмента следующие:
- выберите файл ЗБ-модели для использования в качестве
ЗБ-фрагмента;
76

- прикрепите ЗБ-фрагмент к сборочной модели;
- определить значения внешних переменных и параметров фраг­
мента.
Для вставки ЗВ-модели фрагмента в сборочную модель необходи­
мо определиться с приставкой. Присоединение ЗБ-фрагмента озна­
чает определение двух систем координат - исходной и целевой. Одна
из систем относится к ЗВ-фрагмешу, а другая - к сборке. Позицио­
нирование геометрии ЗВ-фрагментов полностью определяется в про­
странстве при наложении исходной системы координат на целевую.
Исходная и целевая системы координат обычно представляются пу­
тем назначения или явного создания локальной системы координат
(ЛСК) во время сборки ЗБ-фрагмента. Если LCS не указана, вместо
нее используется мировая система координат.
В сложных случаях, когда фиксация по системам координат не
может обеспечить корректное позиционирование ЗБ-фрагмента, ре­
комендуется использовать механизм сопряжений.
Существует еще один способ определения положения ЗБ-фрагмента
на основе 2В-фрагмента. Это техника называется «макет». В этом
случае ориентация ЗБ-фрагмента осуществляется по вектору фикса­
ции 2Б-фрагмента. Вектор фиксации должен ссылаться на рабочую
плоскость. Это приводит к двум системам координат. Исходная систе­
ма определяется на основе вектора фиксации и связанной с ним ра­
бочей плоскости в документе фрагмента Целевая система координат
будет определена на основе конечного положения вектора фиксации
на странице сборочного чертежа и выбранной рабочей плоскости.
Ось X системы координат совпадает с вектором привязки и ле­
жит в рабочей плоскости. Ось Z перпендикулярна рабочей плоскости.
Ось Y является перекрестным произведением двух. Таким образом,
для присоединения не создается новая LCS. Трехмерные данные для
ЗБ-фрагмента загружаются из того же файла 2В-фрагмента. Это оз­
начает, что 2В-фрагмент используется для создания плана (черте­
жа), а ЗВ-фрагмент - для построения трехмерной модели. Этот при­
ем удобен в некоторых особых проектных случаях, когда нужно раз­
местить несколько объемных объектов на одном уровне (плоскости).
Это может быть, например, задача расстановки мебели в помещении
или оборудования в мастерской. В этом случае можно управлять раз­
мещением трехмерных объектов прямо из чертежа, перемещая соот­
ветствующие 2В-фрагменты в плане, как показано на рис. 8.4.
Если 2В-фрагмент создается на странице без рабочей плоскости,
то система автоматически выполнит трансформацию для переноса
оси X по странице выбранной рабочей плоскости. Между тем фикси77

Рис. 8.4. Размещ ение т рехмерных объектов

рующий вектор можно представить так, как если бы он был перене­
сен на страницу рабочей плоскости с теми же координатами на стра­
нице, что и на исходной странице документа Эта возможность также
может быть успешно использована при создании общих сборочных
чертежей.
8.6. Инструменты для работы со сборочными элементами
Принципиально новым инструментом, который был реализован
в системе T-FLEX CAD 16, стал механизм ссылочных элементов. Он
является общесистемным, то есть может использоваться при реше­
нии самых различных прикладных задач. Механизм обеспечивает
управление заимствованной геометрией - созданием, хранением,
обновлением, заменой и т. д. Объект любого типа теперь может соз­
даваться на основе «чужой» геометрии. Это может быть точка, ребро,
грань, система координат, рабочая плоскость, тело или любой другой
объект модели.
Механизм ссылочных элементов обеспечивает обработку ошибок
в случае удаления или любой другой потери связи с элементом-источ­
ником. Ссылочный элемент хранит собственную копию геометрии,
что позволяет избежать проблем, которые могли бы быть вызваны
такой потерей связи. Благодаря режиму «асинхронного» пересчета
ссылочных элементов обеспечивается отсутствие проблем при уста­
новке рекурсивных взаимосвязей между элементами модели.
78

Окно «Структура сборки» стало единым центром управления как
составом сборочных моделей, так и средством управления данными
при работе под управлением системы, обеспечивающей коллектив­
ную работу с данными об изделии. Оно позволяет раскрыть дерево
компонентов сборки (фрагментов) на произвольную глубину. При
выборе элемента в структуре выполняется пометка эл ементов данно­
го фрагмента в ЗС-сцене, а на соответствующих вкладках окна ото­
бражаются параметры вставки этого фрагмента. К таким параметрам
относятся; значения внешних переменных, использованных при
вставке; геометрические (адаптивные) параметры фрагмента; ссы­
лочные элементы, используемые этим фрагментом. Список ссылоч­
ных элементов является принципиальным нововведением T-FLEX
CAD 16. Он позволяет пользователю отследить, как геометрия эле­
ментов передается от одного элемента сборочной модели другому
Команды контекстного меню списка ссылочных элементов позволят
найти файл - источник этих данных, открыть его или показать эле­
мент, с которого заимствована геометрия ссылочного элемента При­
мер окна «Структура сборки» показан на рис. 8.5. Контекстное меню
обеспечивает возможность выполнения всех действий, которые мо­
гут быть полезными для управления составом сборки.
Окно «Структура сборки» позволяет отображать различные дан­
ные фрагментов в соответствующих колонках. Пользователь имеет
возможность включать и выключать отображение этих колонок по

