Долог путь до конвейера
— Обратите внимание: мы все еще не сделали своего автомобиля. Пока мы только и делаем, что выбираем! То тип автомобиля из таблиц «Перспективного типажа», то схему машины…
— Терпение, терпение: круг выбора постепенно сужается. Помните, при разработке компоновки мы его ограничили требованиями среднего человека и законов механики.
— Но где же наш идеальный автомобиль?
— Успокойтесь — нам предстоит проследить за продвижением автомобиля от первой линии на чертеже его проекта до поступления серийной машины к потребителю. Впрочем, и здесь, на отдельных этапах, есть элемент выбора.
Как только конструктор впервые услышит о задании на новую машину, которую ему предстоит проектировать, он начинает обдумывать именно ее компоновку.
Здесь уместно рассказать о конструировании автобусов.
Пока их строили на шасси грузовых автомобилей, не возникало вопроса о том, как располагать механизмы и что главное — кузов или шасси. Шасси было дано. Самое большое, что позволялось конструкторам автобуса — это удлинить раму и карданный вал, сделать помягче подвеску. Проектирование состояло в том, что на чертеже изображали шасси, а потом к нему причерчивали кузов и все остальное автобусное. Делалось это в конструкторском бюро того же завода, который выпускал базовый грузовик, или, реже, в кузовной мастерской, получавшей готовое шасси. На радиаторе такого автобуса красовалась пришедшая вместе с шасси марка грузового автомобиля.
С переходом на новую схему автобусов положение изменилось. Революция в их устройстве повлекла за собой перестройку производства и породила новые приемы проектирования их общего строения, общей компоновки.
Конструктор-компоновщик мог начинать с наметки общих очертаний машины, затем размещал сиденья и механизмы. Даже при минимальных отличиях автобуса от базового грузового автомобиля, то есть при переднем расположении двигателя и сохранении рамы, возникала необходимость в переделке и замене ряда агрегатов: делали, например, новый привод управления к колесам от переместившегося вперед руля, усиливали (из-за возросшей нагрузки) передний мост.
Если же автобус был с несущим кузовом и двигателем под полом или сзади, то машину приходилось и вовсе компоновать заново, лишь используя по возможности готовые агрегаты.
Постепенно кузовные автобусные заводы стали самостоятельными автомобильными предприятиями.
Дальнейшее совершенствование конструкции, специализация и увеличение выпуска автобусов привели к отказу от использования не только грузового шасси, но и многих его агрегатов. Возникло производство специальных автобусных мостов, подвесок, трансмиссий. Вместе с тем стало ясно, что ряд узлов кузова — сиденья, двери, окна и даже целые секции кузова целесообразно делать одинаковыми на разных автобусах. При такой унификации можно выгодно организовать их массовый выпуск, выбрав наилучшую конструкцию.
Вот как организовано теперь производство автобусов в Советском Союзе.
Ни Московский, ни Горьковский заводы сейчас этим делом не занимаются. Существуют специальные автобусные заводы во Львове, Ликине под Москвой, Павлове-на-Оке, Кургане, Энгельсе, Риге. Первые два завода используют двигатели и некоторые другие узлы конструкции ЗИЛ, вторые два — газовские. Автоматические коробки передач для всех городских автобусов делают во Львове и по совместно разработанному проекту в Чехословакии; мосты и подвески в Венгрии, и так далее. Разработаны унифицированные части кузова. А микроавтобус РАФ, если не вдаваться в детали, как бы складывается из спроектированных и изготовленных в Латвии кузова и рамы, двигателя и некоторых агрегатов «Волги», фар из ГДР, унифицированных сидений.
Казалось бы, в новых условиях задача разработчика компоновки сводится к размещению в пространстве новых узлов, вроде игры в детский «Конструктор», и тем самым упрощается. На деле же она усложнилась, поскольку он должен оглядываться на другие конструкции, уже имеющиеся или подготовляемые к производству. А производство и обслуживание машин в эксплуатации действительно упростились. Изменилась задача и проектировщика агрегатов. Сократилось их общее число, но к разработке каждого из них нужно подходить более ответственно, с учетом разных возможных сфер его применения.
