VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Данная работа посвящена научно-исследовательской и опытно-конструкторской работе по разработке регистратора скорости автомобиля. Статья содержит этапы научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы на примере разработка регистратора скорости автомобиля. В данной работе разрабатывается техническое задание, техническое предложение, проведен патентный поиск, разработана структурная схема регистратора и сетевой график НИОКР.

С уверенностью можно сказать что НИОКР- это незаменимая часть развития инновационной науки. С помощью НИОКРа мы можем определить правильность направления развития науки и сосредоточиться на конкретных шагах в этом направлении. Это приводит к рациональному использование времени и ресурса что повышает конкурентоспособность товара или услуг.

Ключевые слова: НИОКР, патентный поиск, техническое задание, регистратор скорости автомобиля, планирование и организация, структура системы.

АКТУАЛЬНОСТЬ

Первые этапы жизненного цикла нового изделия начинаются со стадий научно-исследовательской работы (НИР) и опытно-конструкторской работы (ОКР). В процессе НИР возникают и проходят всестороннюю проверку новые идеи, реализуемые иногда в виде открытий и изобретений. Теоретические предпосылки решения научной проблемы проверяются в ходе опытно-экспериментальных работ. ОКР – это переходная стадия от научных исследований к производству. На этой стадии идеи, возникающие в процессе НИР, практически претворяются в техническую документацию и опытные образцы. Цикл научно-исследовательских работ (НИР), проводимых подразделениями предприятий и другими организациями, состоит из стадий, а также возможных этапов по стадиям.

1. ТЕХНИЧЕКОЕ ЗАДАНИЕ

1.1 НАИМЕНОВАНИЕ, ШИФР И ОСНОВАНИЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ОКР

Компетентные органы в настоящее время считают, что все моторные транспортные средства должны быть оснащены устройством, показывающим скорость движения хотя бы за километр до проверки. Если автомобиль остановлен за превышение скорости, то автоинспектор должен получить запись скоростей движения на последнем километре. Ожидается, что такой прибор позволит существенно сократить число несчастных случаев в результате дорожно- транспортных происшествий вследствие превышения скорости и, кроме того, прекратятся между автоинспектором и нарушителем.[4]

1.1.1Разработке присваивается наименование: «Регистратор скорости автомобиля».

1.1.2 Регистратор скорости автомобиля разрабатывается на основании заказа компетентных органов.

1.2 ЦЕЛЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ОКР, НАИМЕНОВАНИЕ И ИНДЕКС ПРИБОРА

1.2.1 Цель выполнения ОКР - разработка комплекта конструкторской и эксплуатационной документации, изготовление, испытание опытного образца.

Разработайте прибор для непрерывной регистрации скорости автомобиля на отрезке пути длиной в один километр.

1.2.2 Регистратору скорости автомобиля присваивается наименование: «Black eye».

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

2.3.1 Состав образца

В состав регистратора скорости автомобиля РС-avto должны входить:

a) слот под SD-карту памяти;

b) микрофон;

c) индикатор питания и ошибок;

d) разъем видеовыхода;

e) динамик;

f) индикатор состояния;

g) левая управляющая ручка;

h)ИК-подсветка;

i) камера внутреннего наблюдения;

j)правая управляющая ручка;

k) слот под SD-карту памяти;

l) левая управляющая ручка;

m) правая управляющая ручка;

a) направляющие для кронштейна;

b) GPS — приемник;

c) камера наружного наблюдения;

d) слот для подключение бортовому компьютеру

2.3.2 Требования по назначению

2.3.2.1 Общие положения

2.3.2.2 Диапазон измеряемых скоростей от 30 до 180 км/ч

2.3.2. 3Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения скорости +2 км/ч

2.3.2.4 Время измерения скорости не более 1 сек.

2.3.2.5 Время, в течение которого измеритель обеспечивает хранение в памяти одного или двух значений скорости, превышающих установленный порог, не менее 9 мин.

2.3.2.6 Время установления рабочего режима не более 3 сек. после включения питания.

2.3.2.7 Время установления рабочего режима не более 3 сек. после включения питания.

2.3.2.8 Допустимая продолжительность непрерывной работы не менее 16 час.