О® !
Рис. 8.5. П ример окна «С т рукт ура сборки»

79

своему усмотрению. Настройки колонок сохраняются для использо­
вания в последующих, сеансах работы.
«Редактирование в контексте сборки» - это метод работы, при
котором можно редактировать компоненты сборочных моделей не­
посредственно в окружении сборки. При его использовании переход
к редактированию подсборки или детали выполняется «прозрачно»,
без открытия новых окон документов.
Процесс редактирования документов фрагментов в контексте
сборки может быть запущен из любого места - из SD-сцены при вы­
боре тела, из окна SD-модель, из нового окна «Структура сборки». Во
всех случаях для этого в контекстном меню будет доступна команда
«Открыть в контекеге сборки». Н а рис. 8.6 наглядно показано, как
можно редактировать детали в контексте общей сборки.
Редактирование в контексте сборки может выполняться не толь­
ко для существующих документов, но и для вновь создаваемых. Для
этого можно воспользоваться командой «Создать ЗП-фрагмент», ко­
торая доступна в контекстном меню элементов структуры сборки. По
этой команде появляется обновленный диалог создания документа,
в котором кроме стандартных опций имеется флажок «Редактиро­
вать в контексте». В случае его установки система сразу переходит
в режим редактирования нового документа в контексте сборки.

Рис. 8.6. Редакт ирование дет али в конт екст е общей сборки

80

При редактировании в контексте может выполняться редактиро­
вание одновременно нескольких документов без их обязательного со­
хранения. Таким образом, пользователь может выполнять доработки
сразу нескольких моделей, даже при наличии взаимного влияния.
Для заимствования геометрии с вышестоящих, нижестоящих или
«параллельных» компонентов сборки пользователь может запустить
новую команду «Создать ссылочный элемент» и выбрать нужный
элемент для заимствования, а также задать требуемые опции обнов­
ления заимствованной геометрии. Кроме того, можно воспользовать­
ся специальной панелью опций, которая появляется при редактиро­
вании в контексте в правом верхнем углу рабочего окна, позволяя
управлять прозрачным режимом выбора элементов сборки.
8.7. Двухмерная проекция.
Создание 2D-чертежа из ЗВ-модели
2Б-проекция - это двухмерное изображение, расположенное
в 2D -0K H e, полученное путем проецирования трехмерной модели
или ее выделенной части на заданную плоскость. Проекции можно
использовать для создания необходимых видов на 20-чертеже с по­
следующим их декорированием, а также для получения локальных
видов и разрезов. Можно проецировать целые тела или даже группы
тел, а также отдельные элементы модели, такие как грани или ребра.
Если необходимо работать с большими ЗБ-моделями, нужно исполь­
зовать метод создания 2Б-проекций в отдельном файле. Проециро­
вание также активно применяется в трехмерном моделировании для
рисования на активных рабочих плоскостях, привязанных к тополо­
гии трехмерных объектов, например, к граням или ребрам.
T-FLEX CAD позволяет создавать 2П-проекции следующих типов:
- точный (линии изображения). Представляет собой набор гра­
фических линий;
- векторное изображение. Соответствует типу «Точный (Линии
изображения)», но в этом случае сами графические линии не созда­
ются, а проекция рисуется как картинка. Этот режим позволяет поль­
зователю сократить время генерации 20-проекции, а также умень­
шить использование памяти, необходимой для создания большого
количества графических строк;
- затенение. Рисуется в виде штриховки, соответствующей одно­
именному режиму в 3D-oHHe;
-рендеринг. Рисуется в виде рендеринга, который соответствует
одноименному режиму в ЗБ-окне;
81

- каркас. Рисуется в виде каркаса, что соответствует одноимен­
ному режиму в ЗБ-окне. В этом режиме доступен параметр «Удалить
скрытые линии» в зависимости от того, осуществляется удаление
скрытых линий или нет.
Проекции типов «Точная (линии изображения)», «Затенение»,
«Визуализация», «Каркас» имеют следующие ограничения:
- невозможно скрыть (удалить) отдельные элементы (линии) про­
екций или изменить их параметры;
- невозможно проецировать ЗВ-элементы конструкции (ЗВ-дорожки, ЗВ-профили). Для проецирования могут быть выбраны только тела
(операции).
Все типы 2Б-проекций поддерживают создание сервисных эле­
ментов на основе типов проекций. Н а проекции типа «Точная (ли­
нии изображения)» сервисные элементы прикрепляются к линиям
проекции, для остальных типов проекций - сервисные элементы
прикрепляются непосредственно к элементам ЗБ-модели.
Прежде чем приступить к созданию чертежей с помощью про­
екций, рекомендуется определиться с форматом чертежа, сколько
страниц он будет занимать и какой будет масштаб на каждой стра­
нице. Все эти параметры определяются на вкладке «Страница»
в команде «Настройка > Параметры документа». Каждая страни­
ца использует свои настройки. Настройки можно изменить в любое
время.
В большинстве случаев система пытается определить тип проекции,
создаваемой первым выбранным элементом. Например, если сечение
выбрано, система предложит создать разрез; при выборе люка откры­
вается вид на локальную область; подбор лица - общий вид и т. д.
Ниже представлен список с рекомендациями для создания
2Б-чертежа:
- определите точку привязки в 2Б-окне. Обычно вам нужно ука­
зать местоположение на чертеже через 2В-узел или свободную точку,
в которой должна быть создана проекция. В этом случае создаваемая
проекция отображается в виде прямоугольника, указывающего гра­
ницы проекции;
- выберите сечение, которое будет использоваться на проекции.
Этот шаг необходим при создании локального вида или разреза;
- выберите тела для раздела. Этот шаг необходим при создании
локального вида или разреза, затрагивающего только выбранные
элементы проецируемой модели;
выберите элементы модели для проецирования. По умолчанию
вся ЗБ-сцена проецируется в ее текущем состоянии; однако также
82