Нечто подобное произошло в проектировании и производстве легковых автомобилей. Так, одинаковые двигатели и коробки передач для разных моделей «Москвичей» и «ИЖей», сходящих с конвейеров в Москве и в Ижевске, поступают из Уфы; у американского «шевроле-вега», западногерманского «опеля» и английского «воксхолла» — одинаковые двигатели корпорации «Дженерал моторс».
Итак, начинается работа над компоновкой.
Именно здесь происходит зримое согласование выраженных в «Техническом задании» требований потребителей, производственных возможностей заводов, творческого замысла конструктора.
Было бы неверно описывать этот процесс как совершенно незыблемый ряд операций, вроде: сначала выбирают размеры сидений и располагают их наилучшим образом, потом определяют места для агрегатов, затем подыскивают агрегаты из числа выпускаемых промышленностью, далее очерчивают образовавшееся пространство, работают над формой кузова и т. д., и т. п. В действительности все и так, и не так. Определенная последовательность, конечно, соблюдается. Но вместе с тем каждый этап вплетается в другие. Вот выбран подходящий двигатель. Намечено поставить его продольно спереди. Тут же возникает множество вопросов. Не перегрузит ли двигатель передние колеса? Не слишком ли он высок для профиля машины, рисующегося в воображении конструктора? Может быть, наклонить цилиндры вбок? Не будет ли при этом затруднен доступ к свечам зажигания? С какой стороны у него карбюратор и выпускной коллектор, и не помешают ли они размещению руля и педалей? Подобные вопросы возникают на всех этапах проектирования.
В наше время на помощь конструктору приходит электронно-вычислительная техника. Варианты решения всякой конкретной задачи могут быть переведены на язык алгоритмов и стать программой для машины, которая точно определит, какое решение наивыгоднейшее.
Но она не исключает и очень эффективный старый способ решения пространственных задач, применяемый при проектировании: изготовление макетов. Кроме того, бывает, что конструкторов интересует и увлекает сам процесс поиска, и они не хотят отдавать его на откуп машине. А расход времени? А объективность и точность принимаемого решения? Существует компромисс — сочетать творческий поиск с системной методикой. Вот пример системной таблицы для уже затронутого случая выбора двигателя (см. стр. 130).
Примерная таблица выбора двигателей
* Возможна установка двигателя с наклоном цилиндров вбок (данные в знаменателе).
Таблица дает первое приближение к решению задачи. Несмотря на малую массу двигателя Б (иногда этот единственный параметр может перевесить чашу весов), он вряд ли приемлем. Недостаточна мощность, велики переделки. Два других двигателя близки по сумме оценок. Дефицитность двигателя В сводит на нет его преимущества, и это может послужить причиной для отвода. В самом деле, чего стоят превосходные качества агрегата, если предприятие будет испытывать трудности при его поставках? Остается двигатель А. Если взять его таким, как он есть, то придется смириться с необходимостью поднять капот против первоначально намеченного уровня или сделать в нем выступ как у «Волги» и, может быть, несколько ухудшить обзор дороги с места водителя. Но можно пойти на то, чтобы наклонить его цилиндры как у «Москвича», произведя некоторые переделки.
Уже такая упрощенная таблица позволяет оценить в едином измерении, казалось бы, несоизмеримые вещи и очень помогает конструктору. Да и составлять таблицу интересно. Помимо всего прочего, она и программированию способствует. Можно ввести для каждого параметра коэффициенты его «весомости», тогда таблица будет более точной. Системный метод удобен для оптимизации любого сравнения, любого спора, любой дискуссии.
— Есть надежда вскоре увидеть очертания будущего автомобиля!
— Очертания, значит — чертеж, линии на бумаге. Будут и они. Но конструктор не только чертежник.
— Знаю, он и художник.