2.3.2.9 Допустимая продолжительность непрерывной работы не менее 16 час

2.3.2.10 Напряжение питания измерителя от 11,0 до 16,0 В.

2.3.2.11 Средняя потребляемая мощность не превышает 8 Вт.

2.3.2.12 Масса измерителя с кабелем не превышает 0,2 кг.

2.3.2.13 Габаритные размеры измерителя не более 170 х 80 х 35 мм.

2.3.2.14 В измерителе предусмотрена возможность регулировки яркости индикатора и громкости звукового сигнала в процессе эксплуатации.

2.3.2.15 Измеритель снабжен выключателем питания, защищен от переполю совки и подает сигнал тревоги при снижении напряжения питания ниже нормы.

2.3.2.16 Измеритель выводит информацию о состояния источника питания на индикатор.

2.3.2.17 Измеритель сохраняет свои характеристики при воздействии следующих климатических условий:

- температуры окружающего воздуха от минус 30 до +50º С,

- относительной влажности до 90% без конденсации влаги,

-атмосферном давлении от 60 до 106,7 кПа.

2.3.2.18 Измеритель сохраняет свои характеристики после воздействия предельных климатических условий:

-температуры от минус 50 до +55º С,

-относительной влажности до 95% при +30º С

2.3.2.19Измеритель сохраняет свои характеристики после воздействия 10 циклов вибрации в диапазоне частот от 10 до 70 Гц с амплитудой 0,15 мм.

2.3.2.20 Измеритель сохраняет свои характеристики после воздействия 4000 ударов с частотой от 10 до 50 ударов в мин при максимальном ускорении 150 м/cек2 и длительности 6 м/сек.

2.3.2.21 Измеритель сохраняет свои характеристики после воздействия трех одиночных ударов с максимальным ускорением 500 м/cек2 и длительностью 3 м/сек.

2.3.2.22Измеритель сохраняет свои характеристики после воздействия тряски в транспортной таре с частотой 50 - 120 ударов в мин в течение 2 часов с максимальным ускорением 30 м/cек2.

2.3.2.23Измеритель сохраняет свои характеристики после свободного падения с высоты 0.35 м на твердую поверхность.

2.3.2.24Измеритель сохраняет свои характеристики при воздействии внешних полей напряженностью 10 В/м в диапазоне частот 10 кГц / 300 МГц и 3 В/м в диапазоне частот 300 МГц / 1000 МГц.

2.3.2.25Средняя наработка на отказ не менее 5000 час.

2.3.2.26Средний срок службы до списания не менее 5 лет.

2.3.3 Требования по надежности

2.3.3.1 Выбор параметров надежности по ГОСТ 27.003 и ГОСТ 17446.

2.3.3.2 Средний срок службы регистратора скорости с учетом требований п.3.5 должен быть не менее 3 лет при возможности замены отдельных частей.

2.3.3.3 Продолжительность гарантийного срока изготовитель определяет исходя из стабильности процесса производства и надежности прибора, а также его конкурентоспособности.

2.3.4 Требования по эргономике и технической эстетике

Эргономическое обеспечение разработки видеорегистратора должно соответствовать требованиям предъявляемым ГОСТ 307.1-95.

2.3.5Требования по эксплуатации, хранению, удобству технического обслуживания и ремонта

2.3.5.1 Прибор защищён герметичным корпусом, которая предотвращает попадание влаги и пыли;

2.3.5.2 Корпус должен быть сделан не из токсичного пластмасса.

2.3.5.3 Прибор должен быть удобным в эксплуатации и обслуживании, его конструкция должна обеспечивать свободный доступ к элементам регулировки и управления;

2.3.5.4Конструкция пробора должна быть ремонт пригодной;

2.3.6 Требования по транспортабельности

2.3.6.1 Допускается транспортирование прибора автомобильным транспортом на расстояние до 3000км, и железнодорожным транспортом на расстояние более 3500 км, так же используются воздушные виды транспорта для более дальних перевозок;

2.3.7 Требования по безопасности и экологической защите

2.3.7.1. При разработке, изготовлении и испытаниях прибора должна обеспечиваться безопасность обслуживающего персонала от воздействий электрического тока.

