Системы предпочтительных чисел

Все однотипные изделия массового потребления (сортовой прокат, крепежные детали, подшипники качения, электродвигатели и т.п.) по отношению к конечной продукции (станки, экскаваторы, бульдозеры и пр.) являются комплектующими изделиями и применяются очень широко во многих отраслях промышленности. Широкие потребности в подобных изделиях требуют увеличения их типоразмеров. Однако, большое разнообразие одноименных комплектующих изделий крайне невыгодно, так как сопровождается увеличением ассортимента специального режущего и мерительного инструмента и приспособлений, усложнением технологических процессов изготовления комплектующих изделий и конечной продукции, повышением стоимости продукций и ее ремонта.

Допустим, что для изготовления каких-либо машин применяются болты семи диаметров: 24,25,26,27,28,29 и 30 мм. В этом случае для нарезки резьбы на болтах и гайках, а также для сверления отверстий под болты понадобится семь комплектов резьбонарезного инструмента и сверл. Если применить болты только трех диаметров (24, 27, 30мм), то понадобится всего три комплекта металлорежущих инструментов, сократится число переналадок оборудования для изготовления болтов и гаек и для сверления отверстий под болты, уменьшится разнообразие запасных деталей и, следовательно, упростится ремонт машин.

В приведенном примере числа второго ряда создают более благоприятные условия для проектирования, изготовления и эксплуатации продукции, следовательно, они являются предпочтительными. Наиболее целесообразными рядами предпочтительных чисел являются ряды, построенные по арифметическим или геометрическим прогрессиям.

Ряды, построенные по арифметическим прогрессиям, представляют собой последовательность чисел, в которой разность между двумя любыми соседними числами остается постоянной. Например, по существующим стандартам внутренние диаметры подшипников качения средней серии в интервале от 20 до 110 мм имеют следующие значения:20, 25, 30, 35 …, 100, 105, 110 мм, т.е. образуют арифметическую прогрессию с разностью 5 мм. Встречаются также ступенчатые арифметические ряды, у которых на отдельных отрезках прогрессии разности между соседними членами различны.

Так, главный параметр метрических резьб – наружный диаметр состоит из ряда чисел, построенных по закономерности ступенчато-арифметической прогрессии:

от 0,25 до 0,6 мм через 0,05 мм

от 0,6 до 1,2 мм через 0,1 мм

от 1,2 до 2,2 мм через 0,2 мм

от 2,5 до 5,5 мм через 0,5 мм

от 6 до 12 мм через 1 мм и т.д.

Ряды предпочтительных чисел, построенные по геометрическим прогрессиям, имеют постоянное отношение каждого последующего члена к предыдущему члену ряда. Это отношение называют знаменателем прогрессии. Например, ряд чисел 1,2,4,8,16,32… образует геометрическую прогрессию со знаменателем равным 2.

Ряды чисел, построенные по геометрической прогрессии, обладают важными для практического их использования свойствами. Произведение или частное любых двух членов геометрической прогрессии всегда является ее членом: 2х4=8, 8х4=32, 16/2=8, 32/4=8. Любой член такой прогрессии, возведенный в целую степень, также является членом этой прогрессии: 2²=4, 2³=8, 2⁴=16 и т.д.

Указанные свойства чисел ряда геометрической прогрессии чрезвычайно важны в связи с тем, что большинство параметров изделий, такие как площади, объемы, мощности, скорости, моменты инерции, моменты сопротивления и многие другие образуются в результате перемножения, деления и возведения в степень других параметров, характеризующих линейные размеры, действующую силу, массу, температуру и т.д. Например, если ряд будет определять линейные размеры, то площади или объем, образованные их этих линейных величин, также подчиняются его закономерностям.

В настоящее время для построения рядов предпочтительных чисел используют обе системы, но чаще применяют ряды, построенные по геометрическим прогрессиям. Многолетним опытом установлено, что требования всех отраслей промышленности наиболее полно удовлетворяют ряды предпочтительных чисел, составляющих геометрические прогрессии со знаменателями.

где х - показатель степени, равный 5, 10,20, 40 или 80.

В соответствии с ГОСТ 8032-56 «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел» устанавливается четыре основных и один дополнительный ряд предпочтительных чисел. Степень корня - х, входит в условные обозначения рядов: пятый ряд – R 5, десятый ряд – R 10 и т.д. Членами рядов предпочтительных чисел являются округленные числа, полученные путем умножения предыдущих чисел на знаменатель прогрессии.

Ряд	Условные обозначения ряда	Знаменатель прогрессии	Число членов, в десятичном интервале
Основной	R5 R10 R20 R40		5 10 20 40
Дополнительный	R80		80

Ряды предпочтительных чисел безграничны. Числа свыше 10 в каждом десятичном интервале (от 10 до 100, от 100 до 1000 и выше), получают умножением предпочтительных чисел, содержащихся в интервале от 1до 10мм на число 10, 100 и т.д. Числа менее 1мм получают умножением чисел в том же интервале на 0,1; 0,01 и т.д. В общем случае следует отдавать предпочтение ряду с меньшим порядковым номером, например ряд R5 предпочтительнее ряда R10 и т.д.

Применение стандартизованных предпочтительных чисел позволяет широко унифицировать параметры изделий не только в пределах одной отрасли, но и масштабы всего народного хозяйства.