— Более того, это скульптор, плотник. Одним словом: и академик, и герой, и швец, и жнец…
В петровские времена, когда зародились приемы корабелов, всякую большую площадь, называли на немецкий или голландский лад плацем. А чертеж корабля был и остался большой площадью, перекрытой деревянными щитами. Всю ее корабелы разбивали продольными и поперечными линиями на клетки, линии нумеровали, а затем, пользуясь длинными гибкими рейками, в натуральную величину проводили плавные обводы будущего судна — стрингеры, баттоксы, шпангоуты. Чтобы свести к минимуму и без того большие, даже для одного только бокового вида судна, размеры плаца, виды сверху (план), спереди и сзади совмещали с боковыми. Сетка линий давала возможность увязывать проекции, не совершая частых переходов из конца в конец плаца. Все же ходить по нему приходилось, для этого на сапоги надевали мягкие туфли, как это теперь делают посетители музеев. А при черчении не оставалось ничего другого, как ложиться на щиты и ползать по ним. То ли от этого ползанья, то ли от слова «плац» такой чертеж стали называть «плазом», а иногда щитом. Прямо со щитов снимали шаблоны для выпиливания и гибки деревянных брусков, к щитам же прикладывали готовые бруски для проверки.
При чем тут автомобиль?
При том, что плазовый чертеж, или плаз, успешно применяемый по сей день в судостроении, переняли экипажных дел мастера, а затем и автомобилестроители (а также проектировщики самолетов и других крупных машин и сооружений).
Но не только плаз (к нему еще придется вернуться) отличает автомобильное проектирование от обычного машиностроительного.
На первый взгляд рабочее место компоновщика автомобиля такое же, как у всякого конструктора. Черчение как черчение. Большая доска с «кульманом». Кипы справочников и предварительных расчетов на соседнем столе.
Но стоит присмотреться внимательнее, и станут заметными предметы, которых не встретишь в других КБ. Это прежде всего шаблоны, выпиленные из плексигласа. Самый заметный из них — фигура человека на шарнирах, вроде игрушечного паяца, только в профиль, а не анфас, и без тесемок. Это «средний человек». Придав его фигуре сидячее положение, компоновщик прилаживает его к чертежу, определяет контуры сидений. Шевельнув ногу и руку шаблона, он намечает места, где расположатся руль, педали, передняя стенка кузова. Из точки «глаза» проводит линии, чтобы найти границы ветрового окна и верхней панели капота, обеспечивающие требуемую видимость дороги и светофоров. Другие шаблоны — контуры выбранного двигателя, колесо в поперечном сечении, квадратик аккумулятора. Все в масштабе будущей компоновки.
Наметив базовую линию пола, подвигав по доске и обведя шаблоны, подсчитав приближенно распределение масс, компоновщик набрасывает примерные очертания автомобиля. Копии этой ориентировочной компоновки передаются разработчикам агрегатов и механизмов, макетчикам, художникам. Теперь проектирование пойдет по нескольким руслам, более или менее параллельным, но то и дело соприкасающимся, опережающим друг друга.
Вот сконструирована вчерне передняя подвеска. Пробуют «вставить» ее в компоновку автомобиля. Выясняется, что двигатель не размещается между пружинами подвески. У доски компоновщика собирается летучий технический совет. Как лучше решить проблему? Поднять двигатель или отодвинуть его назад? Раздвинуть пружины, смирившись с расширением габарита автомобиля, или отвергнуть предложенную конструкцию подвески и разработать новую? Спор неожиданно нейтрализуют художники. Не нужно, говорят они, расширять весь корпус кузова; они согласны предусмотреть на нем выступы для колес — теперь такие выступы входят в моду и, кстати, защищают кузов от загрязнения.
Назавтра инициаторы созыва совета — сами художники. Их поддерживает консультант по эргономике, врач-психолог (есть и такая профессия среди участников проектирования). По их общему мнению, линию капота нужно провести ниже, машина станет красивее, динамичнее; безусловно, улучшится видимость дороги, а может быть, и аэродинамическая устойчивость — последнее надо проверить экспериментально. На этот раз дискуссия затягивается. Окончательное решение не принято. Художникам предлагают сделать модели автомобиля с вариантами капота.
Больше всего уточнений вносят макетчики. Они воспроизводят компоновку в натуральную величину, в трех измерениях. Растет так называемый посадочный макет из брусьев, реек, листов фанеры, картона и плексигласа с подходящими по размерам и форме, пока «чужими» колесами, сиденьями и другими автомобильными частями. На деревянную решетку корпуса макета навешивают двери, вставляют в проемы стекла. Под фанерным капотом и крышкой багажника упрятаны фанерные же макеты двигателя и стандартных чемоданов.