2.3.7.2 Применяемые материалы должны быть пожароустойчивыми и безопасны от взрывов.

2.3.7.3 Прибор должен быть безопасен на всех стадиях эксплуатации при соблюдении требований эксплуатационной документации.

2.3.7.4 Требования безопасности должны соответствовать ГОСТ Р МЭК 335-1 и стандартам этой группы.

2.3.8 Требования по стандартизации и унификации

2.3.8.1 Разработка прибора должна производиться с учетом технических и экономических обоснований унификации, стандартизации и взаимозаменяемости деталей и узлов.

2.3.9 Конструктивные требования

2.3.9.1 Корпус прибора выполняется из высока классного пластмасса.

2.3.9.2 Для контроля за состоянием электроники в приборе предусмотрена сигнальная лампочка. При включении прибора лампочка загорится, что означает, что прибор готов работе.

2.3.9.3 Должно быть крепление на панель машины.

2.4 ТРЕБОВАНИЯ ПО ВИДАМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

2.4.1 Требования по метрологическому обеспечению

2.4.1.1Для измерения параметров прибора в процессе стройки и испытаний должны применяться стандартизированные средства измерений допущенные к применению.

2.4.1.2 Метрологическое обеспечение прибора должно соответствовать требованиям ГОСТ Р МЭК 335-2-3-95.

2.4.1.3 Метрологическая экспертиза конструкторской документации прибора должна проводиться метрологической службой в соответствии ГОСТ Р МЭК 61592-96.

2.5 ТРЕБОВАНИЯ К СЫРЬЮ, МАТЕРИАЛАМ И КОМПЛЕКТУЮЩИМ ИЗДЕЛИЯМ МЕЖОТРАСЛЕВОГО ПРИМЕНЕНИЯ

2.5.1Все сырье, материалы и комплектующие изделия, используемые в приборе, должны быть квалифицированы на условиях хранения и эксплуатации и на предполагаемое назначение.

2.6 ТРЕБОВАНИЯ К КОНСЕРВАЦИИ, УПАКОВКЕ И МАРКЕРОВКЕ

2.6.1Упаковка прибора при транспортировке должна быть чистой, сухой, без повреждений, а также защищать его от неправомерного вскрытия. Как упаковку можно использовать: заклеенные и укрепленные скотчем или лентой картонные коробки, деревянные ящики. У упаковки не должно быть острых углов или выступов.

2.6.2Вложенный в упаковку прибора должен располагаться плотно, без пустот. Объем тары обязательно должен соответствовать объему вложенного прибора и прилагающийся к нему элементов.

2.6. Прибора упаковывается с учетом его особенностей так, чтобы при перевозке и разгрузке обеспечивалась его сохранность, и исключалась возможность повреждения находящегося рядом груза.

2.6.4Маркировку следует наносить специальным устойчивым маркером или при помощи самоклеющихся этикеток, она должна содержать необходимую информацию о грузополучателе: название предприятия или имя частного лица, адрес, телефон, факс.

2.6.5Содержание маркировки и требования к ней установлены ГОСТ Р МЭК 335-1, стандартами этой группы на виды приборов и ГОСТ Р 51121.

2.7 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ И ПРИЕМКИ ЭТАПОВ ОКР

2.7.1Конструкторская документация должна быть разработана в соответствии с требованиями ЕСКД.[5]

2.7.2Эксплуотационная документация должна разрабатываться в соответствии с ГОСТ Р 52084-2003. Приборы измерительные. Общие технические условия.

2.7.3 В процессе разработки регистратора скорости автомобиля должна быть выпущена следующая документация:

- Чертежи, схемы;

- эксплуатационная документация (формуляр, руководство по эксплуатации)

- технические условия.