Параметрические ряды и методика их установления.

Внедрение достижений научно – технического процесса во все отрасли народного хозяйства неизбежно сопровождается созданием все новых изделий: машин механизмов, технологического оборудования, приборов, материалов и т.д.

В этих условиях возникает задача огромной важности – упорядочить номенклатуру изготавливаемых изделий. Эта задача решается посредством установления оптимальных параметрических (типоразмерных) рядов изделий, чем достигается существенное улучшение технико - экономических показателей изделий одинакового функционального назначения.

Объектами параметрической стандартизации являются параметры. В общем случае параметрами изделий называют признаки изделий, количественно характеризующие любые их свойства или состояния (размеры, шаг резьбы, мощность двигателя, тяговое усилие, температура и т.д.). Каждую машину характеризует несколько параметров. Номенклатура стандартизуемых параметров должна быть минимальной, но достаточной для оценки эксплуатационных характеристик данного типа машин и его модификаций.

Для целей стандартизации все параметры делят обычно на главные, основные и вспомогательные параметры.

Главным параметром называют такой, который определяет важнейший эксплуатационный показатель машины и не зависит от технических усовершенствований изделия и технологии изготовления. Например, главным параметром мостового крана является грузоподъемность, трактора – тяговый класс, скрепера – емкость ковша и т. д.

Основные параметры, которых для каждого изделия обычно несколько, характеризуют в дополнение к главному параметру другие важные эксплуатационные и качественные показатели изделия. Так, для колесных и гусеничных тракторов основными параметрами служат ширина колеи, скорость движения, конструктивный вес трактора. Для металлорежущего оборудования – это точность обработки, мощность, пределы скоростей резания, производительность.

Вспомогательные параметры составляют обширную группу для любого изделия. Применительно к автомобилям это усилие переключения рычагов, педалей, различные геометрические параметры, параметры режимов работы электро – гидро – и пневмосистем, требования к внешнему виду и отделке и многие другие.

Итак, вспомогательные параметры изделий непосредственно связаны с конструктивными и техническими решениями, подвержены гораздо белее частым изменениям, сем главные и основные параметры в связи с внедрением в производство достижений науки, техники и передового опыта. Из–за их нестабильности вспомогательные параметры не рекомендуется включать в стандарты.

Параметрическим рядом называют последовательный, построенный по определенной закономерности ряд числовых значений главных параметров, охватывающий заданный диапазон изменения данного параметра машин (или других изделий) одного функционального назначения и аналогичных по кинематике или рабочему процессу.

Основная литература:[1 (стр.56-68)]

Контрольные вопросы:

1. Научно-технические принципы стандартизации

2. Параметрические ряды и методика их установления

Лекция 6.

Тема: Унификация при создании машин и оборудования. Сущность унификаций и ее основные задачи. Основные виды и признаки унификации машин. Показатели уровня унификации изделий машиностроения.

Унификация – метод стандартизации, заключающийся в рациональном сокращении числа типов, видов и размеров изделии одинакового функционального назначения, а также сборочных единиц и деталей, входящих в них.

При использовании унификации характерен принцип конструкторской преемственности, когда типовые детали, узлы и механизмы без каких либо переделок применяются в разнообразных конечных изделиях. Такие типовые изделия широкого применения обычно изготовляют на специализированных предприятиях, что значительно ускоряет и упрощает проектирование и изготовление вновь проектируемых объектов. Кроме того, применение унификации позволяет снизить трудоемкость изготовления изделий, обеспечить большую гибкость и мобильность при переходе на выпуск новых изделий, повысить качество выпускаемой продукции, ее надежность и долговечность путем тщательной отработки унифицированных изделий и технологии их изготовления.

Унификация проводится на основе анализа и изучения конструктивных вариантов и особенностей работы изделий одинакового назначения (муфт, вариаторов, подшипников и пр.). Путем сопоставления различных вариантов создают один или несколько типов одноименных изделий и устанавливают ряд размеров, например диаметр подшипников качения, который полностью удовлетворяет запросы промышленности.

Унификация должна проводиться с учетом перспектив развития конструкций машин, их агрегатов, узлов и деталей и завершаться стандартизацией унифицированных изделий.

Существуют многие виды машин не образующих еще достаточно рациональные и унифицированные типоразмерные ряды, а в имеющихся рядах преобладают машины средней мощности. Это снижает производительность труда на массовых работах, где выгоднее применять машину большой мощности, а также сдерживает механизацию ручного труда на мелких и вспомогательных работах, где требуются машины очень малой мощности. Недостаточно специальных машин для комплексной механизации и автоматизации машиностроения.

Основным путем устранения отмеченных недостатков и обеспечения оптимизации парка машин может быть создание не изолированной (индивидуальной) машины, а сразу семейства (системы) универсальных строительных машин, изготовляемых посредством агрегатирования из унифицированных сборочных единиц специализированного производства.

На рисунке – 8, в качестве примера приведено унифицированное семейство машин на базе гусеничного универсального экскаватора третьей размерной группы -1. На котором могут быть созданы, помимо традиционного сменного оборудования, строительные манипуляторы - 2, самоходные установки для погружения свай - 3, ковши драглайна - 4, роторные экскаваторы -5, бурильно–крановые машины - 6 и цепные экскаваторы поперечного и продольного копания -7.

Рисунок – 8. Гусеничный универсальный экскаватор.