возможно проецировать отдельные тела, операции или определен­
ные элементы топологии (грани, ребра);
- задайте параметры проекции. Некоторые свойства, такие как
масштаб, можно указать в диалоговом окне «Параметры 2Б-проекции»
или в окне свойств;
- выберите тип создаваемой 2Б-проекции: «Точная (линии изобра­
жения)», «Векторное изображение», «Затенение», «Визуализация»,
«Каркас»;
- подтвердите ввод. Как и в любой ЗБ-команде, создание элемен­
та должно быть подтверждено при конкурентном определении всех
параметров;
- самый простой способ быстрого получения чертежей ЗБ-моделей
- создание одной из нескольких стандартных проекций (часто этого
бывает достаточно). Для удобства возможность создания трех наибо­
лее часто используемых стандартных видов выделена в специальной
команде, таких как вид с лицевой стороны («спереди»), вида в плане
(«сверху») и вида сбоку («слева»);
- для создания набора стандартных видов можно определить про­
извольное количество стандартных представления;
- для создания разреза необходимо, во-первых, подготовить эле­
менты; во-вторых, заранее создать либо ЗБ-сечение, либо 2Б-сечение
на чертеже.
8.8. Анимация в системе T-FLEX
Средства анимации - эффективный механизм, помогающий как
при проектировании изделия, так и при наглядном представлении
работы отдельных узлов либо всего механизма в целом. С помощью
анимации можно анализировать поведение кинематических меха­
низмов и взаиморасположение деталей сборочных конструкций. Си­
стема T-FLEX CAD обладает уникальными возможностями в обла­
сти создания и управления анимацией 2D-чертежей и ЗБ-моделей.
Принцип построения параметрической модели обеспечивает про­
стой и гибкий механизм ее изменения, что в свою очередь позволяет
реализовать функции анимации без дополнительных затрат.
В системе T-FLEX есть команда «Управление разборкой», которая
работает только с ЗБ-объектами и предназначена для создания ани­
мации, основанной на механизме ЗБ-преобразований.
Любой объект в ЗБ-сцене имеет шесть степеней свободы: три по­
ступательных и три вращательных. Преобразование ЗБ-объекта по­
зволяет задействовать один из этих параметров либо их группу. Вы­
83

полняя выбранные преобразования, пользователь перемещает или
вращает объект относительно выбранной оси. В команде «Сценарий
разборки» находится интерфейс, который позволил в явном виде за­
давать зависимость этих преобразований от времени.
Рассмотрим работу команды более подробно.
При создании новой анимации разборки первым шагом должен
быть выбран объект/объекты в 3D-сцене для выпел нения преобразо­
вания. Таким образом, создается 1-я стадия разборки - первый про­
межуток времени анимации - и устанавливается время выполнения
этой стадии (время, в течение которого преобразование будет выпол­
няться). Запуск команды Управление разборкой» показан на рис. 8.7.
Например, мы выбрали винт, который крепит колесо к раме, и по­
ворачиваем его вокруг своей оси на заданный угол, имитируя вывин­
чивание винта из рамы. Время стадии установим равным 2 секунды.
Это значит, что винт будет выкручиваться из рамы в течение 2 секунд.
Интерфейс команды «Управление разборкой» изображен на рис. 8.8.
Каждая стадия может состоять из набора действий, которые вы­
полняются параллельно друг другу. Под действием понимается вы­
полнение преобразования объекта (перемещение или вращение, или
их набор). То есть в течение заданных 2 секунд винт должен не толь­
ко вращаться, но и перемещаться. Тшшм образом, в стадию попадает
еще одно действие.
Стадий при создании сценария анимации разборки может быть
сколько угодно, так же как и действий внутри одной стадии.
В результате получается последовательность стадий, время кото­
рых складывается, и формируется единая анимация.
T -flfX CAD *64 - СЛРгодгагл Files (х86ЛТ*П£Х\Примеры 3D 1A 3 D С6ор«и\Родипз«ме кс
0*Ал

Преям

Построен*

^ С г в 'с З '
Joо—

Чертеж

Опер но*

Оформление

to-iT;*» :

