ראשית נבצע ניתוח תפקודי של מפצח ידני פשוט. אולם לפני זה ניזכר במפצח האגוזים עליו למדנו במכניקה הנדסית בפרק המומנט, בספר גלגש תשפ"א.

כפי שלמדנו, מפצח האגוזים הוא למעשה מנוף מסוג שני: ההתנגדות (האגוז) נמצאת בין מקום הפעלת הכוח לבין נקודת המשען. ניזכר בתרשים דג"ח שהצגנו בפרק המומנט:

למעשה רגע לפני שקליפת האגוז מתפצחת מתקיים שיווי משקל מומנטים בין המומנט שיוצר כוח היד לבין מומנט ההתנגדות שמייצר כוח ההתנגדות של קליפת האגוז. ברגע שקליפת האגוז נכנעת לכוח החיצוני המופעל עליה האגוז יהיה מוכן לאכילה.

כמובן שבתכן מערכות הנדסיות אנחנו לא נהיה מעוניינים שחומר המערכת ייכנע. ועל כך למדנו במכניקה הנדסית בספר אופניים 2020. הבנת מושגי הליבה של סטטיקה, תורת החוזק, תורת החומרים וחלקי מכונות הם חלק בלתי נפרד מהידע המוקדם שמהנדס מכונות נדרש לדעת לפני שהוא מתכנן, מייצר ומרכיב מערכת הנדסית מורכבת.

בואו נתמקד במפצח אגוזים קצת יותר משוכלל כמו זה הנראה בתמונה הבאה:

באיור הראנו רק את תת-המערכות העיקריות. קיימים מפצחים עם תת-מערכות נוספות.

ניתוח תיפקודי

את מערכת מפצח האגוזים ניתן לחלק למספר תת-מערכות:

1. תת-מערכת הבסיס: תפקידה לייצב את המפצח על השולחן.

2. תת-מערכת הלסתות: תפקידה לפתח את האגוז והיא מורכבת משני חלקים:

2.1. לסת אחורית נייחת – בתוכה קיים בורג כיוונון שתפקידו לאפשר פיצוח של אגוזים בגדלים שונים. הבורג למעשה קובע את אורך מהלך הפיצוח באופן מותאם לגודל האגוז.

2.2. לסת קדמית ניידת – המונעת על-ידי ידית המפצח.

3. תת-מערכת ידית: תפקידה לייצר מומנט המסובב את הידית וממיר את התנועה הסיבובית לתנועה קווית. על-ידי התנועה הקווית, מוזזת הלסת הניידת לעבר הלסת הנייחת ונוצרת פעולת הפיצוח.

4. תת-מערכת תושבות: התושבות תפקידן להחזיק. ויש מפצחים עם שלוש תושבות:

4.1. תושבת א' – תפקידה להחזיק את בורג הכיוונון

4.2. תושבת ב' – תפקידה להחזיק את הלסת האחורית.

4.3. תושבת ג' – תפקידה להחזיק את הפינים המשלבים את המחברים לידית.

יש מפצחים בהם יש לפחות תת-מערכת אחת נוספת והיא:

תת-מערכת המכסה: תפקידה לכסות את כל מערכת המפצח כדי למנוע מהשבבים הנוצרים, בעת פעולת הפיתוח, לעוף לכל עבר (לעיניים למשל), וללכלך את החדר.

הערה: הפינים שהוזכרו בתושבת ג' הן פינים סטנרטיים שאיננו טורחים לייצרם (גם בתעשייה ברוב המקרים קוניפ פינים מוכנים).

לעיתים אנחנו קונים אגוזים קלופים. האם לדעתך קיים מפעל שיושבים בו אנשים עם מפצחים כדי לפצח מיליוני אגוזים בשנה ולארוז אותם בשקיות למכירה?

כמובן שהתשובה לשאלה זו היא שלילית. במפעלים כאלו מותקנת מערכת מתוחכמת הרבה יותר מהמפצח המשוכלל שהצגנו בניתוח התפקודי כאן. במערכת המתוחכמת המותקנת במפעלים כאלו מופעלת אוטומציה תעשייתית או ליתר דיוק: מערכת בקרה אוטומטית.

מערכת הבקרה האוטומטית שולטת על מנוע שמעביר מומנט לביצוע הפיצוח. בנוסף יש חיישן שתפקידו לוודא שהכוח שדוחף את הלסת הניידת לעבר הלסת הנייחת יהיה זהה עבור גדלים זהים של אגוז כדי שהקליפה תתפתח בצורה אופטימלית והאגוז הקלוף יהיה נקי ככל האפשר משבבי קליפות.

האם היית יכול לבנות דגם מלגו של מערכת מבוקרת משוכללת של מפצח אגוזים כזה?

באלו שיטות ייצור נייצר את מגוון החלקים למפצח אגוזים אמיתי וכיצד נבטיח את איכות הייצור?

כיום משרטטים את המערכת בתלת-מימד. כל תת-מערכת היא למעשה תת-מערכת גם במידול השלם של מערכת. מאוחר יותר, מחליטים באיזו שיטת ייצור נייצר: עיבוד שבבי, עיבוד בלתי שבבי. באיזו מכונה נשתמש: מחרטה קונבנציונלית או CNC, כרסומת קונבנציונלית או CNC, מדפסת תלת-מימד, מסור חיתוך, או מכונה לחיתוך בלייזר, מקדחת עמוד, מכופפת, משחזת ועוד ועוד.

מטלה:

1. שרטט בעצמך מערכת של מפצח אגוזים. בצע תהליך חשיבה עם חבריך, באיזה מכונה כדאי לייצר כל חלק? צור שרטוטי פרט לכל חלק שאתה חושב שצריך לייצר. במה שונה שרטוט פרט לייצור קונבנציונלי, CNC או הדפסה תלת-מימדית?

2. בעמודים הבאים נראה את שרטוטי הייצור שנוצרו מתוך שרטוט הרכבה שהכין שמואל כהן. השלם פרטים הנדרשים לייצור שלדעתך אינם נמצאים בשרטוטים אלו?

מדוע המידה 180.03 רשומה בסוגרים?

איסומטריה מפוצצת (Exploded-view) / שמואל כהן

טבלת החלקים (BOM: Bill Of Materials) בשרטוט ההרכבה של מפצח האגוזים / שמואל כהן

חלק מספר 1: בסיס

חלק מספר 2: לסתות המפצח: ניתן לייצר מרוב חומרי הגלם הזמינים.

אנחנו בחרנו באלומיניום 7075. אין צורך בציפוי נגד קורוזיה. קנה מידה – 1:1.

להלן שרטוט הלחי הניידת לפי תכנון של שמואל כהן

מטלה:

תכנן תהליך עיבוד עבור חלק מספר 2 לייצור במחרטה ידנית, העזר בתהליך הטכנולוגי שהצגנו בדוגמת הפמוט.