Необходимо иметь в виду, что такой подход к унификации (системный) требует одновременной разработки не только основных машин каждого семейства, но и предварительной разработки рационального типоразмерного ряда базовых и основных машин всех семейств.

Разумеется, эффект от такой унификации значительно увеличивается, если она получает масштаб межотраслевой, т.е. когда детали и сборочные единицы машин семейства пригодны для использования в машинах других отраслей.

Таким образом, основные задачи унификации могут быть сформулированы следующим образом:

- максимальная типизация машин и создание семейства однотипных машин с общими узлами и деталями;

- максимальное использование стандартных, стандартизированных (по ОСТам и СТП) и покупных агрегатов, сборочных единиц и деталей, общих для машин различного назначения;

- максимальное сокращение разнотипности оригинальных узлов и деталей и неоднократное их использование в возможно большем числе объектов.

Основные виды и признаки унификации машин.

Существуют следующие виды унификации: конструктивных элементов деталей; оригинальных деталей и сборочных единиц; марок, сортамента материалов, крепежных деталей, подшипников и т.п.; машин.

Содержание работ при унификации конструктивных элементов деталей достаточно подробно изложено выше. Этот вид унификации позволяет сократить номенклатуру обрабатывающего, мерительного и монтажного инструмента.

Унификация оригинальных узлов и деталей может быть внутренней (в пределах данного изделия) и внешней, когда детали заимствуются с иных машин данного и смежного заводов. При этом наибольший эффект дает заимствование деталей серийного производства (в их готовом виде).

Унификация марок, сортаментов материалов и комплектующих изделий, в том числе стандартных, облегчает решение вопросов снабжения заводов-изготовителей, ремонтных предприятий и эксплуатирующих организаций этими материалами и изделиями.

Унификация машин представляет собой эффективный и экономичный способ создания на базе исходной модели машины ряда ее производных одинакового назначения, но с различными показателями (мощности, производительности, емкости и др.), или машин различного назначения (см. рис.8).

При выборе направлений работ по унификации и оценке состояния унификации машин рекомендуется рассматривать три признака, сочетание которых характеризует соответствующий тип унификации.

1) Признак, характеризующий техническую сложность машины на четырех уровнях:

1-й уровень – базовая машина (автомобильное шасси, гусеничный или колесный трактор, база гусеничного или колесного экскаватора, стрелового самоходного крана и т.д.);

2-й уровень – агрегат (совокупность элементов машины, например: двигатель, коробка передач, муфта сцепления);

3-й уровень – сборочная единица (мост, вал в сборе, ротор, гидроцилиндр и т.д.);

4-й уровень – деталь.

2) Видовой признак: внутривидовая и межвидовая унификация. Первая характеризует состояние унификации в пределах одного вида машин (экскаваторов одноковшовых полноповоротных, кранов стреловых самоходных, дробилок, смесителей, бульдозеров на гусеничном тракторе и т.д.). Вторая - состояние унификации машин разных видов (например, унификация по рулевому устройству, устанавливаемому на машины разных видов: погрузчик, автогрейдер, скрепер и др.).

Поскольку в пределах каждого вида машин характеристики и параметры частей машин существенно зависят от главного параметра машины (грузоподъемности, мощности емкости ковша, тягового класса, размерной группы и т.д.), по типоразмерному ряду каждого вида машин будет сопутствовать типоразмерный ряд его частей. Очевидно, что параметры и характеристики этих частей будут существенно отличаться, что объективно ограничивает возможности унификации в пределах ряда данного вида машин. По этой причине возможности внутривидовой унификации ограничены.

Межвидовая унификация позволяет повысить серийность выпуска основных частей машин, что создает предпосылки для специализации их производства и благодаря этому улучшить их качество, снизить себестоимость, сократить расходы на эксплуатацию машин. Межвидовая унификация в силу этого имеет большие потенциальные возможности.

3) Отраслевой признак: внутриотраслевая и межотраслевая унификация. Первая охватывает унифицированные части машин, производимых отраслью стройдормаша (например, элементы гидропривода, изготовляемые предприятиями отрасли). Вторая – характеризует степень заимствования для машин стройдормаша деталей, сборочных единиц, базовых машин, производимых другими отраслями.

Примеры унификации строительных и дорожных машин.

Выше уже отмечалось, что унификация машин в обязательном порядке предполагает предварительную разработку рациональных параметрических и типоразмерных рядов. Рассматривались также примеры параметрических и типоразмерных рядов в строительно - дорожном машиностроений, что является частью целенаправленной работы по стандартизации и унификации в отрасли.

В машиностроении большое внимание уделяется вопросам унификации самоходных строительных машин. Это объясняется тем, что самоходными машинами в народном хозяйстве выполняются основные объемы строительных работ.

Используемые в отрасли тракторы сельскохозяйственного назначения по своей энергонасыщенности, надежности, эргономике и технической эстетике не отвечают современным требованиям, особенно при создании мелиоративных машин на гусеничных тракторах.

В целях улучшения эргономики, технической эстетики и повышения конкурентоспособности самоходных машин проводится комплексная работа по созданию специализированного производства унифицированных кабин.

Отрабатываются внутренний интерьер, включая пульт и органы управления, приборные панели, сиденья и другие элементы, обеспечивающие машинисту необходимые удобства.