ЧПУ Амелю

Параметре*

т-

(jpenc

Нестройке

Вц*

0* ,Слм^ “
г-

Рис. 8.7. Запуск команды •Управление разборкой»
84

Окно

f

|

Рис. 8.8. И нт ерфейс ком анды «Управление разборкой *

Стадии и действия можно именовать. Стадии могут копироваться,
перемещаться вверх или вниз по сценарию - таким образом, пользо­
ватель получает возможность гибкого управления процессом созда­
ния анимации.
Самих сценариев анимации разборки в модели также может быть
сколько угодно. Кроме того, любой сценарий может быть «поднят»- из
файла уровнем ниже, то есть если во фрагменте сборки записан сце­
нарий анимации то его можно проигрывать и в сборочной модели.
Анимация проигрывается с помощью удобного плеера. Существует
возможность прокрутки анимации в ручном режиме для более деталь­
ного просмотра или быстрого перехода к нужному отрезку времени.
Существует возможность экспорта сценария анимации в один из
следующих форматов: PDF, VRL, X3D-, POV, U3D-.
8.9. Создание спецификаций в системе T-FLEX CAD
Спецификация - это текстовой конструкторский документ, содер­
жащий перечень всех составных частей сборочной единицы, а также
конструкторских документов, относящихся к этому изделию и его не­
специфицируемым составным частям.
85

Создание спецификации предполагает образование текстового
документа, который по выбору пользователя может располагаться
на том же листе, где находится сборочный чертеж, или на отдельных
листах документа. Кроме того, возможно получение спецификации
в отдельном документе T-FLEX CAD. Сборочный чертеж для созда­
ния спецификации может быть выполнен как в двухмерном виде, так
и в виде ЗБ-модели. Система работает так, что изменения сбороч­
ного чертежа автоматически отражаются в спецификации. В случае
необходимости со сборочным чертежом может быть связано неогра­
ниченное количество спецификаций. При увеличении количества
строк таблицы спецификации ее продолжение переносится на новую
страницу (создание многостраничных документов) либо в указанную
пользователем область текущего листа чертежа. Система допускает
добавление и заполнение строк таблицы пользователем в любом раз­
деле спецификации и редактирование записей, полученных автома­
тически на основе данных деталей сборочного чертежа.
Создание любой спецификации производится на основе указанно­
го пользователем прототипа Прототип является образцом, задающим
состав данных таблицы спецификации, правила сортировки записей,
параметры их форматирования. В поставку системы входят прототи­
пы всего набора спецификаций, предусмотренных стандартом ЕСКД.
Одним из этапов оформления сборочного чертежа является про­
становка позиций (рис. 8.9). Поскольку позиции непосредственно
связаны с таблицей спецификации, пользователю достаточно ука­
зать деталь в сборочном чертеже или соответствующую строку спец-

Рис. 8.9. Постановка позиций на чертеже
86

ификации и положение выноски позиции выбранного элемента. При
этом номер позиции проставляется на выносной полке автоматиче­
ски. Возможен также вариант объединения нескольких позиций од­
ной выноской. Если в состав сборочной конструкции или в специфи­
кацию вносятся какие-либо изменения, приводящие к обновлению
номеров позиций строк спецификации, то соответственно изменяют­
ся номера позиций деталей сборочного чертежа.
Список разделов спецификации по умолчанию соответствует ГОСТ
2.106-2019, но при необходимости может быть изменен или дополнен
пользователем. Раздел спецификации может включать неограничен­
ное количество подразделов. Система допускает добавление или уда­
ление элементов списка разделов на .тюбом уровне вложенности.
Использование параметров при создании чертежей в системе
T-FLEX CAD позволяет включать их значения в содержание спец­
ификации. Это означает, что при изменении парамегров чертежа
соответствующие изменения будут отражаться в его спецификации.
При проектировании трехмерных сборочных моделей в T-FLEX
CAD также можно автоматически создавать спецификацию, незави­
симо от того, создавались по этой модели двухмерные чертежи или
нет. При этом данные для спецификации, как и в двухмерном случае,
могут либо браться из трехмерных моделей деталей, либо вводиться
вручную. Если двухмерные чертежи были созданы на основе трех­
мерной модели, то при простановке позиций на таком чертеже стано-

Рис. 8.10. Создание таблицы спецификации
87

Рис. 8.11. Спецификация
вится доступной еще одна важная функция T-FLEX CAD. Как извест­
но, в программах твердотельного моделирования двухмерный чертеж
формируется в виде единого набора линий проекции. В этом наборе
линий большинство систем проектирования не могут однозначно вы­
делять отдельные детали, что существенно затрудняет точную про­
становку позиций. В системе T-FLEX CAD реализовано решение
задачи идентификации детали по указанной линии проекции, что
значительно облегчает процесс нанесения позиций спецификации.
При выборе элемента трехмерной сборки на двухмерном чертеже ав­
томатически подсветятся соответствующие линии проекций, и наобо­
рот, при простановке позиции в каком-либо месте чертежа-проекции
подсветятся трехмерная модель детали, а также соответствующая ей
строка спецификации, по которой будет определен номер позиции.
После проставления позиций на чертеже необходимо создать спец­
ификацию. Для этого в разделе спецификации нужно нажать на икон­
ку «Создать» и выбрать форму (рис. 8.10). После программа создаст
отдельный лист с заполненной таблицей спецификации (рис. 8.11).
88