להלן שרטוט הלחי הנייחת (השמאלית) לפי תכנון של שמואל כהן

חלק מספר 5: מחבר (לוחית), אלומיניום בעובי 2 מ"מ. קנה מידה 1:1

חלק מספר 3: ידית המפצח (זרוע)

הידית מיוצרת על-ידי חיתוך חומר הגלם (מוט בעל חתך עגול) לאורך הנתון. לאחר החיתוך מבוצעת חריטת מצח במחרטה. כרסום החריץ וקידוח שני הקדחים מתבצע בכרסומת. נדרש לדפון את המוט במלחצים מתאימים עם פריסמה. לאחר סיום העיבוד מתבצע כיפוף לזוית 30 מעלות.

חלק מספר 4: תושבות

להלן תכנון התושבות שביצע שמואל כהן

בפרק זה, ראינו שתי דוגמאות של מערכות פשוטות יחסית שניתן לייצר את חלקיהם בתהליכי ייצור שונים תוך שימוש בשיטות ייצור מגוונות, באמצעות מכונות עיבוד שונות, ובאמצעות כלי עיבוד שנים. בפרק ג' נרחיב את הידע על מגוון תהליכי הייצור, השיטות, המכונות וכלי העיבוד שעומדים לרשות הנדסת המכונות כדי לייצר פתרונות אופטימליים לבעיות של האדם והחברה.

כדי לייצר את החלקים האחרים במפצח אנחנו צריכים להעמיק את ידיעותנו בתהליכי עיבוד שונים ובתכנון תהליכים טכנולוגיים לייצור חלקים אלו בהתאמה לתהליכי העיבוד שנבחר.

לסיום פרק זה נראה מספר דוגמאות פתורות אותן נבין יותר לעומק לאחר שנלמד על תהליכי עיבוד שונים ונראה כיצד מייצרים חלקים שונים באמצעי ייצור שונים.

על סמך הדוגמאות בפרק זה אתה יכול לנסות לבנות גיליון פעולות לייצור של חלקי מפצח האגוזים שהדגמנו.

אם תצליח לייצר את כל חלקי המפצח תוכל גם להרכיבם למפצח מתפקד. ולכן בחרנו ליחידת הלימוד המקורית את השם: "אגוז שלם למאכל במפצח אגוזים משוכלל".

דוגמא 1: תהליך עיבוד טכנולוגי בכרסום

באיור לדוגמא זו משורטט חלק העשוי פלדה SAE1020 בקנ"מ 1:1. חומר הגלם הוא פרוסה בעובי 18mm שנחתכה ממוט בעל חתך משושה שמידתו 90mm. תאר בגיליון הפעולות את התהליך הטכנולוגי הנדרש לייצור החלק באמצעות כרסומת ידנית, כמפורט להלן:

א. רשום בגיליון הפעולות (ראה פתרון בעמוד הבא), במקומות המיועדים לכך, את סוג חומר הגלם ואת מידותיו.

ב. קבע ורשום את השלבים הנדרשים, על–פי המידות והסבולות שבסרטוט החלק.

ג. השלם בתרשים שבגיליון הפעולות את הקווים העבים המתארים את פעולות העיבוד של החלק. אם דרוש תרשים נוסף — הוסף אותו והשלם בו את הקווים של יתר הפעולות.

ד. רשום, בעמודות המתאימות, את כלי השיבוב ואת כלי המדידה הדרושים בכל שלב.

פתרון דוגמא 1: גיליון פעולות של תהליך טכנולוגי בכרסום

גיליון פעולות לייצור בכרסומת ידנית כפי שתואר בפתרון לדוגמא 1 מקבל צורה אחרת כאשר מבקשים לייצר את אותו חלק בכמויות גדולות באמצעות מכונת כרסום CNC.

דוגמא 2: תהליך עיבוד טכנולוגי בכרסום

באיור לדוגמא זו משורטט חלק העשוי פלדה AL6061 בקנ"מ 1:1. חומר הגלם הוא פרוסה בעובי 18mm שנחתכה ממוט בעל חתך משושה שמידתו 90mm×60mm×16mm. תאר בגיליון הפעולות את התהליך הטכנולוגי הנדרש לייצור החלק באמצעות כרסומת ידנית, כמפורט להלן:

א. רשום בגיליון הפעולות (ראה פתרון בעמוד הבא), במקומות המיועדים לכך, את סוג חומר הגלם ואת מידותיו.

ב. קבע ורשום את השלבים הנדרשים, על–פי המידות והסבולות שבסרטוט החלק.

ג. שרטט בגיליון הפעולות תרשימים ברורים לפעולות העיבוד הנדרשות של החלק והדגש בתרשימים את השטחים המעובדים.

ד. רשום, בעמודות המתאימות, את שמות כלי השיבוב וכלי המדידה הדרושים בכל שלב.

פתרון דוגמא 2: גיליון פעולות של תהליך טכנולוגי בכרסום

גיליון פעולות לייצור בכרסומת ידנית כפי שתואר בפתרון לדוגמא 2 מקבל צורה אחרת כאשר מבקשים לייצר את אותו חלק בכמויות גדולות באמצעות מכונת כרסום CNC.

דוגמא 3 כירסום CNC (אביב 2021)

באיור לשאלה זו, מתואר חלק שיש לייצרו מפלדה SAE1020, בסדרות של 160 יחידות כל אחת, בעיבוד שבבי ממוחשב, CNC. הערה: החלק דַפוּן בתחתיתו בעודף חומר בעובי 8 מ"מ. השלם את תוכנית העיבוד שבנספח א׳ לשאלה, על–פי ההנחיות שלהלן:

א. הדגש על–גבי כל אחד משני המבטים שבעמודה GEOM) 2) את המשטח המעובד באותו שלב.

ב. הגדר בעמודה JOB) 3) את השם של תהליך העיבוד בכל שלב.

ג. סמן בעמודה 4 (תיאור הדפינה) את אופן הדפינה בכל שלב. השתמש בסימני קיבוע ובסימני הידוק תקניים. ציין עבור השלב הראשון בלבד את נקודת המוצא (S.P.) של כלי העיבוד.

ד. רשום בעמודה 5 את הסוג של כלי העיבוד המתאים לכל שלב.

ה. רשום בעמודה 6 את מידת הקוטר של כלי העיבוד שציינת בעמודה 5, ואת עומק העיבוד הנדרש. אין להתחשב בקיזוז קוטר הכלי לעיבוד.

הערה: עודף החומר אינו מסומן בהיטל העל ובאיזומטריה.

פתרון דוגמא 3 כירסום CNC (אביב 2021)

דוגמא 4: תהליך עיבוד טכנולוגי בחריטה

באיור לדוגמא זו משורטט חלק העשוי מפלדה SAE 1020 בקנ"מ 1:1. חומר הגלם הוא מוט בעל חתך עגול שמידותיו הן: Ø 40 mm × 73 mm. תאר בגיליונות הפעולות את התהליך הטכנולוגי לייצור החלק בעיבוד שבבי, כמפורט להלן:

א. רשום בגיליון הפעולות את סוג חומר הגלם ואת מידותיו.

ב. קבע ורשום את השלבים הנדרשים, על–פי המידות והסבולות שבסרטוט החלק.

ג. השלם בתרשים שבגיליונות הפעולות את הקווים העבים המתארים את פעולת העיבוד של החלק. אם דרוש תרשים נוסף — הוסף אותו והשלם בו את הקווים של יתר הפעולות.

ד. רשום, בעמודות המתאימות, את כלי השיבוב ואת כלי המדידה הדרושים בכל שלב.