2.8 ЭТАПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ОКР

2.8.1 Этапы и сроки разработки регистратора скорости[3]

Содержание работ	Срок	Примечание
1.Согласование технического задания, разработка регистратора скорости автомобиля, разработка технической документации. (8.01.2015)
1.1Отчет о патентных исследованиях и согласование технического задания.	8.01.2015	Параллельно с выпуском чертежей осуществляется запуск производства деталей, узлов и микросхем регистратора скорости автомобиля.
1.2Моделирование системы PC-avto , макетирование, обоснование выбранного варианта регистратора скорости. Обработка конструкций, узлов и микросхем PC-avto.	16.01.2015
1.3Выпуск конструкторской документации на регистратор скорости.	26.02.2015
1.4Выпуск эксплуатационной документации.	14.04.2015
1.5Выпуск технических условий (ТУ)	14.05.2015
2 Изготовление опытного образца (партии) PC-avto (29.05.2015)
2.1 Изготовления составных частей и корпуса.	29.05.2015
3.Испытание, аттестация и сдача в эксплуатацию (15.07.2015)
4.Корректировка документации по результатам изготовления и испытаний (01.18.2015)

2.8.2 Комплектность РС-avto

Регистратор скорости автомобиля РС-avto должен иметь следующую комплектность:

- технические условия;

- эксплуатационная документация (руководство по эксплуатации);

- гарантийный талон;

- видеорегистратор

- флэш карта

- кронштейн для крепления к ветровому стеклу

- зарядное устройство

- кабель для соединения с бортовым компьютером

3 ОБЩИЕ ДАННЫЕ ОБ ОБЪЕКТЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

Патентные исследования проводились в период с 1 октября по 1 декабря 2014 года.

Объектом настоящего патентного поиска является регистраторы скорости автомобиля и видеорегистраторы в том числе. Прибор представляет собой аппаратно-программный комплекс предназначенный для измерения скорости движения транспортных средств. Этот прибор фиксирует скорость проезда автомобиля. Режим записи- циклический. Запись скорости движением с питанием от бортовой сети автомобиля. С помощью GPS модуль позволяет записывать координаты и скорость, а также сохраняя эти данные на флеш карте. Видеорегистратор устанавливается в области любого стекла [1]. Миникамера закрепляется в верхней части любого стекла, но не ниже уровня 14 сантиметров или на приборной панели.

Обоснование регламента поиска: при проведении исследования должна быть отобрана наиболее информативная документация стран, определяющая основные тенденции развития в данной области.

Исследуемый объект относится к классу "G" ФИЗИКА и к подкалассу G01P – Измерение.

Для решения задач при проведении исследований использовались следующие ресурсы: http://www1.fips.ru, http://www.findpatent.ru.

Рис. 1 – Гистограмма динамики патентования на период 1980-2014 гг.

Рис. 2 – Кумулятивно динамическая характеристика патентования

Рис. 1 показана гистограмма динамики патентования на протяжении 34 лет. На графике отчетливо прослеживается в некоторые периоды тенденция спада в развитии исследуемого объекта, самый продолжительный спад пришелся на период 1980-1990 года. Наибольшая активность в сфере патентования по данной тематике приходится на 2001-2009 гг. и 2011-2014 гг.

На рис. 2 характеристика показывает тенденцию к равномерному постоянному росту количества патентов, т.е. отображает потребность в непрерывном развитии исследования и применения данного вида опор в промышленности и в отдельных областях техники.

В ходе патентного исследования по теме «Регистратор скорости автомобиля» было выявлено, что интерес со стороны разработчиков растет с высоким темпом. Смотря на рисунок в графике отчетливо прослеживается в некоторые периоды тенденция спада в развитии исследуемого объекта, самый продолжительный спад пришелся на период 1980-1990г.г. Наибольшая активность в сфере патентования по данной тематике приходится на 2001-2009 гг. и 2011-2014 гг.

В этой области наиболее популярными и востребованными являются видеорегистраторы китайского и корейского, а также тайваньского производства. Кроме того, на рынке представлены устройства более высокого класса из Японии, Европы и Америки. Патенты на регистраторы скорости в основном у Российских патентообладателей, но многие из этих изобретений не действуют в данный момент.

4 ПРОЕКТНАЯ РАБОТА НА СТРУКТУРНОМ УРОВНЕ

От компетентных органов был принять заказ на создание прибора, для регистраций скорости автомобиля за последний километр, если автомобиль остановлен за превышение скорости, то автоинспектор должен получить запись скорости движение на последнем километре.