9.
КУЛЬТУРА БЕЗОПАСНОГО ТРУДА
И БЕРЕЖЛИВОГО ПРОИЗВОДСТВА. СИСТЕМА 5С
По анализу возможных потерь на производстве или в офисе одна
из основных причин их возникновения - безграмотная, непродуман­
ная, халатная организация рабочего места или процесса, которые
требуют от персонала избыточных действий. Для устранения этих
проблем существуют несколько распространенных систем, одна
из которых - система 5С, которая позволяет организовать рабочее
пространство, обеспечивающее безопасное и эффективное выпол­
нение работ. Система получила название от первых букв пяти слов:
Сортируй, Соблюдай порядок, Содержи в чистоте, Стандартизируй,
Совершенствуй.
Система 5С является эффективным методом организации рабо­
чих мест и помогает создать оптимальные условия для выполнения
операций и экономии ресурсов. Это важно в том числе для организа­
ции правильного обучения студентов работе на площадке. Внедре­
ние системы происходит по шагам.
Шаг 1: Сортировка
Цель - освободить рабочее пространство от ненужных предметов,
организовать наглядное и эффективное производство.
Задача - классификация предметов по степени их необходимости
на рабочих местах. Все предметы в рабочей зоне разделяются на три
категории в зависимости от частоты их использования: ненужные,
не нужные срочно и нужные (табл. 8). В зависимости от частоты ис­
пользования предмета принимается решение о необходимости его
хранения.
Начните внедрение системы 5С с проведения генеральной убор­
ки. Это позволит быстро освободиться от существенной части грязи,
мусора, ненужных документов, «черновиков» и пр. С особенной тща­
тельностью проверьте типичные места скопления ненужных предме­
тов, организуйте «Зону карантина» - место для временного хранения
ненужных предметов, ожидающих решения о целесообразности их
нахождения на территории данного участка (рабочего места), обо­
значенное цветовой маркировкой красного цвета и информационной
табличкой «Зона карантина».
Шаг 2: Соблюдение порядка
Цель - рационально разместить предметы и обеспечить надежный
и безопасный доступ к инструменту, материалам или оборудованию.
Сделать визуализацию так, чтобы брать и класть предметы на место
было легко и безопасно.
89

Таблица 8
Категории предметов и частота их использования в системе 5С
Частота использования предмета
Категория Решение о хранении
Низкая не использовался в течение по­ Ненужный удалить
следнего года
хранить вне ра­
использовался только один раз в
бочей зоны на из­
течение последних 3-12 месяцев
вестном расстоя­
нии
удалить
не используется в технологиче­
ском процессе
Средняя использовался только один раз в Не нужный хранить в преде­
течение последних 2-3 месяцев
срочно лах рабочей зоны
на среднем рассто­
используется более 1 раза в год
янии
Высокая используется один раз в неделю
Нужный хранить близко к
рабочей зоне либо
используется ежедневно
носить при себе
используется ежечасно

Задача - стандартизировать работу (расположение предметов,
транспортировку изделий, хранение запасов, обслуживание кли­
ентов). Рациональное расположение предусматривает применение
средств визуального управления для информирования о местонахож­
дении предметов.
Шаг 3: Содержание в чистоте
Цель - содержание рабочих производственных и офисных
помещений в чистоте. Устранение неисправностей для поддержания
комфортных и безопасных рабочих мест.
Задача - ре 1улярная проверка своего рабочего места для поддер­
жания порядка; проверка исправности оборудования. Привлечение
к устранению неполадок соответствующих служб.
Шаг 4: Стандартизация
Цель - зафиксировать достижения и предотвратить откат
к предыдущей ситуации, когда рабочие места постепенно будут при­
ходить в состояние хаоса.
Задача - самые эффективные решения, найденные в ходе преды­
дущих шагов, необходимо закрепить стандартом рабочего места. Раз­
работать оптимальные приемы работы, обслуживания оборудования
и техники с использованием визуального контроля.
Главная трудность при внедрении системы 5С на площадке - до­
вести до автоматизма стандарты работы и организации на площадке.
90

Эффективным приемом при внедрении 5С могут стать фотографии
рабочих зон до и после введения новых правил.
При наличии стандарта рабочего места новые сотрудники бы­
стрее и успешнее адаптируются, будет легче выявить существующие
проблемы и проанализировать их, а также поддерживать качество и
безопасность работы.
Примеры основных средств стандартизации и визуального кон­
троля: информационный стенд; указания, где должны находиться те
или иные предметы; знаки обозначения оборудования; предостере­
жения и оперативные напоминания; краткие инструкции, памятки,
схемы, знаки визуализации.
Шаг 5: Совершенствование
Цель - поддержание выполнения установленных процедур пер­
вых четырех этапов - 4С, чтобы предотвратить откат назад.
Задача - обеспечить условия, при которых поддержание порядка
и дисциплины сулят больше выгоды нежели их отсутствие. Совер­
шенствование - это личная инициатива людей, которая может про­
являться только в их поведении. Наиболее эффективными являются
оценка руководителя и лозунги, которые напоминают правила орга­
низации труда, например: «Клади вещи на то место, где ты их взял»;
«Не захламляй рабочее место»; «Чисто не там, где убирают, а там, где
не мусорят»; «Работай только надежным и проверенным инструмен­
том»; «Ликвидируй источники загрязнения».