פתרון דוגמא 4: גיליונות פעולות של תהליכים טכנולוגיים

דוגמא 5: תהליך עיבוד טכנולוגי בחריטה

עליך לתכנן תהליך טכנולוגי לייצור החלק (ציר קוני) המשורטט באיור. חומר הגלם הוא מסג אלומיניום AL6061 בעל חתך עגול שמידותיו הן: Ø 40 mm × 88 mm. תאר בגיליונות הפעולות את התהליך הטכנולוגי לייצור החלק בעיבוד שבבי, כמפורט להלן:

א. רשום בגיליון הפעולות את סוג חומר הגלם ואת מידותיו.

ב. קבע ורשום את השלבים הנדרשים, על–פי המידות והסבולות שבסרטוט החלק.

ג. שרטט בגיליון הפעולות תרשימים ברורים לפעולות העיבוד הנדרשות של החלק והדגש בתרשימים את השטחים המעובדים.

ד. רשום, בעמודות המתאימות, את שמות כלי השיבוב וכלי המדידה הדרושים בכל שלב.

פתרון דוגמא 5: גיליונות פעולות של תהליכים טכנולוגיים בחריטה

דוגמא 6 חריטה (שאלון מערכות תיב"מ, 850201, תשע"ה)

באיור לשאלה זו משורטט חלק שיש לייצרו מפלדה SAE1030. חומר הגלם הוא מוט ארוך שמידתו Ø40×73mm.

א. קבע את מידות חומר הגלם לייצור החלק.

ב. תאר בגיליונות הפעולות את שלבי העיבוד השבבי בתהליך הטכנולוגי של ייצור החלק. בכל פעולה קבע את ההצבות ואת השלבים הנדרשים.

ג. כלול בתיאורך תרשימים ברורים של פעולות העיבוד השבבי ורשום את השמות של פעולות הגימור הנדרשות לייצור החלק.

ד. קבע ורשום את סוג המכונה המתאים לעיבוד החלק ואת שמו של מתקן העזר הדרוש לדפינת החלק, בכל שלב.

ה. ציין מידות, סבולות צורה ומצב ומרקם פני שטח בכל אחד מהשלבים.

פתרון דוגמא 6 (שאלון מערכות תיב"מ, 850201, תשע"ה)

דוגמא 7 (שאלון מערכות תיב"מ, 850201, תשע"ד)

באיור לשאלה זו משורטט חלק שיש לייצרו מפלדה SAE1030. חומר הגלם הוא מוט ארוך שמידתו Ø32.

א. קבע את מידות חומר הגלם לייצור החלק.

ב. תאר בגיליונות הפעולות את שלבי העיבוד השבבי בתהליך הטכנולוגי של ייצור החלק. בכל פעולה קבע את ההצבות ואת השלבים הנדרשים.

ג. כלול בתיאורך תרשימים ברורים של פעולות העיבוד השבבי ורשום את השמות של פעולות הגימור הנדרשות לייצור החלק.

ד. קבע ורשום את סוג המכונה המתאים לעיבוד החלק ואת שמו של מתקן העזר הדרוש לדפינת החלק, בכל שלב.

ה. ציין מידות, סבולות צורה ומצב ומרקם פני שטח בכל אחד מהשלבים.

פתרון דוגמא 7 (שאלון מערכות תיב"מ, 850201, תשע"ד)

דוגמא 8 (שאלון מערכות תיב"מ, 850201, תשע"ג)

באיור לשאלה זו משורטט חלק שיש לייצרו ממסג אלומיניום. חומר הגלם הוא מוט ארוך שמידתו Ø34.

א. קבע את מידות חומר הגלם לייצור החלק.

ב. תאר בגיליונות הפעולות את שלבי העיבוד השבבי בתהליך הטכנולוגי של ייצור החלק. בכל פעולה קבע את ההצבות ואת השלבים הנדרשים.

ג. כלול בתיאורך תרשימים ברורים של פעולות העיבוד השבבי ורשום את השמות של פעולות הגימור הנדרשות לייצור החלק.

ד. קבע ורשום את סוג המכונה המתאים לעיבוד החלק ואת שמו של מתקן העזר הדרוש לדפינת החלק, בכל שלב.

ה. ציין מידות, סבולות צורה ומצב ומרקם פני שטח בכל אחד מהשלבים.

פתרון דוגמא 8 (שאלון מערכות תיב"מ, 850201, תשע"ג)

ייצור חלק בשילוב פעולות חריטה, קידוח וכירסום (אביב תשפ"א)

א. מהו התהליך המתאים ליצירת קדח 10H6∅ ? העתק למחברתך את התשובה הנכונה.

באיור לשאלה זו משורטט גל העשוי מפלדה SAE 1040. יש לייצר את המכסה, בסדרות של 10 יחידות לכל סדרה, מחומר גלם בעל חתך עגול, באמצעות מכונת חריטה ומכונת כירסום בלבד.

ב. מהן מידות חומר הגלם הנדרשות לייצור גל יחיד (אב–טיפוס)?

ג. תאר בגיליון הפעולות את התהליך הטכנולוגי של ייצור הגל. כלול בתיאורך תרשימים ברורים של פעולות העיבוד השבבי. בכל פעולה קבע את ההצבות ואת השלבים הנדרשים. הסתמך בקביעותיך על המידות ועל הסיבולות הנתונות באיור לשאלה 1.

פתרון דוגמא חריטה, קידוח וכירסום

א. התהליך המתאים ליצירת קדח 10H6∅ הוא קידוח ואח"כ פעולת קידוד.

ב. מידות חומר הגלם הן: קוטר 40 מ"מ באורך 93-95 מ"מ

גליון הפעולות:

מטלה: לפניך שאלה ופתרון חלקי.

מדוע זה פתרון חלקי?

הוסף לפתרון את גיליון הפעולות לעיבוד שחסר בייצור המכסה.

שאלה 1 אביב תש"פ

באיור לשאלה זו משורטט מכסה העשוי מפלדה SAE 1020. יש לייצר את המכסה, בסדרות של 10 יחידות לכל סדרה, מחומר גלם בעל חתך עגול, באמצעות מכונת חריטה ומכונת קידוח בלבד.

א. מהן מידות חומר הגלם הנדרשות לייצור מכסה יחיד (אב–טיפוס)?

ב. כיצד עדיף לייצר את המכסה בייצור סדרתי: מחומר גלם בצורת מוט ארוך או מחתיכות נפרדות שנחתכו מהמוט? נמק את תשובתך.

ג. תאר בגיליון הפעולות את התהליך הטכנולוגי של ייצור המכסה. כלול בתיאורך תרשימים ברורים של פעולות העיבוד השבבי, ורשום את השמות של פעולות הגימור הנדרשות לייצור המכסה. בכל פעולה קבע את ההצבות ואת השלבים הנדרשים. הסתמך בקביעותיך על המידות ועל הסיבולות הנתונות באיור לשאלה 1.

פתרון שאלה 1 (אביב תש"פ)

א. כדי לייצר מכסה יחיד נדרש חומר גלם במידות: קוטר - Ø70-75 ואורך - 27-30mm

ב. נעדיף לייצר בייצור סדרתי מחומר גלם בצורת מוט פלדה ארוך: יש חסכון בחומר, דפינה יציבה יותר, מעבדים את רוב החלק בדפינה אחת, אין צורך בחיתוך, מהיר יותר.

