Проектная работа «Циркуль столярный»

Конкурсная работа на Всероссийский творческий конкурс для школьников   «Инженерное творчество»

Проектная работа "Циркуль столярный"

Автор Селенков Данил

Красноярский край, г. Красноярск, КГБПОУ "Красноярский техникум промышленного сервиса",студент 2 курса по профессии «Мастер столярно-плотничных и паркетных работ», победитель конкурсов международного и всероссийского уровня (Кубок ТРИЗ Саммита 2017/2018; VII Всероссийский конкурс «С ТРИЗ по жизни»-2018).

Руководитель: Коротких Светлана Николаевна 

Красноярский край, г. Красноярск, КГБПОУ Красноярский техникум промышленного сервиса, преподаватель общепрофессиональных дисциплин и профессиональных модулей высшей квалификационной категории, член  Ассоциации российских разработчиков, преподавателей и пользователей ТРИЗ (РА ТРИЗ). 

Цель проекта: разработать и изготовить действующую модель циркуля столярного, используя методы Теории Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ). 

Задачи проекта:

1. Изучить многообразие известных решений циркулей, отобрать материал для исследовательской работы "Эволюция циркуля с позиций Законов Развития Технических Систем".Составить картотеку примеров на тему "Эволюция циркуля".

2. Изучить тему "Приемы устранения технических противоречий".

3. Научиться видеть технические противоречия в имеющихся циркулях.

4. Научиться применять приемы устранения технических противоречий в разрабатываемой конструкции циркуля столярного.

5. Разработать конструкцию циркуля столярного,удовлетворяющего требованиям, предъявляемым к разметочному инструменту для разметки и вычерчивания больших диаметров криволинейных элементов рамных конструкций.

6. Изготовить циркуль из доступных и недорогих материалов. 

 Аннотация

Проектная работа представлена в двух частях. В первая части  представлен результат исследования многообразия  известных решений конструкций циркулей от момента начала  их появления и до наших дней в виде картотеки примеров по теме "Эволюция циркуля"на основе сформулированных законов развития технических систем с выводами.

Все законы развития технических систем иллюстрируются и подтверждаются примерами.

Во второй части проектной работы описываются подходы к разработке конструкции циркуля, удовлетворяющего требованиям в части выполняемых функций. Описываются технические противоречия, имеющие место в исходном циркуле и способы устранения технических противоречий, используя  типовые приемы устранения технических противоречий (ТРИЗ).

В работе представлено описание усовершенствованной конструкции столярного циркуля, а также фотографии изготовленной действующей модели циркуля. Приводится описание приемов работы. 

Знакомство с данной проектной работой актуально для студентов, обучающихся по профессии «Мастер столярно-плотничных и паркетных работ», а также студентов других специальностей, школьников и взрослых, т.к. умение видеть закономерности в развитии технических систем, а также системное мышление необходимо для становления грамотного специалиста любой специализации.

Уникальность исследовательской работы заключается в том, что для исследования используются методы ТРИЗ (теория решения изобретательских задач) – богатый набор инструментов творческого и системного мышления.

Введение

В настоящее время на производстве и в мастерских циркули являются незаменимыми ручными измерительными инструментами при: разметке заготовок, обработке деталей, контроле соответствия заявленных параметров готовых изделий.

Причем, мастеру может понадобиться несколько циркулей, так как приходится выполнять различные задачи.

В столярно-плотничных работах зачастую возникает необходимость вычерчивания больших и малых окружностей. Это может происходить при разметке столярно-строительных изделий, например, столешниц из столярного щита или листового материала, раскрой круглых заготовок из ДСП, ЛДСП, фанеры, МДФ, гипсокартона. Для подобной разметки требуется большой плотницкий циркуль, но и его может не хватить по радиусу.

Если требуется разметить окружность большого радиуса, например, около метра, то стандартный инструмент не поможет.

Проблема: возникла при подготовке к региональному чемпионату World Skills Russia 2017г. в компетенции «Столярное дело»: в сжатые сроки требовалось купить или изготовить  разметочный инструмент для вычерчивания криволинейных элементов рамных конструкций большого диаметра с возможностью пространственной разметки.Специализированные магазины предлагали достаточно дорогостоящие аналоги, к тому же заказ через некоторое время.Поэтому было принято решение изготовить циркуль в условиях техникума.  

I часть

Прежде чем я приступил к решению проблемы данной проектной работы,я изучил все  многообразие известных решений циркулей от момента  их появления  до наших дней. Результатом проведенного исследования стала картотека примеров на тему "Эволюция циркуля с позиций ЗРТС".

Картотека примеров "Эволюция циркуля с позиций ЗРТС"
DOCX / 528.15 Кб

Как работает такая конструкция? Главные элементы системы - ножки циркуля при работе образуют угол (не треугольник!) на вершину которого надо надавить, чтобы начертить окружность. 

Налицо, техническое противоречие: с одной стороны - требуется сила нажима, чтобы линия разметки была четкой, но с другой стороны - чем больше нажим, тем хуже качество разметки, из-за того, что ножки циркуля «разъезжаются».

