ФБГОУ ВПО РОССИЙСКИЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г. В. ПЛЕХАНОВА


Расчётно-аналитическая работа по дисциплине
Методы поиска и принятия инновационно-технических решений

Инвалидное кресло



Москва 2012
Функционально-физический анализ инвалидного кресла.

1. Функция предназначения:
F ={D;G;H}
D: передвижение людей с ограниченными возможностями
G: кресло
H: механическая энергия.

2. Описание физической операции:
Q ={A;E;C}
А – неспособность человека перемещаться
Е – приложение силы
С – передвижение человека


3. Разбиваем инвалидное кресло на функциональные элементы
Е1 - рычаг управления
Е2 – рычаг стояночного тормоза (2 шт)
Е3- рама
Е4 - колесо (4 шт)
Е5 - спинка
Е6 – подножка (2 шт)
Е7 - сидение
Е8 – подлокотник (2 шт)


4. Выделяем объекты окружающей среды:
V1 – человек с ограниченными возможностями
V2 – человек, везущий кресло-коляску
V3 – поверхность земли (пола), по которой передвигается коляска

5. Описываем функции выделенных элементов:


№№ Наименование функционального элемента Обозначение функционального элемента Обозначение функции Описание функции
1 Рычаг управления Е1 F1 Приведение колёс в движение E5; E2, E3, E7, E4
2 Рычаг стояночного тормоза E2 F21
F22
Остановка и фиксация колёс в неподвижном состоянии
3 Рама E3 F3
Фиксация спинки, сидения, подножек, подлокотников
4 Колесо E4 F41
F42
Взаимодействие с рычагом управления и землёй, передвижение
5 Спинка E5 F5
Фиксация удобного положения спины
6 Подножка E6 F6 Фиксация удобного положения ног
7 Сидение E7 F7 Фиксация удобного положения тела в сидячем состоянии
8 Подлокотник E8 F8 Фиксация удобного положения рук

6. Строим конструктивную функциональной структуру, которая описывает функциональную взаимосвязь между элементами.


7. Выделяем основные и вспомогательные потоки:

Всё основано на действиях человека, который везёт коляску и человека с ограниченными возможностями.


8. Проводим описание физических операций выделенных элементов.
Q = {A, E, C }




№ Наименование объектов окружающей среды и функционального элемента A C E Физический закон или технический эффект «Источник» «Приемник»
1 Рычаг управления Тепловая энергия Механическая работа Преобразование тепловой энергии в механическую работу Приведение в движение






Человек Колесо
2 Рычаг стояночного тормоза Кинетическая энергия Потенциальная энергия Преобразование кинетической энергии кресла в потенциальную путём остановки колес Остановка движения, фиксация колёс Человек Колесо
3 Рама Нескрепленное кресло Скрепленное кресло Скрепление и фиксация составных частей кресла Сила упругости, сила тяжести Человек Колесо
4 Колесо Неподвижное кресло Кресло, способное к перемещению Приведение в движение Сила трения Человек Поверхность земли
5 Спинка Незафиксированное положение тела Удобное фиксированное положение тела Фиксация положения тела в удобном положении Сила упругости Человек
6 Подножка Незафиксированное положение тела Удобное положение ног Создание опоры для ног Сила упругости Человек
7 Сидение Незафиксированное положение тела Фиксированная точка опоры тела Фиксация положения тела в удобном положении Сила упругости Человек
8 Подлокотник Незафиксированные руки Удобное положение рук Фиксация рук в удобном положении Сила упругости Человек
9 Человек с ограниченными возможностями Неподвижное кресло Кресло, которое перемещается с помощью внешних сил Приложение усилий Сила трения, сила тяжести Человек Колеса, спинка, сидение, подлокотники, подножки
10 Человек, везущий коляску Неподвижное кресло Кресло, которое перемещается с помощью внешних сил

Приложение усилий
Приведение в движение Человек Рама
11 Поверхность земли Опора для перемещения кресла Действие веса кресла, действие силы трения колес о поверхность земли Сила упругости, сила трения Человек Колеса


9. Примеры инвалидных кресел:
 кресла-каталки
 кресла-коляски
 коляски с механическим приводом
 коляски с мотором
 базовые инвалидные коляски для дома и улицы
 инвалидные коляски с высокой спинкой
 коляски с рычажным приводом
 активные инвалидные коляски
 спортивные инвалидные коляски
 детские инвалидные коляски
 инвалидные коляски для детей с ДЦП
 инвалидные коляски с санитарным устройством.