ג. גליון הפעולות:

תכן (Design)

מי תכנן את מנוע הקיטור הראשון? ג'יימס וואט, מהנדס מכונות

מה איפשר לאדם לעבור ממלקט, כפרי שמעבד את השדה בחקלאות ידנית לייצרן מזון המסוגל לספק מזון לכל בני האדם בכדור הארץ?

מה גרם לכך שכמעט כל אדם יכול היה להרשות לעצמו לרכוש מכונית כבר מאמצע המאה 20?

מי תכננו את מערכת הנחתת רכב החלל - רובר (Rover) ואת הרובר עצמו על המאדים בשנת 1995?

מי המציא את ההנדסה הבדיונית שמתוארת בסידרת מסע בן כוכבים (Star Trek)?

מנוע הקיטור של ג'יימס וואט

Mars Rover, 1995

שלבי הערכה של תיעוד תהליך תכן מערכות הנדסיות

הקדמה:

חשיבה יוצרת מוגדרת על-ידי אדוארד דה-בונו כשיטת חשיבה המשלבת בין חשיבה אנכית (Vertical) שיגרתית לחשיבה רוחבית (Lateral) לא שיגרתית. אין סוג אחד של חשיבה עדיף על משנהו. חשיבה יוצרת יעילה מורכבת משילוב של שני סוגי החשיבה ואין האחת יכולה להתקיים ללא השנייה. דה בונו מדגיש את חשיבות החשיבה הרוחבית במציאת רעיונות חלופיים ואילו החשיבות של החשיבה האנכית היא במציאת דרכים להעמקת פתרונות ידועים.

במסגרת החשיבה של דה בונו שהוצגה בטבלה בעמוד הקודם הוספתי את האות E לייצוג של הצורך שלנו בהערכה – Evaluation של תהליך התכן. השלבים שלפניכם מציגים הצעה למסגרת התכן ההנדסי המערכתי והערכה מעצבת שלו (זהו לא מחוון להערכה מסכמת).

שלב ראשון - הגדרת הבעיה ומטרות התכן (Prior knowledge and Purpose of the design)

השלב הראשון בתהליך התכן של מערכות הנדסיות הוא הגדרת הבעיה. הגדרת הבעיה נובעת לעיתים מזיהוי הצורך, קהל היעד של המוצר, דרישות ממזמין העבודה וכדומה.

לאחר שהבעיה מוגדרת כלומר מוגדרות גבולות מסוימים בתוך העולם ההנדסי אליהם הבעיה קשורה נדרש להגדיר את מטרות התכן. קביעת מטרות התכן חייבות להתאים לקהל היעד, לצורך או לדרישות המזמין. מטרות אלו יהיו כפופות בעתיד למגבלות העומדות בפני המתכנן: תקציב, טכנולוגיות זמינות, לוח זמנים ועוד.

בדף התיעוד ניתן לסדר את המחשבות כך שניתן יהיה להעריך באיזה מידה בוצע תהליך תיכון מושכל.

1. הבעיה והצורך:

• תארו מה הסיבה שהניעה אתכם לבחור את נושא הפרויקט.

• הגדירו את הבעיה המיועדת לתכן שרצונכם לבצע.

• הגדירו את הצורך עליו עונה המערכת אותה תתכננו.

2. קהל היעד והאילוצים:

• הגדירו את קהל היעד אותו תשרת המערכת.

• הגדירו את האילוצים בהם אתם עומדים להתחשב בעת התכן.

3. מטרות התכן:

• הגדירו את הדרישות ההכרחיות שלכם מהמוצר.

• הגדרת את הדרישות שהייתם רוצים שיהיו במערכת שלכם בנוסף.

מחוון להערכת שלב הגדרת הבעייה: 33% לכל אחד מתת-השלבים שפורטו לעיל.

שלב שני - השדה הנחקר (Information, Inquiry).

השלב השני בתהליך התכן של מערכות הנדסיות הוא הגדרת שדה המחקר. הגדרת שדה זה נובעת מהגדרת הבעיה והמטרות. עליכם לחפש מידע ולארגנו כך שתוכלו להתייחס אליו בשלבי התכן השונים. עליכם להתייחס למערכות דומות הקיימות.

דף התיעוד יעזור לכם לארגן את המידע שתאספו ולהפכו לשימושי עבור שלבי התכן השונים.

1. מקורות מידע:

• ספרי לימוד

• בטאונים הנדסיים

• דפי יצרנים (קטלוגים)

• אתרי אינטרנט

2. חקירת היבטים הנדסיים, מדעיים וחברתיים:

• עקרונות הנדסיים רלוונטיים

• עקרונות מדעיים רלוונטיים

• השלכות חברתיות, תופעות חברתיות, דילמות וערכים חברתיים

3. ארגון המידע והערכתו

סדרו את המידע כך שיענה לדרישות שהגדרתם בשלב המטרות

• סכמו את המידע כך שיבהיר את תחום הבעיה הנחקר

• חוו דעתכם במקומות שניתן לגבי מידת התאמת המידע לבעיה שלכם או לאפשרות שהמערכת שלכם נותנת פתרון עדיף/שונה ממערכות דומות.

מחוון להערכת שלב השדה הנחקר:

33% לכל אחד מתת-השלבים שפורטו לעיל.

שלב שלישי - פתרונות חלופיים (Alternative Solutions):

השלב השלישי בתהליך התכן של מערכות הנדסיות הוא העלאת מגוון של פתרונות חלופיים, אפשרויות שאתם חשבתם לפתרונות. ככל שתתנו דרור למחשבותיכם, ותימנעו מלשפוט את הרעיונות שחבריכם מציעים בשלב זה כך יגדל הסיכוי שתעלו בסוף רעיון יצירתי שעדיין לא נוסה. אין רעיונות גרועים שלב השיפוט (דחייה, או שלילה של רעיונות) יגיע מאוחר יותר.

דף התיעוד יעזור לכם לבצע סיעור מוחין יעיל בצוות כדי להעלות מגוון עשיר של רעיונות לבדיקה.

1. רישום רעיונות

• כל רעיון שתציעו כדאי להפעיל עליו כלי חשיבה הנקרא חש"מ: חיובי, שלילי, מעניין.

2. שכ"ג: שקילת כל הגורמים:

• רשמו את כל נקודות המבט האפשריות בכל רעיון? יצרן, צרכן, מעצב, מתכנן, משווק.

• רשמו האם התחשבתם בחוקים, תקנות, אילוצים אחרים? פרטו!

• פרטו את שיטות הייצור השונות המתאימות לכל חלק

• פרטו ההשלכות של כל רעיון לטווחי זמן שונים: קצר, בינוני וארוך. פרטו!

3. מש"ח: מחשבות של חברים

רשמו את המחשבות, הדיעות והעמדות של חבריכם כלפי כל רעיון שהועלה.

מחוון להערכת שלב הפתרונות החלופיים: 33% לכל אחד מתת-השלבים שפורטו לעיל.

