Л_1_Шупенев_Введение_в_инженерную_и_прототипирование

1. Прототипирование здоровьесберегающих систем и комплексов

ШУПЕНЕВ Александр Евгеньевич
к.т.н., доцент кафедр МГТУ:
БМТ-3 «Биомедицинская безопасность»
МТ-12 «Лазерные технологии в машиностроении»
почта – ash@bmstu.ru

2.

Прототипирование здоровьесберегающих систем и комплексов
Дата
10, зн
10.11.2025
11, чс
17.11.2025
12, зн
14, зн
РК
15, чс
16, зн
М1
17, чс
01.12.2025
Практика
13, чс
24.11.2025
08.12.2025
Контроль
ДЗ
Теория
КМ Неделя Тип
22.12.2025
15.12.2025
29.12.2025
Время
17:25-19:00
19:10-20:45
17:25-19:00
19:10-20:45
17:25-19:00
19:10-20:45
17:25-19:00
19:10-20:45
17:25-19:00
19:10-20:45
17:25-19:00
19:10-20:45
17:25-19:00
19:10-20:45
17:25-19:00
19:10-20:45
Название
Введение в инженерную деятельность. Стадии НИОКР
План курса. Выдача ДЗ. Знакомство с тематиками.
Метод FDM. Устройство, принтеры, материалы
Подготовка под FDM, слайсеры
Метод SLA. Принципы, принтеры, материалы. Метод SLM
Подготовка под SLA, слайсеры
Лазерная резка и гравировка
Прием ДЗ
Лабораторная работа 1 (FDM, SLA)
Лабораторная работа 2 (CO2, гравер)
Защита ЛР. Прием РК и ЭКЗ
Прием ДЗ, задолженности, консультация экз.
2

3.

БМТ3-31М
12/20 18/30 18/30
№ Фамилия
Имя
Отчество
ДЗ
РК ЭКЗ
1 Алексеева Алина
Олеговна
2 Амелькин Никита Сергеевич
3 Бадахов
Глеб
Станиславович
4 Латыпова Амалия Айдаровна
5 Погуляйло Мария
Сергеевна
БМТ3-12М
12/20 36/60
№ Фамилия
Имя
Отчество
ДЗ
РК рЭКЗ
1 Мартынов Алексей Иванович
0
2 Путренок Ярослав Алексеевич
0
3 Юсупова Альфия Рустамовна
0
12/20
Σ
тема ДЗ
ЛР1
ЛР2
0
0
0
0
0
12/20
Σ
тема ДЗ
ЛР1
ЛР2
0
0
0
3

4. Что мы знаем про Инженерную деятельность

• Целями инженерной деятельности являются изобретение, разработка, создание,
внедрение, ремонт, обслуживание и/или улучшение техники, материалов или
процессов.
рычаги
клинья
Инженерные
механизмы
Великая пирамида Гизы,
2600 год до н. э.
блоки
4

5. еще примеры ранних инженерных сооружений

Военная техника
Промышленная техника
Селькохозяйственная техника
Чиги́рь — водоподъёмное
устройство в виде колеса с
ковшами или барабана с
канатом, снабжённым
черпаками
Древний Египет (~4тыс до
н.э.)
Паровая машина, главная
движущая сила
промышленной революции,
показывает значение
инженерного дела для
современной истории.
Осадные орудия, Средние Века
5

6. Инженерная деятельность в мировой истории

6

7. Глобальный мониторинг инновационных трендов

7

8. Инженерная деятельность - сейчас

Инженерная
деятельность
сейчас
Использование научных знаний в создании и эксплуатации технических устройств
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
• Выработка знаний
• Проведение
экспериментов
• Физико-математическое
моделирование
• Выявление зависимостей
и закономерностей
• Систематизация знаний
• Литературные обзоры
• Обработка
экспериментальных
данных
КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
• Проектирование (схемы,
чертежи..)
• Испытание устройств
• Разработка технологий
(изготовления, сборки,
упаковки, хранения..)
• Документация (оформление
чертежей, написание
инструкций, руководств,
паспортов изделий..)
• Производство (доведение
разработок в жизнь,
поддержка..)
8

9. Примеры Областей инженерной деятельности

Строительство
Примеры:
Мосты, здания, дороги,
ландшафт
Биомедицинские
технологии
Электрика
Примеры:
Медицинское
оборудование, импланты,
бактерии, вакцины
Химия
Примеры:
Электроприборы,
электростанции,
электроника
Примеры:
Полимеры и пластики, еда,
фармацевтика,
нефтепереработка
Механика
Аэрокосмос
Примеры:
Роботы, двигатели, станки,
турбины
Примеры:
Авиация, ракетостроение,
спутники, ПВО
9