С целью унификации элементов гидропривода для самоходных машин разработана специальная программа, в соответствии с которой все предприятия, выпускающие элементы гидропривода (насосы, гидромоторы, распределители, цилиндры, клапаны, рукава и др.), специализированы.

Показатели уровня унификации изделий машиностроения.

Под уровнем унификации изделий понимают насыщенность их унифицированными составными частями.

Согласно типовой методике (РД -33-74) уровень унификации изделий или их составных частей определяют с помощью системы показателей.

Степень унификации машины оценивается коэффициентом унификации Кун, представляющим собой отношение числа унифицированных деталей к общему числу деталей в машине n_Д, в%

n_ун

К_ун = ––––––––– 100 %

n_Д

или по массе

∑ m_ун

К_ун = ––––––––– 100 %

m

где ∑ m_ун – суммарная масса унифицированных деталей;

m – масса изделия.

или по стоимости

С_ун

К_ун = ––––––––– 100 %

С

где С_ун – стоимость унифицированных деталей;

С – стоимость изделия.

Наиболее объективным, реально отражающим степень унификации, является третий показатель, однако определение его затруднительно.

Степень внутренней унификации оценивают коэффициентом повторяемости:

n_Д – n_Н

К _П= ––––––––––––– 100 %

n_Д

где n_Д – общее число деталей изделия;

n_Н – число наименований деталей изделия.

Этот коэффициент, легко определяемый на основании специфи­кации изделия, суммарно характеризует совершенство конструкции с точки зрения сокращения номенклатуры деталей. В хороших конс­трукциях Кп = 40-60%. Для дифференцированной оценки вычисляют степень унификации элементов конструкции:

n_эл – n_т

К_эл = ––––––––––––– 100 %

n_эл

где n_эл – общее число данных элементов в изделии;

n_т – число принятых типоразмеров данных элементов.

Например, степень унификации крепежных деталей

n_кр – n_т.кр

К_кр = ––––––––––––– 100 %

n_кр

где n_кр – общее число крепежных деталей в изделии;

n_т.кр – число типоразмеров крепежных деталей.

Основная литература: [1] (стр.69-79)

Контрольные вопросы:

1.Унификация при создании машин и оборудования.

2.Виды и признаки унификации.

3.Показатели уровня унификации изделий машиностроения.

Лекция 7.

Тема: Агрегатирование машин и механизмов. Обеспечение требований художественного конструирования. Возникновение и основные направления развития дизайна.

Агрегатирование — метод создания новых машин и оборудования путем компоновки стандартных и унифицированных деталей, узлов и механизмов, устанавливаемых в изделии в различном числе и комбинациях и обладающих полной взаимозаменяемостью по всем эксплуатационным показателям и присоединительным размерам.

Рассмотрим сущность агрегатирования на следующем примере. Любой механизм для подъема грузов, например, грузоподъемная лебедка, состоит из электродвигателя, тормоза, зубчатой передачи и барабана, на котором закреплен трос, сообщающий грузу заданное перемещение. Эти узлы монтируют на сварных рамах или литых плитах. Такая конструктивная общность позволила стандартизировать и унифицировать основные узлы грузоподъемных лебедок (муфты, тормоза, барабан, подшипниковые узлы барабанов) оформить зубчатые передачи в виде зубчатых механизмов (редукторов) и организовать серийное даже массовое производство этих изделий. Благодаря этому проектирование лебедок сводится к выполнению элементарных расчетов, подбору по найденным параметрам стандартизованных и унифицированных узлов и механизмов, разработке общего вида и конструированию рамы или плиты, монтаж готовых узлов и механизмов.

В настоящее время принцип агрегатирования широко применяют при создании разнообразных типов машин, оборудования и приборов.

На рисунке 9 показана принципиальная схема расчленения фронтального погрузчика с задним расположением двигателя на отдельные взаимозаменяемые агрегаты и узлы – модули, изготовление которых может быть выделено в самостоятельное производство на специализированных предприятиях (заводах, цехах), в цикл которых входит их испытание.

1 – бортовой привод с гидромотором; 2 – двигатель; 3 – кабина; 4 – рабочее оборудование; 5 – редуктор с насосами и системой гидроуправления; 6 – ходовая гусеничная тележка.

Рисунок -9. Погрузчик.

Внедрение агрегатирования позволит обеспечить значительное снижение сроков и трудоемкости проектирования и изготовления изделий, повысить гибкость и мобильность при переходе на выпуск новых изделий, уменьшить сроки и стоимость освоения производства новых машин, механизмов и приборов, а также упростить обслуживание и ремонт, сократить затраты на их проведение.

Принципиальное преимущество метода агрегатирования заключается также в том, что при специализированном производстве и продаже стандартных сборочных единиц потребители получают возможность самостоятельно компоновать нужные им машины, оборудование, автоматические линии. Приобретение готовых дешевых сборочных единиц, изготовляемых на специализированных заводах, удешевит и упростит ремонт машин.

Понятие о комплексной стандартизации.

Качество конечной продукции определяется качеством применяемого сырья, материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий, совершенством конструкции и методов проектирования и расчета машин на прочность, надежность и долговечность, технологическими процессами, степенью унификации, агрегатирования и стандартизации, квалификацией рабочих и другими факторами. Для обеспечения высокого качества машин необходима оптимизация указанных факторов и строгая взаимная согласованность требований к качеству, как при проектировании, так и на этапах производства и эксплуатации.