שלב רביעי - בחירת הפתרון המועדף (Choise by Decision Matrix):

השלב הרביעי בתהליך התכן של מערכות הנדסיות הוא בחירה של פתרון מועדף מתוך מגוון הרעיונות שהועלו בשלב הקודם. כדי שניתן יהיה לבחור באופן מושכל את הרעיון אותו נבצע יש להעריך את הרעיונות הרעיון המתאים ביותר הוא זה העונה על הקריטריונים הבאים:

• הרעיון שהניב הכי הרבה נקודות חיוביות ו/או מעניינות והכי מעט נקודות שליליות.

• הרעיון שהצליח להתחשב במספר רב של נקודות מבט וגורמים.

• הרעיון שמצאתם אותו כמוצלח לא רק בטווח הזמן הקצר אלא גם בטווחי זמן ארוכים יותר.

• הרעיון שמספר רב של עמיתים מצאו אותו מוצלח.

• הרעיון שעונה בצורה הטובה ביותר על הדרישות ההכרחיות שהגדרתם ונותן כיוון למילוי דרישות רצויות.

מחוון להערכת שלב בחירת הפתרון המועדף: 20% לכל אחד מהקריטריונים שפורטו לעיל.

שלב חמישי: דרכי פעולה

השלב החמישי בתהליך התכן של מערכות הנדסיות הוא תכנון דרכי פעולה ליישום הרעיון שנבחר וביצוען. תכנון דרכי הפעולה מוערך על-ידי מידת ההתייחסות של המתכנן בעת תכנון דרכי הפעולה לקריטריונים הבאים:

• לעיתים הפתרון שנבחר הוא מערכת כאשר ניתוח תפקודי, של תת-מערכות שלה, עשוי לעזור בהגדרת דרכי הפעולה ליישום הפתרון.

• לעיתים יש לבצע בחירת חומרים ו/או רכיבים ו/או מנגנונים העשויים לקדם את דרכי הפעולה ליישום הפתרון.

• שלב הצגת הפתרון, תרשימים, שרטוטים וכדומה הינו שלב חשוב בתכנון מפורט של הפתרון הנבחר.

• בחירת כלים, מכונות ותהליכים הדרושים לייצור והרכבה של אב-הטיפוס.

• תכנון שלבי הביצוע של אב-הטיפוס, לרבות תכנון תהליך ייצור והרכבה.

• הצגת תוצאות של סימולציות (Simulations) ו/או אנליזות חוזק (Strength Analysis) של חלקים שעשויים להיכשל בעת פעולת המערכת או חשובים לתפקוד תת-המערכות שלכם.

מחוון להערכת שלב בחירת הפתרון המועדף: 20% לכל אחד מהקריטריונים שפורטו לעיל.

שלב שישי: הערכת הפתרון

השלב השישי בתהליך התכן של מערכות משולבות הוא הערכת הפתרון, התהליך שבוצע ואב-הטיפוס על-פי מידת ההתאמה למטרות שנקבעו ולדרישות שהוגדרו.

בשלב זה רצוי גם לתעד את כל הבעיות שהתעוררו, הקשיים שנוצרו ואת הדרכים בהם התגברתם על הבעיות.

• תיעוד הבעיות, הקשיים וההתגברות עליהם.

• האם אב-הטיפוס ממלא את הדרישות שהוגדרו?

• האם מולאו על המטרות שהוצבו?

• האם ניתן לשפר את אב- הטיפוס? אם כן כיצד? פרטו את דרכי השיפור.

• דונו בקבוצה והביעו את דעתכם לגבי אב-הטיפוס שתיכננתם.

• האם לחברים מחוץ לקבוצה יש הצעות לשיפור אב-הטיפוס?

מחוון להערכת שלב בחירת הפתרון המועדף: 16% לכל אחד מהקריטריונים שפורטו לעיל.

שלבי פעולה בתוך תהליך התכן ההנדסי המערכתי

מידול: שרטוט בעזרת מחשב (CAD: Computer Aided Design)

מכלול השיטות, האמצעים והידע בעזרתו מהנדס המכונות מבצע מידול של הרכיבים, המנגנונים, ותת-המערכות המורכבים ביחד כדי ליצור מערכת שלמה שתפעל בצורה מיטבית לבצע את היעדים שהמהנדס קבע בשלב התכן ההנדסי. המערכת צריכה לפעול בהתאם לדרישות הנדסיות מדידות ובהתאם לתקנים בינלאומיים.

פעמים רבות משתמשים בתוכנות תלת-מימדיות רבות עוצמה כדי לתכנן ממש את המערכת כולל שימוש בהדמיית תנועה על-מנת לוודא שהמערכת יכולה לתפקד כראוי. בנוסף, המהנדס מבצע אנליזות (ניתוח) של כוחות וחוזק חומרים של הרכיבים השונים העשויים מחומרים שונים במקביל לתכן מכני (Mechanical Design).

ייצור בעזרת מחשב (CAM: Computer Aided Manufactring)

מכלול השיטות, האמצעים והידע בעזרתו מהנדס המכונות מבצע את הייצור בפועל של הרכיבים, המנגנונים, ותת-המערכות המורכבים יחד תוך התאמה מושלמת לתפקוד כפי שתוכנן במידול שבוצע טרום הייצור. התכן המכני, משפיע על המידול אבל גם עשוי להשפיע על הייצור. לעיתים בעקבות תכן מכני משנים את המידול, ולעיתים בעקבות מידול משנים את התכן המכני. המידול והתכן המכני חייבים לפעול בתיאום ולשניהם יש השלכות על תהליך התכנון של הייצור.

בקרת מערכות

כיום, המערכות המודרניות המיוצרות הם מערכות משולבות המבוקרות באמצעות מחשב. המחשב הוא למעשה בקר מתוכנת (PLC: Programble Logical Controler) אליו מהנדס המכונות מזין תוכנת בקרה השולטת על כל התהליכים שהמערכת מבצעת.

כיום, צוותי הפיתוח של מערכות משולבות, מבצעים תהליך תכן הנדסי מערכתי (System Enginering Design) שמביא בחשבון כבר בשלב הראשוני של התכן שיקולים רבים מתוך הדרישות ההנדסיות המדידות שהוגדרו בנוגע למגוון רחב ועשיר של שיטות פעולות, ותהליכים כמו:

מידול (ועל כך בפרק ב'), תכן מכני (מושגי הליבה לתכן מכני נמצאים בספר אופניים 2020) שיטות ייצור, מכונות ייצור (מושגי הליבה לנושאים אלו מצויים בפרק ג' – תהליכי ייצור ובפרק ד' – ממידול לייצור), התאמה בין חלקים, התאמה בין מנגנונים, התאמה בין תת-מערכות, שליטה ובקרה על תפקוד תת-המערכות באמצעות חיישנים ורובוטים. לכן, התחום של מערכות תיב"מ מקבל, כיום, חשיבות מכרעת שכן איש התיב"מ חייב להיות בעל חשיבה מערכתית שכוללת את כל מה שתואר במבוא לספר זה ובקיצור להיות חושב יצירתי בתחום של תיב"מ: תכן, ייצור ובקרת מערכת. כל מושגי הליבה בבקרת מערכות הנדסיות מצוי בספר בקרת מערכות הנדסיות 2021.