10. Структура научно-инженерных разработок (пример 1)

1. Хотим сделать
(ТЗ)
2. Нужно понять
(НИР)
Как устроен magsafe
3. Нужно спроектировать
(ОКР)
Покупаем
Держатель смартфона
Чехол?
Какой?
Настольный
Компактный
Поворот телефона
Наклон телефона
4. Нужно изготовить
Как изготовить?
Выбрали - 3д печать
Проектируем
10

11. Структура научно-инженерных разработок (пример 2)

2. Нужно понять
(НИР)
1. Хотим сделать
(ТЗ)
Как вывести изображение на стекло
Какие нужны материалы
Как управлять (новые подходы?)
Какие технологии распознавания (ИИ?)
AR или VR?
Как человек будет реагировать
Насколько безопасна голография
Какая оптимальная яркость/контраст
Как отслеживать движения глаз?
Как быть с разным зрением у людей?
Что делать с запотеванием и погодой?
А вообще, что нужно?
3. Нужно спроектировать
(ОКР)
Электрика:
разработать контроллер
голография, прозрачный экран
Оптика:
разработать линзы, покрытия
оптические датчики и камеры
ПО:
алгоритмы распознавания
алгоритмы AR-взаимодействия
адаптация ПО под очки
Общее:
как все это изготовить?
как сделать легче?
как сделать дешевле?
11

12. НИОКР

ГОСТ — это государственный стандарт, который формулирует
требования государства к качеству продукции, работ и услуг,
имеющих межотраслевое значение.
Единые технические требования
Делает командные работы более предсказуемыми
НИОКР
(”универсальное
название масштабных
разработок”)
Нау́чно-иссле́довательские
и
о́пытноконстру́кторские рабо́ты (НИОКР) —
совокупность работ, направленных на
получение новых знаний и практическое
применение при создании нового изделия
или технологии.
12

13. НИР

Структура отчета по НИР (ГОСТ):
- титульный лист;
- список исполнителей;
- реферат;
- содержание;
- термины и определения;
- перечень сокращений и обозначений;
- введение;
- основная часть отчета о НИР;
- заключение;
- список использованных источников;
- приложения
13

14. Советы для выполнения НИР

Выбирайте тему, которая Вам интересна
Узнайте текущее состояние дел в выбранной теме (google, youtube, chatgpt .. )
Разберитесь в точности что требуется от Вас в рамках текущей работы
Изучите основу по предмету (принципы работы, теоретические основы,
формулы, расчеты.. )
Поставьте цель. Что Вы считаете результатом работы?
План действий – простой, понятный Вам, полный.
14

15. ОКР

цель ОКР – создание нового продукта, изделия, разработка новой производственной
технологии.
НИР
Техническое
задание
• видение проекта, цели, результаты
(что должно быть достигнуто);
• участвующие стороны, их роли и
обязанности;
• потребности в ресурсах и финансах;
• иерархическая структура работ и
график выполнения
Опытноконструкторские
работы
Постановка на
производство
Продажи
• подготовка технологической и
конструкторской документации;
• выпуск опытного образца на основе
подготовленной документации;
• испытания образца;
• корректировка проектных документов по
результатам испытаний;
• выводы о возможности серийного
производства продукта.
15

16. Упрощенная типовая структура разработки

1.
Получение или составление технического задания
2.
Изучение литературы
3.
Проектный расчет
4.
Проектный рисунок
5.
Выбор методом и средств для изготовления
6.
Изготовление (макет\прототип)
7.
Измерение результата (качество сборки, функционал)
8.
Внесение корректировок в КД
9.
Изготовление нового образца
10.
(повторить достаточное количество раз)
11.
Мы имеем образец который можно дальше масштабировать
На практике
16

17. Эскиз прибора

План – что будем делать
17
https://habr.com/p/512176

18. Макет прибора

(функционал)
производится по несерийным технологиям
Материалы и средства – простые (дешевые) и быстрые
задача — проверка пригодности ключевых технических решений
Может ли работать то что собираемся сделать?
макет мышки
https://habr.com/p/512176
макет электрической
схемы
макет МГТУ
18

19. Прототип прибора

(функционал + внешний вид)
производится по несерийным технологиям.
задача — быть похожим на серийное изделие
проверить выбранные решения – работоспособность, сборка, материалы, внешний вид
Напечатанный на принтере и
Прототип инкубатора для
обработанный фрезеровкой
культивирования эмбрионов
прототип мышки
«Инсептор»
https://habr.com/p/512176
Прототип медицинского
прибора
19