Как выполнить разметку не ослабляя силу нажима, но при этом исключить распор ножек циркуля? Как устранить техническое противоречие?

Устраним техническое противоречие, используя один из приемов (по ТРИЗ) - принцип вынесения, который заключается в следующем: отделить от объекта "мешающую" часть ("мешающее" свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть (нужное свойство).

Все дело в ножках. Откажемся от ножек циркуля. В идеальном конечном варианте (ИКР) мы можем получить циркуль, в конструкции которого нет ножек, но функции их выполняются (функции ножек - держать карандаш и иголку). Вариант моего циркуля – циркуль без ножек (циркуль скоба).

1 – брусок деревянный-1 шт.

2 –игла (саморез)- 1 шт.

3 –колодка с зажимными элементами - 1 шт.

Брусок деревянный длиной 106 см сечением (1,5 х 1,5) выполнен из отходов деревообработки, материал - древесина сосны.

Саморез изделие стандартизированное, материал - сталь.

Колодка с двумя зажимными элементами - материал алюминий. Зажимные элементы имеют резьбу. Один из зажимов фиксирует карандаш (или другой выполняющий изображение инструмент). Другой зажим фиксирует деревянный брусок.

Колодка с зажимными элементами выполнена на токарном станке с ЧПУ в мастерской техникума.

Приемы работы циркулем

1.Саморез – устанавливается в центр очерчиваемой окружности.

2. Радиус регулируется путем свободного перемещения колодки по деревянному бруску.

3. Нужный радиус фиксируется с помощью одного из зажимных элементов колодки, закрутив его - зажим сдавит деревянный брусок.

4. Карандаш закрепляется в колодке посредством другого зажимного элемента, закрутив его - зажим сдавит карандаш.

5. Чтобы начертить окружность надо взять циркуль за брусок и прокрутить его пальцами рук.

Второй прием,используемый в этой работе, - принцип дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности:

Широкой популярность пользуются подобные циркули, изготовленные из инструментальной, стали, которая обладает высокой прочностью и устойчивостью к механическим воздействиям.

А наиболее надежными и долговечными считаются циркули из нержавеющей стали, которые устойчивы к коррозии даже при эксплуатации в условиях повышенной влажности.

Снова возникает техническое противоречие: с одной стороны, имеем высокие эксплуатационные показатели инструмента, с другой стороны - недостатки, такие как тяжелый вес и высокая цена.

Устраним техническое противоречие, используя прием: принцип дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности, который заключается в следующем: заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).

При изготовлении циркуля использованы детали, которые нашлись в мастерской и изготовлены в техникуме из недорогих доступных материалов.

Применение данного циркуля мне очень помогло в региональном чемпионате World Skills Russia (в котором я занял 3 место) в компетенции «Столярное дело» в качестве разметочного инструмента для вычерчивания криволинейных элементов рамных конструкций с возможностью пространственной разметки.

Циркуль столярный, представленный в данном проекте, имеет возможности дальнейшего усовершенствования.

Использование приемов устранения технических противоречий, таких как принцип матрешки - позволит разработать вариант циркуля с телескопическим соединением элементов штанги; принцип универсализации - вариант с добавлением разметочной шкалы и циркуль – рейсмус.

Дальнейшая работа в направлении использования принципа дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности позволит использовать пластиковые элементы.

Выводы:

1. В процессе работы над проектом мною была собрана картотека примеров многообразия известных решений конструкций циркулей в контексте с законами развития технических систем по теме «Эволюция циркуля» для вооружения знаниями в этой предметной области.

2. Изучена тема "Типовые приемы устранения технических противоречий".Определены технические противоречия, найдены приемы их устранения.  

3. Изготовлена действующая модель столярного циркуля из доступных и недорогих материалов в мастерской техникума.

4. При усовершенствовании и изобретении новых конструкций в любой области следует использовать методы и приемы ТРИЗ, в частности Законы Развития Технических Систем и типовые приемы устранения технических противоречий.

5. Имеются варианты дальнейшего развития проекта в направлении ТРИЗ.

6. В настоящее время закончена исследовательская  работа на тему "Эволюция циркуля с позиций Законов Развития Технических Систем" и вскоре будет опубликована.

Использованная литература

1.  http://ru. wikibooks.org/wiki/Учебник_ТРИЗ/Законы_развития_технических_систем.
2.  Материал из свободной энциклопедии, Википедии. http://ru. wikipedia.org/
3.  Официальный фонд Альтшуллера. http://www.altshuller.ru/triz/zrts1. asp
4.  Альтшуллер Г.С. О законах развития технических систем. - Баку, 20.01.1977.
5.  Золотин Б.Л., Зусман А.В. Законы развития и прогнозирования технических систем. Кишенев, Прогресс, 1989 г.
6.  Петров В.М. Закономерности развития технических систем. - Методология и методы технического творчества. - Тезисы докладов и сообщений к научно-практической конференции 30 июня - 2 июля 1984 г. - Новосибирск, 1984 г.
7.  Саломатов Ю.П. Система законов развития техники (основы теории развития технических систем)-Издание 2-е исправленное и дополненное. Красноярск, 1991-1996г.г
8.  http://triz.natm.ru