Стандартизацию можно осуществлять, опираясь на уже достигнутое качество или исходя из качественных характеристик конечной продукции. В первом случае стандартизацию проводят без учета требований, определенного потребителя и при изготовлении конечной продукции используют стандартизованные изделия, выпуск которых хорошо освоен. Это пассивный метод стандартизации, но он сохраняет свое значение для изделий массового производства (болтов, гаек, подшипников качения и пр.). Во втором случае качественные показатели и стандарты на сырье, материалы, комплектующие изделия, а также нормативно - технические документы разрабатывают исходя из требований, предъявляемых к конечным изделиям. В этом случае стандартизация активно воздействует на развитие науки и техники. Такой метод стандартизации называют комплексным.

Комплексная стандартизация обеспечивает взаимную увязку требований к конечной продукции, сырью, материалам и комплектующим изделиям с учетом современного уровня развития науки и техники.

Примером комплексной стандартизации, проведенной в рамках СЭВ, является производство гидравлического оборудования и элементов единой системы гидравлики. Объектами стандартизации в данном случае были не отдельные изделия, а группы продукции одного функционального назначения. Насосы (шестеренчатые, поршневые, винтовые, лопастные). Моторы; цилиндры; распределительная и контрольно-регулирующая аппаратура; аккумуляторы. Разработанная серия стандартов устанавливает терминологию, условные обозначения. Ряды номинальных давлений, потоки (расходы) жидкости, условные проходы, присоединительные размеры, общие технические требования, методы испытания основных параметров и т.д.

Наиболее полно комплексная стандартизация проведена по подшипникам качения, на которые действует более 75 взаимоувязанных государственных стандартов. Однако, работы здесь продолжаются, причем главным образом в направлении повышения точности и долговечности подшипников с учетом рекомендаций ИСО.

В довольно большом объеме проведена также комплексная стандартизация зубчатых и червячных колес и передач: исходный контур, модули, термины, допуски, расчет геометрических параметров, оформление рабочих чертежей, режущий инструмент и.т.д.

Обеспечение требований художественного конструирования, эргономики и охраны труда при создании новых машин.

Эстетическое освоение технической среды - одно из важнейших направлений создания условий для всестороннего развития способностей и творческой активности трудящихся. В процессе такого освоения реализуется принцип - максимум внимания к человеку через вещи, через предметное окружение. Художник — конструктор вошел сегодня во многие коллективы специалистов, занимающихся разработкой новых изделий, — инженеров-конструкторов, технологов, материаловедов, экономистов и т.п.

Применение принципов и методов художественного конструирования заставляет по новому взглянуть на содержание понятия «качество изделия», на сам принцип проектирования изделий, на оценку их функционально-потребительских достоинств, поэтому изучение этих вопросов ставит своей целью подготовить будущих инженеров- конструкторов к совместной творческой работе с художниками-конструкторами. Для плодотворного сотрудничества с дизайнером инженер-конструктор, должен, верно понимать проблемы, стоящие перед дизайном, знать методику работы художника-конструктора, научиться видеть красоту промышленного изделия и уметь давать ему обоснованную оценку.

Возникновение и основные направления развития дизайна

Под художественным конструированием следует понимать один из видов промышленного дизайна, а именно, дизайн конкретных изделий. Выделение художественного конструирования в качестве составной части процесса проектирования промышленных изделий иногда вызывает сомнения. Возникает вопрос: почему инженер-конструктор не в состоянии решать сам все вопросы, возникающие при создании нового промышленного изделия? Ведь существовала же в прошлом, представительная фигура цехового мастера-ремесленника, универсально совмещавшего в себе способности одаренного конструктора и художника?

В условиях ремесленного производства совмещение нескольких специальностей в месте, как показывает история, было не только возможным, но и вполне рациональным. В деятельности ремесленника сочетался труд и конструктора, и мастера, и художника. Он старался сделать вещь удобной, привлекательной на вид, а зачастую и с учетом индивидуальных особенностей заказчика - не только его вкусов, но и физических черт. Но постепенно ко многим промышленным изделиям начинают предъявляться такие требования, выполнить которые одному человеку не под силу.

Объясняется это тем, что уже в середине ХIХ столетия, на базе бурного технического прогресса, ремесленное производство превратилось в промышленное, а вместе с этим и проектирование изделий перешло от мастера-ремесленника к инженеру-конструктору, который на первых порах успешно справлялся со стоящими перед ним задачами. Он переводил продукцию ремесленного производства на новые индустриальные рельсы, сохраняя при этом в большинстве случаев прежние, испытанные временем традиционные формы изделий.

Взять, к примеру, первый телефонный аппарат-автомат. Здесь пока существует отдельно: диск, слуховой аппарат, микрофон и подставка, на которой все эти элементы телефона укреплены. Аппарат сделан инженером-конструктором только, исходя из того, что нужно набрать номер, иметь микрофон, в который можно говорить, и слуховой аппарат, чтобы слышать, что говорят на другом конце линии. То, что формы всех этих элементов проработаны ранее для других аппаратов, не смущает инженера, так как это уже выходит из круга его задач и интересов. Создана работающая конструкция, она воплощена в реальных материалах — чего же больше? Удобно ли пользоваться этой конструкцией, производит ли она впечатление гармоничной, красивой вещи - это, по-видимому, не столь существенно для массовой продукции.