מהי מערכת

מערכת היא אוסף של רכיבים שמורכבים יחד כדי להשיג מטרה רצויה לאדם.

בספר אופנים תשפ"ב, תואר תהליך של ניתוח תיפקודי של מערכת. מומלץ מאוד למי שטרם קרא את הספר במיוחד את הפרק הראשון שלו לעשות זאת לפני שהוא ממשיך ללמוד על תכן מערכות מידולן וייצור מערכות.

להלן תקציר של הפרק הראשון:

אחד מכלי החשיבה שמהנדסים משתמשים בהם הוא תרשים מלבני. יש הרבה סוגים של תרשימים מלבניים: תרשים מלבנים של מערכת בקרה, תרשים מלבנים של מערכת הנדסית ותת-המערכות שלה, תרשים זרימה (בו משתמשים כדי להבין את הלוגיקה של התוכנה) ועוד.

תכן מכני

הרחבה על תכן מכני בספרים גלגש תשפ"א ו- אופניים תשפ"ב. להלן דוגמא לתכן מכני שתוצאותיו משפיעות על המידול וגם עשויות להשפיע על בחירת חומרים ועל ייצור.

תכן – Design: מה ההבדל בין DESIGN ל- Design

תכן או תכן הנדסי Engineering DESIGN כולל בתוכו תכן מערכתי (System Design) בהיבט של הנדסת מערכת (System Engineering) , מידול (Moduling), תכן מכני (Mechanical Design), תכן תהליכי ייצור (Manufacturing Design Process) או תיב"מ: תכנון, ייצור בעזרת מחשב, ותכנון מערכת בקרה (Control System Design).

מחוון להערכת תהליך תכן הנדסי, מערכתי, איטרטיבי, וספירלי

המחוון שהוצג בתחילת פרק זה עשוי לסייע לכם התלמידים לעצב את תהליך הלמידה של עצמכם ולסייע למורים להנחות את תהליך הלמידה שלכם. בפורטל חומרי הלימוד של המגמה מצוי מגוון עשיר של חומרי לימוד ומאגרי מידע וידע שמורים מובילים במגמה שיתפו עם קהילת הלומדים שלה. כמו-כן, מצויים מרכיבי הערכה עבור מעבדות ועבור פרויקט גמר במערכות תיב"מ.

רציונל חינוכי להוראת תיב"מ (דר' דני קלוס ז"ל)

האם אפשר ללמוד עקרונות בהנדסת מכונות בלמידה התנסותית?

האם בלמידה בה התלמיד "מוזמן" להתנסות "טבעית" – בהתנסות בלתי מובנית בפתרון בעיה, עשויה להתרחש למידה משמעותית של עקרונות מתחום הנדסת מכונות?

למידה התנסותית

ילדים לומדים החל מרגע צאתם לאוויר העולם. עד ליום כניסתם למוסדות חינוך, ילדים צוברים ידע עצום, שרובו ככולו נרכש על בסיס מה שמכונה "למידה טבעית". "למידה טבעית" מאופיינת בהיותה חווייתית ורלוונטית למקום ולזמן שהיא מתרחשת בו. זוהי אחת מצורות הלמידה האפקטיביות ביותר.

עקרונות פילוסופיים של חינוך הומניסטי שתומך בלמידה טבעית / ערך דר' ירון דופלט

• האדם יצור טוב מטבעו, בעל חופש בחירה והחלטה, ולא כעבד של יצריו או תוצר של החברה.

• האדם פועל בהתאם למציאות כפי שהיא נתפסת על ידו.

• הוא אינו פסיבי ונשלט ע"י חיזוקים סביבתיים (ביהביוריזם)

• האדם אינו נשלט על ידי דחפיו או ע"י חוויות ילדות אובייקטיביות (פסיכואנליזה)

• האדם מונע על ידי רצונו למימוש עצמי.

1. חופש ללמוד – התלמיד הוא אדם חופשי המסוגל וצריך לבחור בעצמו מה ואיך ללמוד. המוטיבציה ללמוד צריכה להיות פנימית תוך חווית למידה משמעותית, כפי שהייתה מתרחשת בעצם יום-יום לפני עידן בית הספר.

2. חינוך אפקטיבי – האדם הוא יצור הכרתי (קוגניטיבי) ריגושי (אפקטיבי) וחברתי (סוציאלי.) בית הספר חייב להציב לעצמו מטרות גם בתחום הריגושי ולא רק הקוגניטיבי. לדוגמא שהילד יהיה אכפתי, אחראי, רגיש, מכבד את הזולת וכדומה.

3. חינוך אינדיבידואלי – לתלמידים בכיתה סגנונות לימוד שונים זה מזה, כל תלמיד הוא אדם ייחודי בעל סגנון לימוד מיוחד לו ובעל אינטליגנציות מרובות. האדם חופשי ומסוגל לבחור מה טוב לו ומה מתאים לו, אם רק נאפשר לו לממש את הפוטנציאל הגלום בו.

4. אקלים חיובי – התלמיד הוא יצור טוב מטבעו, המונע ע"י צרכים חיוביים כסקרנות ומימוש עצמי. לכן כדי שהתלמיד יגשים את צרכיו עלינו ליצור אווירה חיובית בה הוא לא יחשוש להיות הוא עצמו.

סביבת הלימוד ההומניסטית צריכה לספק ללומד דרגות חופש לבחור את נתיבי למידתו, תוך מתן הדרכה מותאמת לסגנונות לימוד מגוונים וטיפוח מיומנויות שונות בהתאם למגוון האינטליגנציות הקיים אצל האדם.

ההשלכות לסביבת לימוד בתחומי הנדסת מערכות ברורות: צריך להנחות את הילד כיצד לתכנן ניסוי או מוצר אותנטי במקום ללמדו עובדות יבשות ושינון של שגרות ידועות מראש לביצוע ניסויים שהמסקנות שלהן ידועות לתלמיד מתוך עיון קצר בספר הלימוד.

ויגוטסקי, הציג את חשיבות הלמידה ההתנסותית במסגרת תיאוריית ההבניה בלמידה.

הוא טען, שלמידה צריכה להיתפס כהבניה חברתית שבה קוגניציה, קונטקסט ואימון נמצאים באינטראקציה. משמעות נבנית באופן דינמי דרך השתתפות בארגונים חברתיים. הבנה יכולה להירכש רק באופן הדרגתי דרך אימון.

מטלה 1:

מאיזה סרטון היינו לומדים בצורה אפקטיבית לקשור קשר הצלה?

1. https://www.youtube.com/watch?v=6-rKxYZlDyI

2. https://www.youtube.com/watch?v=UFaR4rshG_8

3. https://www.youtube.com/watch?v=0GRaCFvWIVU

מה מיוחד בסרטון אותו היינו זוכרים לאורך זמן ?

מגוון התנסויות במגמות הנדסת מערכות / דר' דני קלוס ז"ל

אם נבחן את כל צורות ההוראה במגמת מכונות להתמחויותיה השונות נוכל לומר שישנן מגוון התנסויות בהן התלמיד עשוי להתנסות.

• תלמיד חורט מדרגה על גבי ציר פלדה למידה לפי שרטוט נתון.