Ранжирование недостатков.
Недостатки инвалидного кресла:
1) невозможно передвигаться по лестницам
2) неудобства в посадке с кровати или стула
3) невозможно дотянуться до высоко расположенных вещей
4) недостаточная прочность и надежность конструкции, низкая износостойкость
5) понижение маневренности человека при передвижении
6) плохая эргономика (неудобно сидеть)
7) при опрокидывании кресла больному проблематично восстановить положение кресла и сесть в него обратно


- 1 2 3 4 5 6 7 Кол-во повторов Ранг
1 - 1 1 4 5 1 7 3 3
2 1 - 3 4 5 2 7 1 4
3 1 3 - 4 5 6 7 1 4
4 4 4 4 - 4 4 7 5 2
5 5 5 5 5 - 5 7 5 2
6 1 2 6 4 5 - 7 1 4
7 7 7 7 7 7 7 - 6 1

По результатам ранжирования недостатков, 1 место получил недостаток №7 – проблема опрокидывания кресла.
Способы решения проблем:
1) установка специальных подножек, амортизирующих удар при опрокидывании или блокирующих опрокидывание
2) обшивка сидения более мягкими материалами
3) повышение качества материалов при неизменном весе конструкции
4) увеличение количества колёс с изменением их уровня для передвижения по лестницам без пандуса (аналогично креслам iBOT, до сих пор не поступивших в продажу в России)

Оценка перспектив развития двух технологий

t 1897 1900 1909 1931 1943 1945 1966 1972 1998 2007 2012
I 0,3 0,4 0,6 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,2
II - - - 0,03 0,09 0,6 0,6 0,7 0,83 0,96 0,99



1)
-b∑t²i + lna ∑ti = ∑кiti
-b∑ti + n lna = ∑кi
b(∑ti - ∑t²i) + lna (∑ti – n) = ∑кiti - ∑кi
lna = (∑кiti - ∑кi – b(∑ti - ∑t²i)) / (∑ti – n)
-b∑ti + n(∑кiti - ∑кi – b(∑ti - ∑t²i)) / (∑ti – n) = ∑кi
-21480*b + 10(17300.2-8.8-b*(21480-41962062))/(21480-10) = 8.8
-21480*b + 10(17291.4+41940582*b)/21470 = 8.8
-461175600*b + 419405820*b + 172914 = 188936
-41769780*b = 16022
b = -0.0004
lna = (17300.2-8.8+0.0004*(21480-41962062))/21470
lna = 0.02
a = e0.02

2)
-b∑t²i + lna ∑ti = ∑кiti
-b∑ti + n lna = ∑кi
b(∑ti - ∑t²i) + lna (∑ti – n) = ∑кiti - ∑кi
lna = (∑кiti - ∑кi – b(∑ti - ∑t²i)) / (∑ti – n)
-b∑ti + n(∑кiti - ∑кi – b(∑ti - ∑t²i)) / (∑ti – n) = ∑кi
-21480*b + 10(9536.74-4.8-b(21480-41962062)/(21480-10) = 4.8
-461175600*b + 95367.4 – 48 + 419405820*b = 103056
-41769780*b = 7688.6
b = - 0.0002
lna = (9536.74 - 4.8 + 0.0002*(21480 - 41962062)/(21480 - 10)
lna = (9531.94 + 8388.1164)/21470
lna = 0.05
a = e0.05
Составление сводного графика:











Таким образом, мы видим, что графики на данный момент не пересекаются, но II вариант имеет более крутой наклон, следовательно, имеет лучшие перспективы, чем I вариант.