Глава 1. Проектирование технических систем

1.1. Поисковое конструирование и его основные задачи

При проектировании и разработке любого изделия или технологического процесса конструктор вынужден решать последовательно три типа задач поискового конструирования.

Задачи первого типа - это задачи выбора или поиска наиболее эффективного физического принципа действия для конкретных условий и требований. (К примеру, устройство взвешивания – закон рычага).

Второй тип - задачи выбора или поиска наиболее рационального технического решения при заданном физическом принципе действия (число элементов, материал их изготовления, несколько тысяч технических решений устройств для взвешивания, использующих только принцип рычага).

Третий тип – задачи определения оптимальных значений параметров заданного технического решения.

С точки зрения патентоведения решения задач I-го типа приводит к созданию новых изобретений, за которыми следует серии изобретений как результат решения задач II-го типа. Это значит, что решение задач II-го типа дает подавляющее число патентоспособных решений. Решение задач III-го типа также иногда приводит к патентоспособным решениям, отличающимся новыми эффективными количественными соотношениями геометрических или физических параметров.

Независимо от того, что вы будете проектировать (самолет или мясорубку), но, прежде всего, каждый конструктор должен знать два важных понятия: техническое задание и критерий качества.

Под техническим заданием на проектирование подразумевается перечень основных эксплутационных, технологических, экономических и других требований и их значений, которым должно удовлетворять изделие.

Критерий качества – это количественный показатель, с помощью которого из двух любых допустимых конструктивных решений можно выбрать лучшее. Критериями качества могут быть материалоёмкость, производительность, коэффициент полезного действия, надёжность, точность, стоимость, трудоемкость и др.

К примеру, для определения трудоемкости необходимо знать: приближенное число задач, которые предстоит решить; средние затраты времени на решение отдельных задач с использованием компьютера, включая затраты на формализацию, программирование и подготовку необходимой информации на дискетах; средние затраты времени на решение отдельных задач без компьютера.

1.2. Цели и задачи проектирования технических систем

Проектирование технических систем - комплекс работ по изысканиям, исследованиям, расчетам и конструированию, имеющих целью получение в принятой форме всех необходимых исходных данных для создания новых изделий или реализации новых процессов, удовлетворяющих заданным требованиям [1].

Проектирование выполняется в соответствии с техническим заданием, в котором указываются назначение и условия работы устройства (или системы), а также выполняется им функции. Здесь же могут быть оговорены основные технические и эксплуатационные характеристики и параметры устройства. Его элементная база, надежность, точность, масса, потребляемая мощность и т.д. Условия работы определяются характеристиками среды, в которой должно работать устройство, при этом указываются диапазон температур окружающей среды, данные о вибрациях, перегрузках, влажности и прочих воздействиях.

Исходя из соображений экономической эффективности, в техническом здании могут быть наложены ограничения на стоимость проектируемого устройства и величину эксплуатационных расходов [2].

Итак, процесс проектирования сложных устройств (систем) можно рассматривать как задачу синтеза, в которой на определенной технологической базе требуется построить объект, реализующий заданный класс функций при выполнении заданных ограничений на параметры и качество функционирования объекта. Результатом проектирования будет являться комплект технической документации, на основании которой производятся изготовление, наладка и испытание опытных образцов изделия, а затем, после корректировки документации по результатам испытаний, техническая подготовка серийного или массового производства изделия и его эксплуатация [2].