91

10. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ
ДЕМОНСТРАЦИОННОГО ЭКЗАМЕНА С ПРИМЕНЕНИЕМ
СТАНДАРТОВ КОМПЕТЕНЦИЙ АГЕНТСТВА РАЗВИТИЯ
НАВЫКОВ И ПРОФЕССИЙ
Демонстрационный экзамен проводится с целью определения
у студентов и выпускников уровня знаний, умений, навыков, по­
зволяющих вести профессиональную деятельность в определенной
сфере и (или) выполнять работу по конкретным профессии или спе­
циальности в соответствии со стандартами компетенций Агентства
развития навыков и профессий.
Включение формата демонстрационного экзамена в процедуру
государственной итоговой аттестации обучающихся профессиональ­
ных образовательных организаций - это модель независимой оценки
качества подготовки кадров, которая способствует решению задач
системы профессионального образования и рынка труда без прове­
дения дополнительных процедур.
На экзамене моделируется реальная производственная ситуация,
где задачей выпускника является демонстрация на практике своих
умений и навыков. В данном случае такой формат полностью отли­
чается от традиционных экзаменов «по билетам».
Оценивают выпускников независимые эксперты, не имеющие от­
ношения к образовательному учреждению.
От сдачи экзамена освобождаются победители и призеры чемпи­
онатов, доказавшие свой профессионализм по стандартам компетен­
ций Агентства развития навыков и профессий.
Экспертов на экзамене должно быть три или больше (в зависимо­
сти от числа студентов).
Студенты при сдаче экзамена кроме обычного диплома получают
«паспорт компетенций» (Skills Passport), а информация о них зано­
сится в базу данных молодых профессионалов. С ее помощью пред­
приятия могут найти новых рабочих и специалистов.
По результатам прохождения демонстрационного экзамена участ­
ник получает доступ к Skills Passport (Паспорт компетенции). Стан­
дартная «печатная» версия документа содержит основную инфор­
мацию о результатах демонстрационного экзамена, а расширенная
веб-версия - дополнительные сведения о месте проведения экзамена,
информацию о сравнении результата участника с другими участни­
ками, расшифровку результатов до уровня аспектов [5].
Число компаний, которые признают Skills Passport, растет. Пер­
вым крупным предприятием стала госкорпорация «Росатом».
92

Для проведения демонстрационного экзамена вузы должны обору­
довать рабочие площадки в соответствии с требованиями, которые про­
писаны в нормативных документах по соответствующей компетенции.
10.1. Демонстрационный экзамен
в процедуре промежуточной аттестации
Освоение образовательной программы сопровождается промежу­
точной аттестацией обучающихся, проводимой в формах, определен­
ных учебным планом, и в порядке, установленном образовательной
организацией. Промежуточная аттестация по итогам освоения про­
фессионального модуля может проводиться в форме демонстраци­
онного экзамена. При этом выбранный формат демонстрационного
экзамена распространяется на всех обучающихся учебной группы.
Информация о демонстрационном экзамене как форме проведения
промежуточной аттестации, доводится до сведения обучающихся
в начале учебного года, в котором запланированы соответствующие
процедуры. Перевод баллов демонстрационного экзамена в оценки
по итогам промежуточной аттестации осуществляется в соответ­
ствии с локальными актами образовательной организации [6].
10.2. Пример реализации варианта демонстрационного
экзамена по компетенции «Инженерное мышление»

Вариант 1
Конкурсное задание компетенции «Инженерное мышление» вклю­
чает в себя следующие модули:
- модуль А Анализ производственного кейса на имеющиеся ри­
ски и проблемы (видео или текстовый формат);
- модуль В. Разработка технического решения;
- модуль С. Создание ЗБ-модели устройства;
- модуль D. Создание конструкторской документации;
- модуль Е. Сборка и презентация устройства.
Описание модулей
Модуль А. Анализ производственного кейса на имеющиеся риски
и проблемы
Легенда
Предприятие «Пиротехника-Z» выиграло тендер на поставку ба­
тарей салютов «Огни атома» к Дню работника атомной промышлен­
93

ности. Проведя анализ текущего состояния производства, руковод­
ство «Пиротехника-Z» расценило риск срыва сроков поставки бата­
рей салютов как высокий и обратилось за помощью в оптимизации
процесса. Н а предприятие были приглашены специалисты для де­
тального анализа текущего состояния и выработки корректирующих
мероприятий. По итогам визита специалистов перед предприятием
была поставлена цель сокращения ручных операций при изготов­
лении батарей салютов. Для достижения цели было рекомендовано
внедрение устройства для механизации ряда операций.
Задание. Выявите потери в представленном процессе, классифи­
цируйте их в соответствии с видами потерь. Заполните ведомость
анализа процесса (Приложение).
Модуль В. Разработка технического решения
В рамках данного модуля необходимо:
- сформулировать изобретательскую задачу;
- выбрать один из трех методов генерации идеи устройства и раз­
работки технического решения: метод случайного поиска, логическо­
го поиска и систематического поиска. Обосновать свой выбор;
- из выбранного метода определить подходящий инструмент для
проработки идеи устройства и разработки технического решения.
Обосновать свой выбор;
- применить инструмент проработки идеи устройства и разработ­
ки технического решения.
Модуль С. Создание 3D-модели устройства
В рамка данного модуля необходимо:
- разработать устройство для оптимизации процесса;
- создать ЗБ-сборку устройства;
- создать визуализацию работы функциональных частей механизма
Модуль D. Создание конструкторской документация
В рамках данного модуля необходимо подготовить следующий
комплект документов:
- вывести сборочный чертеж из ЗО-модели в системе САПР;
- создать спецификацию ЗО-сборки устройства в системе САПР;
- написать инструкцию по эксплуатации.
Модуль Б. Сборка и презентация устройства
В рамка данного модуля необходимо:
- собрать устройство;
- презентовать работоспособность устройства.
В ариант 2

Конкурсное задание компетенции «Инженерное мышление» вклю­
чает в себя следующие модули:
94

- м о д у л ь А . Анализ производственного кейса на имеющиеся ри­
ски и проблемы (видео или текстовый формат);
- м о д у л ь В . Разработка технического решения;
- м о д у л ь С. Создание ЗБ-модели устройства;
- м о д у л ь D . Создание конструкторской документации.