Таким образом, бурное развитие науки и техники в начале ХХ века приводит к тому, что создание новых промышленных образцов превращается подчас в сложнейший исследовательский поиск оптимальной структуры, формы, ассортимента. Технология, сложное инженерное содержание требует узкой специализации от инженера-конструктора. Иначе говоря, возникает необходимость освободить инженера-конструктора от решения тех задач, в области которых он не является специалистом, Так рождается новая область человеческой деятельности – дизайн.

Дизайн – это творческая деятельность, целью которой является формирование гармоничной предметной среды в целом, наиболее полно удовлетворяющей материальные и духовные потребности человека.

Появляется новый специалист, который в общем процессе проектирования изделий сосредоточивает свое внимание на требованиях потребителя, приспосабливая к нему эти изделия.

В современном художественном конструировании существует четыре основных направления: истинный дизайн, функционализм, стилизация и стайлинг.

Истинный дизайн характеризуется созданием изделий на основе функционального и композиционного анализов, рациональности конструкции и эргономических требований. В результате форма изделия наиболее полно отображает его функцию.

Примерами истинного дизайна в строительном и дорожном машиностроении могут служить дорожные машины фирмы «Катерпиллар» (США), пассажирские подъемники фирмы «Хитачи» (Япония), мобильные краны большой грузоподъемности “Колес” (Финляндия).

Функционализм - формообразование изделия на основе совершенствования функции, т.е. именно отработке функции отдается предпочтение перед формой. Это направление способствует развитию технологического оборудования и процессов. Наглядным примером могут служить одноковшовые экскаваторы отечественного производства, станки фирм “Курт”, “МАНО”, “Либхерр” (ФРГ) и другие.

Стилизация-конструирование внешнего вида нового изделия по существующему образцу. Стилизация способствует распространению современных форм изделий и проявляется в наибольшей степени при производстве товаров широкого потребления, у которых сходство внешнего вида видно невооруженным глазом.

Стайлинг проявляется в украшательском, оформительском подходе к изделию, которое отличается от своего аналога лишь внешним видом. Художник-конструктор занимается только формой, минимально изменяя конструкцию, но, вовсе не изменяя функцию изделия. Производство изменяется незначительно, что обусловливается быстрым моральным старением изделия и приспособлением его формы к постоянно меняющейся моде. Это направление в дизайне является консервативным, наибольшее распространение получило в 20-ЗО годах, однако и в настоящее время находит своих приверженцев в развитых странах, служит орудием конкурентной борьбы и одним из приемов манипулирования массами.

Основная литература: [1] (стр.80-124)

Контрольные вопросы:

1. Требования технической эстетики к создаваемым машинам. Цвет в современной технике. Функциональная окраска.

2. Задачи эргономики. Базовые эргономические требования к рабочему месту оператора.

3. Инженерная психология, ее задачи. Принципы компоновки пульта управления.

4. .Агрегатирование машин и механизмов, задачи и сущность.

Лекция 8

Тема: Место художника-конструктора в общем процессе создания машин. Требования технической эстетики к создаваемым машинам. Требования безопасности к конструкции машин и оборудования.

Как уже отмечалось, художественное конструирование получило свое развитие в традиционной системе инженерного проектирования.

Техническое (инженерное) и художественное конструирование образуют единый процесс и преследуют общую цель - создание общественно целесообразных промышленных изделий, удобных в эксплуатации, технически современных, экономичных и красивых.

Но в задачах инженерного и художественного конструирования имеются и существенные различия.

Инженерное конструирование сложных современных машин ведется главным образом по законам технической целесообразности, дающей оптимальное решение, прежде всего их рабочей функции и технико-экономическим характеристикам. Станок по техническим качествам должен быть высоко производительным, транспортные средства должны обеспечивать максимальные объемы перевозки грузов при минимальных эксплуатационных затратах и т.д.

В художественном конструировании главный акцент делается на взаимоотношения изделия и человека, причем созданные изделия должны наилучшим образом удовлетворять человека в процессе их использования. Когда дизайнера приглашают принять участие в создании новой модели автомобиля, в его обязанности не входит разработка двигателя и шасси - эту задачу решает инженер.

Дизайнер проектирует кузов, его внутреннее оборудование, органы управления, приборную панель - то, что составляет предметную среду человека, ведущего машину или сидящего в ней в качестве пассажира.

Дизайнер проектирует особенности формы и расположения рулевого колеса, рычага переключения передач, педалей сцепления, тормоза и газа, шкал индикаторов, но не в соответствующие механизмы, подчиняющиеся приказам водителя, и не чувствительные датчики индикаторов.

При создании новой модели радиоприемника или телевизора проблемами его чувствительности, изобретательности, снижения помех и повышения разрешающей способности экрана занимаются инженеры. Дизайнер проектирует корпус, шкалу, форму ручек, указатели – все то, что необходимо для наилучшего использования уже имеющихся электронно-оптических эффектов.

Подобное разделение труда между традиционным инженером и дизайнером имеет место при проектировании самых различных устройств, используемых человеком в быту, на производстве, в общественных местах, во время учебы, отдыха и развлечения.