• תלמיד בונה מעגל פניאומטי לפי תרשים.

• תלמיד מרכיב רובוט מלגו לפי תרשים מוכן.

• תלמיד מרכיב משאבה.

• תלמיד עורך ניסוי מתיחה.

• תלמיד מפתח מערכת המהווה פתרון לבעיה.

האם ניתן לדרג את השיעורים ההתנסותיים במגמת מכונות?

• יתכן שזה אפשרי אך זה דורש דיון מעמיק על עקרונות הדרוג.

• מה שברור הוא שיש התנסויות שטבען הוא ביצוע כמו לפי מרשם.

• האם התנסות כזו דינה לשקוע בתהום השכחה של התלמיד וכך להיהפך למיותרת?

• באיזה תנאי התנסות כזו הופכת לאירוע שממנו ניתן ללמוד?

פתגם סיני עתיק מצוטט ברבים מהמחקרים הנוגעים ללמידה התנסותית. הפתגם אומר כך:

• אני שומע ואני זוכר

• אני רואה ואני זוכר

• אני עושה ואני מבין

דר' דני קלוס ז"ל, שואל (את עצמו, אותנו המורים ואתכם התלמידים) האמנם בהכרח כך?

לא בהכרח.

• ניתן לשמוע ולא לזכור.

• ניתן לראות ולא לזכור.

• ניתן לעשות מבלי להבין!

זה טיבם של פתגמים בכלל וגם של פתגמים סיניים - הם נכונים לפעמים.

• אנו מסכימים שלמידה באמצעות עשיה (Learning by Doing) עשויה להיות אפקטיבית ביותר, אבל בהסתמך על המסגרת התיאורטית של ויגודסקי ועל ניסיוננו ניתן לראות שעל מנת שזה יתרחש צריך להבנות, להנדס ולתכנן את ההתנסות.

• התנסות איננה תנאי מספיק להבנה!

• ניתן להתנסות חיים שלמים בשיטה העשרונית מבלי להבין את משמעותה.

המורה כמאמן ללמידה מטעויות

• אם מטעויות לומדים אז חייבים לזכור אותן ולא להתבייש בהן.

• הלמידה המשמעותית מתחילה כשההתנסות על פי תפריט משתבשת - עוררות של סקרנות, עוררות רגשית ומוטיבציה.

• למידה אפשרית כשהמורה מקשה קושיות.

המורה הופך באופן מודרג גם התנסות תפריטית להתנסות בפתרון בעיות, כך שלבעיה יש יותר מפתרון יחיד.

הפמוט: קריאה והבנת שרטוט מכונות (דר' דני קלוס ז"ל)

כאשר אנו מתבוננים בעולמם של אנשים העוסקים בייצור, לא אחת נתפעל מריבוי המיומנויות ואופן קבלת ההחלטות בתהליך יצירת המוצר. תהליך התכן הינו המהות של הנדסה. הנדסה היא חשיבה יוצרת רעיונות. הכל מתחיל במוחם של אנשי התכן שבסוף תהליך התכן, שהוא תהליך קבלת החלטות, החליטו איך צריך להראות המוצר ואת המידע הזה הם מוסרים לאנשי היצור במסמך הכתוב בשפת שרטוט המכונות.

שרטוט המכונות היא שפה שנלמד לקרוא בה והיא שזורה עם תהליך הייצור המאפשר גם הוא דרכי פעולה ואופנים שונים של מימוש החלק ויצורו.

על השאלה כיצד להסביר כל דבר קיים הסביר הפילוסוף היווני, אריסטו, שיש לענות על ארבע שאלות שהתשובות להן הן ארבעת הסיבות לכך שאותו הדבר נמצא כפי שהוא לפנינו. ארבעת סיבות אלה הן ארבעת סיבותיו של הדבר. לטענת אריסטו, אם נבין אותם ניתן לטעון שנבין את הדבר עליו אנו מתבוננים או חושבים.

ארבעת הסיבות המאפשרות הבנה לפי אריסטו הן:

א. הסיבה התכליתית – הסיבה התכליתית באה לענות על השאלה מה התכלית של המוצר? לשם מה הוא נוצר? איזה פונקציה, פעולה תפקיד, המוצר הזה נוצר לשמש?

ב. הסיבה הצורנית – עלינו להבין בפירוט את הצורה של הדבר. במונחים של מוצרים, עלינו להבין את המידות והצורות הגיאומטריות המהוות את צורת המוצר. מובן שיהיה עלינו להיות מסוגלים לתארו בפירוט לאחרים, אחרת הבנתנו תתקל בבעיית תקשורת עם בני האדם האחרים איתם אנו באים במגע.

ג. הסיבה הפועלת – זאת הסיבה שהביאה ליצירת המוצר. כלומר לענייננו, אלה הם אופני הייצור, המכונות והכלים שאפשרו את יצירת המוצר. יהיה עלינו להכיר את אופן פעולתם ואת ההשלכות שיש לשימוש באמצעי המיוחד בו בחרנו להשתמש על מנת לייצר את המוצר.

ד. הסיבה החומרית – כלומר חייבים להכיר ממה עשוי הדבר. עלינו להכיר את החומר ממנו עשוי המוצר כדי להבין את משמעותו.

כאמור, האופן בו נלמד את קריאת שרטוט המכונות יוביל תמיד למענה על ארבעת השאלות של אריסטו.

השלבים הראשונים בהכרותנו את עולם אנשי הייצור יהיה דרך הבנת המסמכים הנקראים שרטוטי החלקים ושרטוט ההרכבה. למעשה ננקוט בשיטה של פענוח המסמך בתהליך שנקרא "הנדסה הפוכה" כאשר ההבנה של המסמך והאופן שיש לנהוג לפיו יונחו על ידי מענה על ארבעת הסיבות של אריסטו.

תוכך כדי פעילות זו, נפגוש במושגים חדשים. ישנם כל מיני דרכים להבין משמעות של מושג. הדרך השכיחה היא שימוש במילון. הפילוסוף הגרמני ויטקינשטיין טען שדרך זאת אינה מוצלחת בעליל! הוא טען שאם נפנה למילון נמצא בהסבר המילה או המושג אותו אנו מבקשים להבין, מושגים עמומים וברורים עוד פחות מהמושג שעליו אנו רוצים ללמוד, לכן, ממליץ ויטקינשטיין, שהבנת מושגים טובה מושגת על ידי התבוננות והתנסות באופן בו משתמשים בהם. כל מושג הוא תוצאה של חברה העושה שימוש במושג, ובמגבלות שימוש זה הוא בר משמעות ולכן יהיה זה נבון להבין את המושגים על פי האופן בו משתמשים בהם באותה החברה. כך ננהג גם אנו. נבין את המושגים החדשים לפי האופן בו עושים בהם שימוש מהנדסי המכונות ואנשי הייצור.

אנו ממוקדים בייצור ואל תטעו לחשוב שהתכלית כאן היא להרבות במילים. המילים הם רק אמצעי לתכלית שהיא ללמוד לייצר. כדברי התלמוד : "ולא המדרש הוא העיקר, אלא המעשה." (משנה. אבות א. יז)

שרטוט ההרכבה שהוצג כאן אינו שלם. להלן שרטוט הרכבה מפורט שבוצע בהתאם לתקנים בינלאומיים מקובלים בכל העולם.