Описание модулей
Модуль А. Анализ производственного кейса на имеющиеся риски
и проблемы
Легенда
Предприятие «Пиротехника-Z» выиграло тендер на поставку ба­
тарей салютов «Огни атома» к Дню работника атомной промышлен­
ности. Проведя анализ текущего состояния производства, руковод­
ство «Пиротехника-Z» расценило риск срыва сроков поставки бата­
рей салютов как высокий и обратилось за помощью в оптимизации
процесса. Н а предприятие были приглашены специалисты для де­
тального анализа текущего состояния и выработки корректирующих
мероприятий. По итогам визита специалистов перед предприятием
была поставлена цель сокращения ручных операций при изготов­
лении батарей салютов. Для достижения цели было рекомендовано
внедрение устройства для механизации ряда операций.
Задание. Выявите потери в представленном процессе, классифи­
цируйте их в соответствии с видами потерь. Заполните ведомость
анализа процесса (Приложение).
Модуль В. Разработка технического решения
В рамках данного модуля необходимо:
- сформулировать изобретательскую задачу;
- выбрать один из трех методов генерации идеи устройства и раз­
работки технического решения: метод случайного поиска, логическо­
го поиска и систематического поиска. Обосновать свой выбор;
- из выбранного метода определить подходящий инструмент для
проработки идеи устройства и разработки технического решения.
Обосновать свой выбор;
- применить инструмент проработки идеи устройства и разработ­
ки технического решения.
Модуль С. Создание ЗВ-модели устройства
В рамка данного модуля необходимо:
- разработать устройство для оптимизации процесса;
- создать ЗБ-сборку устройства;
создать визуализацию работы функциональных частей механизма.
95

Модуль D. Создание конструкторской документации
В рамках данного модуля необходимо подготовить следующий
комплект документов:
- вывести сборочный чертеж из ЗБ-модели в системе САПР;
создать спецификацию 3D-c6opioi устройства в системе САПР;
- написать инструкцию по эксплуатации.

96

ПРИЛОЖЕНИЕ
ВЕДОМОСТЬ АНАЛИЗА ПРОЦЕССА
ФИО экзаменуемого:__________________________
Описание действия оператора,
классифицированного как потеря

Вид выявленной потери
(7 видов потерь)

97

ЗА К Л Ю Ч Е Н И Е

Учебное пособие разработано коллективом авторов - сертифици­
рованными и корневыми экспертами по компетенции «Инженерное
мышление» в соответствии со стандартами спецификации навыков.
Оно предназначено в первую очередь для студентов вузов всех
форм обучения, в чьи планы входит сдача демонстрационного экза­
мена по компетенции «Инженерное мышление», а также может быть
рекомендовано студентам, в учебные планы которых включен одно­
именный курс, кроме того, данное пособие может быть использовано
как в качестве материала для семинарских занятий, так и для само­
стоятельного знакомства с указанной компетенцией.

СПИСОКисточников
1. Вестник Каракури, издание АНО Корпоративной академии
Госкорпорации «Росатом». Методические рекомендации «Система
5С». URL: https://www.rosatom-academy.nl/media/poleznye-materiali/,
http://www.rosatom-academy.ru (дата обращения: 05.04.2022).
2. Онанко Н. А., Юрасов А. Б., Грехов А. М. Методы поиска реше­
ний. Рабочая тетрадь. М.: НИНУ МИФИ, 2016.
3. Онанко Н. А , Юрасов А. Б., Грехов А. М. Методы поиска реше­
ний. Рабочая тетрадь № 2. М.: НИНУ МИФИ, 2016.
4. Официальная информация о демонстрационном экзамене. URL:
https://worldskills.ru/nashi-proektyi/demonstraczionnyij-ekzamen/obshhaya-informacziya.html (дата обращения: 05.04.2022).
5. SKILLS PASSPORT. URL: https://promo.sp.Futureskills.ru/ (дата
обращения: 05.04.2022).
6. Проведение демонстрационного экзамена в процедуре про­
межуточной аттестации. URL: https://sudact.ru/law/rasporiazheniem inprosveshcheniia-rossii-ot-01042019-n-r-42/prilozhenie/vi/6.2
Официальный сайт T-FLEX. https://tflexcad.ru/ (дата обращения:
05.04.2022).
7. Инструкция по работе с T-FLEX 3D.
98

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Мелентович Венера Викторовна - инженер Центра компетенций
WorldSkills Национального исследовательского ядерного университета
«МИФИ», эксперт по компетенции «Инженерное мышление».
Левин Артем Владимирович - мастер производственного обучения,
главный эксперт в отборочных и региональных чемпионатах профессио­
нального мастерства по компетенции «Инженерное мышление».
Грехов Алексей Михайлович - кандидат физико-математических наук,
руководитель Центра компетенций WorldSkills Национального исследова­
тельского ядерного университета «МИФИ», сертифицированный эксперт.