В каждом случае художник – конструктор должен знать, на какого потребителя рассчитано проектируемое изделие, каковы тенденции совершенствования этого изделия в будущем. Чрезвычайно важен такой анализ для изделий, подлежащих экспорту. Своеобразие условий мирового рынка, специфика страны, в которую направляется продукция, вносит в работу художника-конструктора дополнительные требования, которые он должен принимать во внимание.

Разработка художественно-конструкторского проекта начинается с ознакомления с проектным заданием и так же как в техническом проектировании подразделяется на проектные стадии.

1 стадия – художественно-конструкторское предложение - соответствует эскизному проекту в техническом проектировании. На этом этапе художник-конструктор проводит предварительные исследования будущего изделия на основе данных социологии, типологии, эргономики и др. наук, изучает конструкцию материалы и технологию изготовления, определяет требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию, разрабатывает 2-З эскизных варианта первоначальных компоновок в графике и объеме. Ведь на этапе компоновочных поисков, когда закладываются основы технического и композиционного решений изделия, художник-конструктор должен проявить свою техническую осведомленность, отчетливо представляя себе конструктивные и функциональные связи элементов изделия.

Здесь же решаются вопросы, относящиеся к расположению вспомогательных механизмов, расположению пульта управления, защитных устройств, продумываются внешние формы машины и отдельных его узлов, последнее может повлиять на расположение определяющих и вспомогательных механизмов. На весовую характеристику, а также на технологию изготовления основных корпусных деталей.

2 стадия — художественно-конструкторский проект - соответствует техническому проекту. Художник-конструктор производит окончательную компоновку и проверяет принятые решения на модели или макете. Необходимо отметить, что методика макетирования и моделирования принята многими проектными бюро и благодаря этому создано немало эстетически полноценных изделий.

На этом же этапе производится разработка сложных поверхностей, выбор конструкционно-отделочных материалов и оформление проекта.

3 стадия — рабочее проектирование. Она несколько отличается от стадии рабочих чертежей в техническом проектировании тем, что включает и авторский надзор за изготовлением, испытанием и доводкой опытного образца. На этом этапе художник-конструктор разрабатывает чертежи элементов промграфики, пультов, пунктов и деталей внешнего оформления изделия.

Требования технической эстетики к создаваемым машинам. Разновидности дизайна

Теоретической базой художественного конструирования является техническая эстетика - наука, определяющая пути достижения выразительности промышленных изделий. Она разрабатывает принципы и методы художественного конструирования машин, вооружая тем самым художника-конструктора необходимыми знаниями, приемами и методами работы над конструкцией для воплощения в нее социально-функциональных, эргономических и эстетических требований, т.е. требований технической эстетики.

Следует различать несколько разновидностей (или методов) промышленного дизайна, Из них первый, почти классический - метод индуктивный, т.е. дизайн, идущий от изделия к системе, в которой это изделие функционирует.

Предположим, дизайнеру дано какое-то изделие (бетоносмеситель, штукатурный агрегат, станок) и поставлена задача: сделать его красивее и удобнее для человека, удобнее в процессе эксплуатации. Это главная и определяющая цель промышленного дизайна. Но есть и ряд сопутствующих целей: так сконструировать изделие, Что бы его легче было производить, удобнее ремонтировать, проще транспортировать, выгоднее продавать. Однако, разумеется, главное - эксплуатационные удобства.

Одним из главных проблем в строительно-дорожном машиностроении сегодня является проблема повышения’ качества выпускаемых машин и оборудования и очень важную роль в этом призваны сыграть художники-конструкторы. Проектируемые ими изделия должны быть полезными, удобными и красивыми. Каждое изделие должно рассматриваться как сумма таких свойств, которые важны для человека,- потребительских свойств. При этом главный акцент должен быть сделан на целесообразность или полезность изделий, т.е. прежде всего на их социальную полезность. Это значит, что они должны облегчить человеку труд, делать труд более производительным, легким. Это означает, что красоту вещей человек способен оценить только в процессе непосредственного их использования. Так, например, машина или станок, которые хорошо отвечают назначению и обеспечивают высокую производительность при хорошем качестве продукции, но при этом производят сильный шум, утомляющий и угнетающий рабочего, не могут быть восприняты им как красивые, даже в том случае, если их формы и цветовое решение будут совершенно безупречными.

Здесь, необходимо помнить, что при определении требовании технической эстетики к изделию нужно в равной мере учитывать как условия их использования (удобство, красота, окружающая среда), так и условия производства, т.е. технико-экономические требования. Это и рациональное решение конструктивной схемы, и использование современных материалов, и учет местных особенностей производства.

Необходимым звеном в проработке общих требований к создаваемым машинам является их экспертиза на основе всестороннего изучения выпускаемых аналогов и сравнения их с лучшими зарубежными образцами. Определив тенденцию их развития можно сформулировать круг требований, которые следует предъявить будущему изделию.

В результате выявления требований технической эстетики к создаваемой машине определяется направление и ход конструирования.

Требования безопасности к конструкции машин и оборудования.

Вопрос о безопасной для жизни людей работе с орудиями и машинами был и остается актуальным на протяжении всей истории развития техники.

Общие требования безопасной работы машин были выработаны машиностроителями и стали использоваться в новых моделях и конструкциях машин в начале ХХ столетия. В основу этих требований была заложена идея, что конструкция машины должна исключать все возможные несчастные случаи при работе даже абсолютно неквалифицированного и не умеющего логически мыслить человека. Однако, практический опыт показал несостоятельность этих требований, так как их исполнение приводило к значительному усложнению и удорожанию машин, а несчастные случая имели место по-прежнему.