20. Опытный образец, опытная партия

(функционал + внешний вид + рынок)
Стабилен ли продукт?
Как реагирует рынок?
Тестовая партия — это опытные образцы, которые делаются небольшой серией. То есть
технологии остаются несерийными, свойства устройства максимально приближены к
серийному изделию.
Полный проект
конструкции и
эргономики мыши
Микротерминал для ввода
результатов медицинских
исследований (счётчик
лейкоцитов). Тестовая партия,
тираж — 125 штук
Детали дозиметра-радиометра
«Зяблик». Тестовая партия
20

21. промышленный образец, серийное производство

(производство + продажи + поддержка)
• golden sample («золотой образец»). первое поколение продукта, который делается по
серийным технологиям, на «боевой» пресс-форме, но может иметь недостатки, которые
предстоит исправить при серийном производстве. Из этой же партии изделий
выбирается эталон, с которым будут сравнивать серийные изделия при приемке партий и
отлову брака.
! Разница между опытным
образцом и тестовой партией:
если единицу опытного образца
можно сделать фрезеровкой, то
для тестовой партии это
слишком дорого, поэтому,
например, применяется литьё
полиуретана в силиконовые
формы.
Блок управления охранной сигнализацией
«Приток»”. Так называемый golden sample
https://habr.com/p/512176
21

22. ВИДЫ ОБРАЗЦОВ ИЗДЕЛИЙ

Экспериментальный образец. Образец изделия, обладающий основными признаками разрабатываемого
изделия, изготовляемый для проведения исследовательских испытаний с целью проверки предлагаемых
решений и уточнения отдельных характеристик создаваемого изделия
Образец для испытаний. Образец изделия, непосредственно подвергаемый эксперименту при испытаниях
(ГОСТ 16504-81)
Опытный образец. Образец изделия, изготовленный по вновь разработанной рабочей документации для
проверки путем испытаний соответствия его заданным техническим требованиям с целью принятия
решения о возможности постановки на производство и (или) использования по назначению (ГОСТ 16504-81).
Ремонтный опытный образец. Изделие, отремонтированное по документации опытного ремонта для
проверки его соответствия заданным требованиям с целью принятия решения о возможности организации
серийного ремонта изделий
Головной образец. Первый экземпляр изделия единичного или мелкосерийного производства,
изготовленный по вновь разработанной документации для применения заказчиком с одновременной
отработкой конструкции и технической документации для производства и эксплуатации остальных изделий
данной партии или серии
Контрольный образец. Образец изделия, утвержденный в установленном порядке, характеристики которого
приняты за основу при изготовлении и контроле таких же изделий (ГОСТ 16504-81)
Образец-эталон. Контрольный образец, предназначенный для сравнения с ним изготовленного изделия при
его приемке и поставке. Образец-эталон представляет собой реальный экземпляр из числа выпускаемых
контрольных изделий, применяемый в качестве дополнения к технической документации (Справочник
СРПП).
Образец изделия. Образец изделия, утвержденный в установленном порядке и предназначенный для
выполнения по нему индивидуальных заказов населения на изготовление таких изделий (Справочник
СРПП)3
22

23. Сводная таблица по видам образцов

https://habr.com/p/512176
23

24.

Уровни готовности технологии
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ ТРАНСФЕР ТЕХНОЛОГИЙ ГОСТ Р 58048-2017
5.1.2 Зрелость каждого КЭТ и технологии в целом в ходе
проведения ОГТ оценивает независимая команда из числа
экспертов по предметной области с использованием УГТ.
(подробное описание см. в приложении Б - ГОСТ Р 58048-2017):
применяется различными организациями, включая
государственные учреждения, космические агентства,
компании в области машиностроения и организаторов
международных конкурсов грантов
УГТ1: Основные принципы технологии изучены и опубликованы;
УГТ2: Концепция технологии и/или ее применения
сформулированы;
УГТ3: Критические функции и/или характеристики
подтверждены аналитическим и экспериментальным путем;
УГТ4: Компонент и/или макет испытаны в лабораторном
окружении;
УГТ5: Компонент и/или макет испытаны в окружении, близком к
реальному;
УГТ6: Модель системы/подсистемы или прототип
продемонстрированы в окружении, близком к реальному;
УГТ7: Прототип системы продемонстрирован в условиях
эксплуатации;
УГТ8: Реальная система завершена и квалифицирована в ходе
испытаний и демонстрации;
УГТ9: Реальная система подтверждена путем успешной
эксплуатации (достижения цели).
25

25. Уровни готовности технологии

Источник: СПбПУ, Боровков А.И., 2022

26.