99

СО ДЕРЖ АН И Е

Предисловие................................................................................................
Введение.....................................................................................................
1. Философия и определение устройства каракури как инструмента
для развития инженерного мышления........................................................
2. Базовые механизмы каракури. принципы работы и эффект
от внедрения................................................................................................
2.1. Гравитационные механизмы..........................................................
2.2. Механизмы с пружиной..................................................................
2.3. Рычажные механизмы....................................................................
2.4. Кулачковые механизмы..................................................................
2.5. Блочные механизмы........................................................................
2.6. Механические связи........................................................................
2.7. Механизм с нитью..........................................................................
2.8. Передаточные механизмы..............................................................
3. Бережливое производство и поиск потерь..................................................
4. Примеры оптимизации процессов до и после внедрения устройств
каравдж на производстве..........................................................................
4.1. Оптимизация процесса для устранения потери «Ненужная
транспортировка» на примере устройства для взвешивания труб
перед прокатом............................................................................................
4.2. Оптимизация процесса для устранения потери «Ожидание»
на примере поворотного устройства для каркаса упаковки.......................
4.3. Оптимизация процесса для устранения проблемы «Тяжелый
физический труд» на примере кантователя для бифторида калия.............
4.4. Оптимизация процесса для устранения потери «Излишние
запасы» на примере устройства для выполнения механообработки.........
4.5. Оптимизация процесса для устранения потери «Переделка
и брак» на примере изготовления парогенераторов...................................
4.6. Оптимизация процесса для устранения потери «Лишние
движения» на примере осмотра каналов с технической жидкостью...........
5. Основные экономические показатели.....................................................
6. Методы и инструменты для генерации и выбора идеи устройства
ТРИЗ...........................................................................................................
6.1. Методы случайного поиска решений.............................................
6.1.1. Метод «Мозговой штурм»......................................................
6.1.2. Метод фокальных объектов....................................................
6.1.3. Метод синектики ...................................................................
6.2. Методы логического поиска решений.............................................
6.2.1. Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ).............
6.2.2. Метод функционально-физического конструирования.........
6.2.3. Метод контрольных вопросов................................................
100

3
5
6
7
7
7
8
9
9
10
11
11
13
18
18
19
20
22
23
25
27
28
28
29
33
36
38
38
39
41

6.3. Методы систематического поиска...................................................
6.3.1. Метод морфологического ящика............................................
6.3.2. Метод систематического покрытия поля................................
6.3.3. Метод отрицания конструирования.......................................
6.4. Приемы преодоления инерции и стереотипности мышления.......
6.4.1. Оператор РВС........................................................................
6.4.2. Идеальный конечный результат............................................
6.4.3. Системный оператор..............................................................
6.4.4. Приемы устранения противоречий........................................
6.4.5. Использование физических эффектов при решении
инженерных задач......................................................................................
6.4.6. Доведения ключевой идеи до абсурда....................................
7. Создание цифровой системы в САПР.....................................................
7.1. Основные понятия САПР...............................................................
7.2. Классификация САПР....................................................................
7.3. Программное обеспечение САПР...................................................
7.4. Обзор наиболее известных систем автоматизированного
проектирования..........................................................................................
8. Автоматизированное проектирование в T-FLEX CAD............................
8.1. Основные термины и понятия ЗБ-моделирования.........................
8.2. Основные геометрические термины в T-FLEX CAD......................
8.3. Построение объектов в 3D..............................................................
8.4. Основные трехмерные операции, применимые для компетенции
«Инженерное мышление»...........................................................................
8.5. Создание 3D-c6opoK........................................................................
8.6. Инструменты для работы со сборочными элементами...................
8.7. Двухмерная проекция. Создание 2D-чертежа из ЭИ-модели..........
8.8. Анимация в системе T-FLEX..........................................................
8.9. Создание спецификаций в системе T-FLEX CAD...........................
9. Культура безопасного труда и бережливого производства Система 5С....
10. Организация и проведение демонстрационного экзамена
с применением стандартов компетенций агентства развития навыков
и профессий................................................................................................
10.1. Демонстрационный экзамен в процедуре промежуточной
аттестации..................................................................................................
10.2. Пример реализации варианта демонстрационного экзамена
по компетенции «Инженерное мышление»................................................
Приложение. Ведомость анализа процесса...............................................
Заключение................................................................................................
Список источников.....................................................................................
Сведения об авторах...................................................................................

42
42
44
45
46
46
46
47
48
51
53
54
54
57
60
62
70
70
71
72
72
75
78
81
83
85
89

92
93
93
97
98
98
99

101

Учебное издание

М елентови ч Венера Викторовна,
Л е в и н Артем Владимирович,
Г р ехов Алексей Михайлович

ИНЖЕНЕРНОЕ МЫШЛЕНИЕ
Учебное пособие
ISBN: 978-5-8088-1755-5

978580

81 7555

Редактор Е. В. Торопова
Компьютерная верстка С. Б. Мацапуры
Подписано к печати 20.10.2022. Формат 60 х 84 1/16.
Уел. печ. л. 5,9. Уч.-изд. л. 6,1.
Тираж 100 экз. Заказ № 507.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 67, лит. А