התבוננות בשרטוט ההרכבה ובשרטוטי החלקים משרים עלינו את התחושה של סדר ודיוק! אמנם עולם הייצור הוא יצירתי ונועד ליצור פתרונות מעשיים לבעיות, אבל הדיוק הוא ערך יסודי והכרחי בבואנו לתכנן וליצר. החלקים המרכיבים את הפמוט הפשוט הזה דורשים לעיתים דיוק של מאית מילימטר!! אנו נפגוש בעתיד חלקים שייצורם לפעמים דורש דיוק של אפילו אלפית של מילימטר! לכן שימו לב ששורת העיגולים המורים על מספרי החלקים, נתונים בקו ישר ומסודר ואינם מפוזרים על גבי הגיליון. הקווים המתוחים מהעיגול והמספר בתוכו אל החלק הם קווים ישרים שאינם חותכים אף פעם את קווי הגוף ו/או את קווי המידה. כבר הבנתם שהמספרים מתייחסים לחלקים המרכיבים את הפמוט.

דבר נוסף בולט הוא הטבלה בתחתית הגליון. בטבלה נמצא שלכל מספר מיוחס חלק. ניתן לראות את שם החלק, החומר ממנו הוא עשוי, מידותיו ולעיתים בטבלה או בהערות על גבי הגליון יובאו פרטי מידע נוספים הנחוצים לביצוע תקין ולהבנת החלק או המנגנון.

כאשר מביטים בהרכבה רואים הרבה חתכים וחתכים מקומיים. הדבר נועד על מנת להבהיר חד משמעית לאיש הייצור המקבל את המסמך, מה האופן בו חלק מסוים מתייחס לחלק אחר. לא משאירים מקום לדמיון. מרכיבי כל שרטוט חייבים להיות ברורים ובהירים באופן חד משמעי ולא ניתן לפרשנות. זאת הסיבה לחתכים. בעתיד תפגשו ואף תשרטטו בעצמכם הרבה שרטוטי חתך מקומי ושרטוטי הגדלה שתפקידם הוא להבהיר חד משמעית את האופן בו מורכב המוצר על כל חלקיו. בהערות על גבי הגליון יובאו פרטי מידע נוספים הנחוצים לביצוע תקין ולהבנת החלק או המנגנון.

נדון כעת במספר כללים המאפיינים שרטוט הרכבה:

1. השרטוט כולל היטלים וחתכים הנדרשים להבנת המכלול.

2. כל חלק מסומן במספר המוקף בעיגול.

3. מרבים להשתמש בחתכים לחשיפה והכרת פריטים מוסתרים. הדבר נועד על מנת להבהיר חד משמעית לאיש הייצור המקבל את המסמך, מה האופן בו חלק מסוים מתייחס לחלק אחר. לא משאירים מקום לדמיון. מרכיבי כל שרטוט חייבים להיות ברורים ובהירים באופן חד משמעי שלא ניתן לפרשנות. זאת הסיבה לחתכים.

4. מרבים להשתמש בחתכים מקומיים וסרטוטי הגדלה שתפקידם הוא להבהיר חד משמעית את האופן בו מורכב המוצר על כל חלקיו.

5. כיוון הקיווקו בחתך שונה לחלקים שונים סמוכים.

6. מכיל רק מידות מרביות ומידות מיקום שאין אפשרות לרשום בשרטוט החלקים.

7. אין משרטטים קוים נסתרים לפריטים.

8. סמוך לשרטוט ההרכבה תופיע טבלת החלקים של המוצר על כל חלקיו.

9. גלים וגופים מלאים אחרים לא מקווקים כי הם בדרך כלל מלאים.

10. אם ישנם מספר חלקים זהים רושמים מספר רק לאחד מהם.

11. בגיליון שרטוט ההרכבה מופיעה טבלה – רשימת חלקי המוצר. בטבלה נמצא שלכל מספר מיוחסת שורה הכוללת את שם החלק, החומר ממנו הוא עשוי, מידותיו ולעיתים הערות.

מטלה

שרטט את חלקי הפמוט

בהמשך נראה דוגמא לתרשימי ייצור שמבצעים בעת תכנון תהליך טכנולוגי לייצור המוט, חלק 4, במחרטה ידנית. כמו כן, ננסה ללמוד את הפענוח או הבנת השרטוט של הפמוט ואת דרך ייצורו באמצעות חלק 5 הוא הגביע.

תכנון תהליך טכנולוגי ושרטוטי ייצור לחלק 4 (פשוט יותר), מוט הפמוט.

ניתן לראות שבייצור מוט אחד פשוט יש 11 שלבי ייצור ושימוש במגוון כלי עיבוד במחרטה.

מדוע יש קיטום (פַאזָה – Chamfer) בגביע ?

מהתבוננות בפרט C המופיע בסרטוט הגביע חלק 5, ניתן לראות כי קיימת דרישה ליצור בו קיטום שגודלו 2x45°.

אולם לקיטום תפקידים נוספים בתהליך ייצורו של חלק:

יצירת מרכוז לשם הובלת המקדח בתהליך הקידוח [1].

[1] תהליך חיתוך חורים גליליים בחומר.

בירור מידות האורך והבהרה מדוע האורך של הקנה הגלילי של חלק 4 הוא 11 מילימטר בעוד שחלקים 1, 2, ו 3 סכום אורכים הוא 12 ? האם זאת טעות ???

h גובה ראש הבורג: h=0.7d

d קוטר חיצוני של הבורג mm

l₀ - אורך תבריג הבורג: l₀>2d+6

k - אורך התבריג הבולט מהאום: k>0.3d

A קוטר קדח חופשי בחלקים מחוברים: A=1.1d

הבנת הרכבת חלקים 1, 2, 3, 4. מיקוד על ברגים ועל ברגי הידוק. להביא דוגמאות להידוקים שונים. בורג ואום, בורג והברגה בחלק במרוחק (בלבד), שימוש באמצעים למניעת פתיחה עצמית.

1. סִבֹּלֶת (סיבולת – Tolerance) של כל החלקים הבאים לכדי הרכבה הדדית. להראות בכל חלק מידה מקסימלית ומינימלית ולבדוק מה קורה בהרכבות של החלקים הדדית במקרים הקיצוניים. דיון בסיבולות (יש הטוענים שהניקוד הנכון של המילה הוא: סְבוֹלוֹת) ואפיצויות. גל אחיד וקדח אחיד.

2. דיון בטיב פני שטח.

3. דיון בחומרים ומשמעותם (אסטטיקה) בפמוט.

4. ייצור בחריטה (Turning).

5. תרגול שינוי הפמוט לייצור במדפסת תלת מימדית. דיון בחיסכון בחומר ובדרגת הסיבוכיות. אין צורך במחסן חלקים ובזמן הרכבה. לעומת זאת בלאי בחלק מסויים אומר השלכת כל הפמוט. ההשלכות החברתיות על כך (תתארו לעצמכם שמנגנון מסובך נזרק בגלל פגם שבלתי ניתן לתקון כי המנגנון מודפס.

ביצוע יציקת הפמוט משוקולד. לימוד יציקות.