Литера в КД, виды, порядок присвоения
В соответствии с определением, данным в ГОСТ 2.103-2013 «ЕСКД. Стадии
разработки», литера – это реквизит конструкторского документа (КД) или
комплекта КД на изделие, соответствующий стадии его разработки.
Наименование стадии
Техническое предложение
Эскизный проект
Технический проект
Рабочая конструкторская
документация (РКД) опытного
образца (опытной партии)
изделия, предназначенного для
серийного (массового) или
единичного производства
(кроме разового изготовления)
Наименование этапа
Разработка технического предложения
Разработка эскизного проекта
Разработка технического проекта
Разработка КД, предназначенной для изготовления и испытания опытного образца
(опытной партии)
Корректировка КД по результатам изготовления и предварительных испытаний
опытного образца (опытной партии)
Корректировка КД по результатам приёмочных испытаний опытного образца
(опытной партии)
Корректировка КД по результатам повторного изготовления и испытания опытного
образца (опытной партии) для изделий, разрабатываемого по заказу Министерства
обороны (при необходимости)
Литера
П
Э
Т
–
РКД серийного (массового)
производства
Корректировка КД по результатам изготовления и испытания установочной серии, а
также оснащения технологического процесса изготовления изделия
А
О
О1
О2
Корректировка КД по результатам изготовления и испытания головной (контрольной) Б
серии для изделий, разрабатываемого по заказу Министерства обороны (при
необходимости)
27

27. Литера в КД, виды, порядок присвоения

Что делать чтобы стать/быть инженером?
Проблемы
• Объять необъятное – сложные
процессы, их контроль
• Междисциплинарность – нужны
разные области знаний
• Документация (конструкторская,
эксплуатационная, ремонтная,
Решения
• Тренировки (опыт, количество
проектов).
• Развивать собственный фундамент
знаний или иметь нужных людей в
команде
• Смирение и опыт
технологическая)
28

28. Что делать чтобы стать/быть инженером?

Домашнее задание
По курсу
«Прототипирование
здоровьесберегающих
систем и комплексов»

29. Домашнее задание

Задание
Выбрать прибор из области здоровьесбережения, разработать прототип и изготовить
узел прототипа одним из методов – FDM, SLA, лазерная резка, лазерная гравировка
Оформить ДЗ по шаблону заполнив все разделы
Составить и утвердить план практической части ДЗ
Выполнить практическую часть (сделать детали)
Завершить оформление ДЗ, сдать ДЗ в бумажной и электронном виде
Распределить задания между группами так чтобы количество
изготавливаемых деталей удовлетворяло следующей таблице
метод
FDM
SLA
CO2
гравировка
Кол-во чел.
От 1 до 2
От 1 до 2
От 2 до 6
От 2 до 8

30. Задание

31

31.

32

32.

FDM – оборудование и требования к
детали
Оборудование
Заготовки
Требования к деталям
Габариты не более 200х200х100 мм
Время печати не более 30 мин
3D Принтер
Picaso 3D
Designer
Пластик PLA black

33. FDM – оборудование и требования к детали

SLA – оборудование и требования к детали
Оборудование
Заготовки
3D принтер
Anycubic Photon
Mono X 6Ks
Полимеризационна
я УФ камера и
мойка Anycubic
Wash and Cure 3.0
Требования к деталям
Габариты не более 100х100х100 мм
Время печати не более 30 мин
Фотополимер
Anycubic
Standard Resin
V2 Grey

34. SLA – оборудование и требования к детали

CO2 – оборудование и требования к детали
Оборудование
Заготовки
Прозр. Оргстекло 2мм
МДФ 6 мм
МДФ 2 мм
Фанера 2 мм
Лазерный
гравировальный станок
CO2, 50 Вт
Требования к деталям
Рабочее поле 500 х 300 мм
Скорость резки (мин) 2 мм/с
Общее время обработки не более 30 мин.

35. CO2 – оборудование и требования к детали

Лазерная гравировка
Оборудование
Заготовки
Алюминий 100х100х2 мм
Любые детали из пластика
Любые детали из металла
Стеклотекстолит
Заготовки для маркировки
86x54x0,22 мм
металлические
Волоконный лазерный
гравер
SharpMark Fiber GT
Требования к деталям
• Габариты до 200х200 мм
• непрозрачные

36. Лазерная гравировка

Гаджеты здоровьесбережения
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1oo1d3oESPYl3
HZ5w7JJn9O3-VbL2GkhRxhFwK0M9YY/edit?gid=0#gid=0
37