Даже самый опытный компоновщик, обладающий хорошим пространственным представлением, не способен предусмотреть на двухмерных проекциях чертежа все тонкости взаимного расположения людей, механизмов, стенок кузова. Ведь в чертеж нельзя войти, он поддается лишь приближенному опробованию с помощью плексигласового «среднего человека». На макете же все отчетливо выявляется. Его удобства можно проверить и манекеном (тоже на шарнирах), и живыми людьми. Можно сесть за руль, убедиться в достаточности размеров дверного проема, удобстве расположения рычагов и педалей. Известен случай, когда макет показал, что чашеобразное «анатомическое» сиденье, поставленное вплотную к колесному кожуху, может быть сдвинуто на целых сто миллиметров от намеченного на ориентировочной компоновке места, а габариты автомобиля — соответственно сокращены без ущерба для комфорта пассажиров. Как ни велик автомобиль, сотня лишних миллиметров считается огромной величиной в его размерах. Конструкторам же, как правило, каждый сэкономленный сантиметр дается с трудом.
Шаблоны, макет, манекен — главные инструменты компоновщика автомобиля, отличающие его работу от работы конструкторов многих других отраслей промышленности.
День за днем продвигается уточнение компоновки, второе (или третье, четвертое?) приближение к будущему автомобилю.
Настанет день, когда компоновщик уступает место плазовщикам.
Они покрывают чертеж координатной сеткой. Как ни странно, они пренебрегают великолепным «кульманом» и строят сетку дедовским способом — восстанавливают перпендикуляры с помощью штангенциркуля, линии проводят по длинной металлической линейке, ею же проверяют равенство диагоналей всей сетки — с точностью до четверти миллиметра. А потом обводят сетку тушью.
Такую же работу и с такой же точностью они проделывают на расположенном неподалеку огромном алюминиевом, окрашенном белой эмалью плазе. Только увеличивают клетки сетки до размеров, позволяющих вычертить проекции автомобиля в натуральную величину.
Зачем такая точность — четверть миллиметра на несколько метров длины диагоналей (это не более одной сотой процента!). Неужели только для того, чтобы педантично переносить контуры с одного чертежа на другой, как это делают иные рисовальщики при увеличении — «по клеточкам» — портретов и плакатов?
Дело в том, что самое существенное на плазе — это изображение поверхности кузова в виде множества сечений поверхности скульптурных моделей. В этом отношении плаз напоминает топографическую карту. Сечения после окончательной увязки и корректировки копируют с плаза на шаблоны, с них переносят на поверхность моделей, по которым изготовляют штампы, а штампы точно повторяют форму моделей на тонких листах облицовки кузова. Таких тонких (менее миллиметра), что неточность чертежа может привести к морщинам на их поверхности и даже разрывам при вытяжке. Вот для чего четверть миллиметра на диагоналях сетки! Вот для чего алюминиевый плаз, почти не деформирующийся от перемен температуры и влажности в КБ!
В наши дни на крупных автозаводах кропотливые процессы построения поверхности механизированы и автоматизированы. Снятые с моделей координаты основных точек сечений закладываются в программу ЭВМ, а она выдает координаты промежуточных точек, управляет чертежной машиной, воспроизводящей их на плазе, и копиром, изготовляющим модель штампа или даже самый штамп.
Весьма разнообразны виды использования сетки плаза в процессе проектирования. Например, для построения художниками перспективного рисунка будущего автомобиля. Впрочем, и это построение все чаще передают машине с электронным управлением. (Тут снова трудно удержаться от замечания! Всегда ли и всякий ли процесс следует обязательно автоматизировать? Какое удовольствие — и не ахти какое сложное и длительное дело — самому строить перспективный рисунок автомобиля!)
Сетка понадобится и для прикладывания шаблонов к моделям, и для проверки штампов, и для наладки сборочных приспособлений в цехах… Она будет напоминать о себе и помогать автостроителям на каждом шагу, как параллели и меридианы географической карты — путешественникам.
— Можно ли конструктора назвать отцом автомобиля?
— В той же степени, как и писателя отцом книги