В свези с этим прибору предъявлены следующие требования;

А) Разработать прибор для непрерывной регистрации скорости автомобиля на отрезке пути длиной в один километр;

Б) Регистрируемую скорость движения должен видеть водитель автомобиля;

В) Он должен быть связан определенным образом спидометром и счетчиком;

Г) Конструкция прибора должна исключать возможность установки ложного или неправильного отсчета;

По этим требование был разработан прибор. В котором были решены поставленные задачи.

По пункту (А) был разработан прибор, по аналогу похож на видео регистратор. Это обеспечивает непрерывное регистраций скорости автомобиля в памяти прибора.

По пункту (Б) прибор оснащён дисплеям, где будет отображаться текущая скорость автомобиля.

По пунктам (В,Г) прибор будет связан с бортовым компьютерам автомобиля. Это исключает возможность установки ложного и неправильного отчета.

Ниже приводиться структурная и функциональная схема прибора (рисунок - 2).

Сигналы с датчиков скорости и одометра передаются на бортовой компьютер. С компьютера сигнал, в свою очередь, передаётся на регистратор скорости. Этот сигнал от датчиков сохраняется в памяти прибора и отображается на дисплее. При нарушении скоростного режима водитель будет предупрежден звуковым сигналом. Прибор оснащен цифровой камерой для записи, который, свою очередь, помогает объективно разрешать спор между автоинспектором и нарушителем. Управление прибором осуществляется через пульт управления.

МК- микроконтроллер, БК- бортовой компьютер

Рисунок 2–Структурная схема прибора- регистратора

Приложение А

График выполнения НИОКР прибора «Регистратор скорости автомобиля»

№	Название задачи	Начало	Длительность	Январь	Февраль	Март	Апрель	Май	Июнь
1	Техническое задание	01.01.2015	15 дней
1.1	Ознакомление с ТЗ	01.янв	7 дней
1.2	Согласование ТЗ с заказчиком и утверждение	08.янв	8 дней
2	Техническое предложение	16.янв	40 дней
2.1	Проведение исследований	16.янв	10 дней
2.2	Разработка технического предложения	26.янв	20 дней
2.3	Согласование и утверждения технического предложения	15.фев	10 дней
3	Эскизный проект	26.фев	36 дней
3.1	Проведение исследований	26.фев	5 дней
3.2	Разработка конструкторской документации	4.мар	15 дней
3.3	Изготовление макетного образца	19.мар	16 дней
3.4	Утверждение эскизного проекта	3.апр	11 дней
4	Технический проект	14.апр	30 дней
4.1	Проведение исследований	14.апр	5 дней
4.2	Разработка технического проекта	19.апр	15 дней
4.3	Согласование и утверждение технического проекта	4.май	10 дней
5	Рабочая документация	14.май	30дней
5.1	Разработка рабочей документации	14.май	15 дней
5.2	Изготовление и предварительные испытания опытного образца	29.май	16 дней
5.3	Согласование и утверждения рабочей документации	13 июнь	7 дней

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итоги сказанному выше необходимо сказать, что сфера НИОКР поистине является основой частью для разработки новой техники. Разработать и внедрить в производство изделие новой модели означает превратить знания, новую идею в готовый продукт. Превращение знания в продукт требует затрат времени и крупных единовременных денежных расходов, величина которых тем больше, чем выше уровень новизны продукции и чем чаще происходит смена моделей изделий. Это в свою очередь влечёт за собой удорожание изделий при их производстве. При планировании научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы по разработке регистратора скорости автомобиля были выполнены все работы по этапам и строго по ГОСТам. Выявлены все требования к прибору, а также провиден патентный поиск. Разработано техническое задание на разработку регистратора скорости.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Библиотека патентов и изобретений зарегистрированных на территории РФ. [Электронный ресурс] http://www.findpatent.ru/]

2. База патентов СССР//Регистратор скорости автомобиля [Электронный ресурс] http://patentdb.su/3-151576-signalizator-i-registrator-prevysheniya-skorosti-avtomobilya.html

3. ГОСТ 2.103-73 Этапы работы

4. ГОСТ 2. 105-95 Общие требования к текстовым документам

5. ГОСТ 2. 109-73 Перечень конструкторской документации

Код для цитирования: Скопировать