В силу этого подход к безопасному конструированию машин вскоре изменился. Современные требования безопасности предусматривают создание безопасной техники, предупреждающей и исключающей случайности в нормальном протекании рабочего процесса, обязательное обучение рабочего правилам безопасной работы на машине, а также разработку надежных средств защиты операторов. Безопасность машины и производственного оборудования обеспечивается правильным выбором принципов его действия, кинематических схем, конструктивных решений (в том числе форм корпусов, сборочных единиц и деталей), параметров рабочих процессов, использованием различных средств защиты. Последние по возможности должны вписываться в конструкцию машин и агрегатов.

Возможности машины обеспечить безопасные и благоприятные условия труда работников, занятых управлением машины и участвующих в сооружении объекта на строительной площадке, называют социальной приспособленностью машины.

Это свойство машины рассматривается в виде совокупности более простых свойств: безопасности, эргономических, эстетических и экологических.

Безопасность машины различают активную, пассивную и послеаварийную.

В понятие «активная безопасность» включается комплекс эксплуатационных свойств, способствующих предотвращению аварийных ситуаций. К этим свойствам относят: динамические и тормозные качества. Устойчивость против заноса и опрокидывания, обзорность, обеспеченность сигнализацией и приборами, предупреждающими о возможных критических ситуациях. Надежность и долговечность элементов, разрушение которых может привести к аварийной ситуации, обеспеченность световой и звуковой сигнализацией при взаимодействии с другими участниками рабочего процесса, а также автоматическими устройствами безопасности и блокировки.

Способность резкого увеличения скорости машины определяется ее динамическими свойствами. Это качество иногда необходимо, чтобы выйти из аварийной ситуации. Улучшить динамические свойства можно, уменьшив массу машины, повысив запас мощности двигателя и увеличив его крутящий момент.

Тормозные свойства машины характеризуются временем торможения и тормозным путем, наличием рабочих, аварийных и стояночных тормозов, уровнем запаса тормозного момента, характеристиками тормозной системы прицепных агрегатов.

Потери устойчивости в поперечном направлении при работе мобильных машин возникают чаще всего при действии боковых сил. Такими силами могут быть: центробежная сила при движении машины на поворотах или при вращении поворотной платформы у экскаваторов и кранов: боковая составляющая веса машины при поперечном движении по уклону; боковая составляющая внешней нагрузки (бульдозер, автогрейдер). Эти силы могут вызвать боковое скольжение или опрокидывание машины. Возможны также потери устойчивости и в продольном направлении.

Устойчивость машины может быть повышена путем обеспечения рационального соотношения ширины колеи к продольной базе, понижением высоты центра тяжести, благоприятным размещением горизонтальных и вертикальных шарниров крепления рабочего органа, наличием устройств изменения базы по ширине.

Одним из важных свойств активной безопасности является обзорность, под которой понимается возможность машины по обеспечению видимости оператором рабочих органов и окружающих их участков рабочей среды. Для мобильных машин, взаимодействующих с другими машинами, обзор должен быть круговым. Это обеспечивается увеличением проемов окон, уменьшением числа и ширины перемычек, установкой внутренних и наружных зеркал.

Предупреждению аварийных ситуаций способствует наличие сигнализации и приборов, информирующих машиниста об отказах отдельных систем управления чрезмерных нагрузках и др. (световые сигналы о нарушениях в тормозной системе; указатели грузового момента у кранов; звуковые сигналы о достижении опрокидывающего момента или угла наклона машины, близкого к предельному состоянию).

Безопасности взаимодействия машин на строительной площадке способствует оснащение машин звуковой и световой сигнализацией, а также средствами радиосвязи.

Машины и механизмы должны быть снабжены автоматическими устройствами безопасности и блокировки, предохраняющими их от перегрузок, например, муфтами предельного момента конечными выключателями, ограничителями грузоподъемности устройствами, исключающими запуск двигателя при включенной передаче и самопроизвольного включения передач, автоматическими ограничителями положений ит.п.

Под понятием «пассивная безопасность» подразумевается свойство, которое при возникновении аварийной ситуации исключает или хотя бы снижает травмы экипажа. Данное свойство можно улучшить, обеспечив надлежащую жесткость и прочность конструкции кабины; установку конструкции, защищающей кабину от внешних нагрузок; применение безосколочных стекол; предотвращение самопроизвольного открывания дверей; отсутствие внутри кабины выступающих частей с острыми кромками и углами; наличие предохранительных ремней; установку защитных решеток на окнах и др.

«Послеаварийная безопасность» характеризуется возможностями быстрого выхода или эвакуации людей из аварийной машины, а также характеристиками пожарной безопасности, которая обеспечивается соответствующим размещением и надежной герметизацией топливных баков и топливных коммуникаций. В верхней части кабины размещают аварийный люк.

Свойства эргономики отражают соответствие конструкции машины гигиеническим условиям жизнедеятельности и работоспособности человека, а также его антропометрическим, физиологическим и психологическим качествам. От них в значительной мере зависят удовлетворенность трудом, здоровье и работоспособность машинистов. Эти же свойства оказывают влияние на напряженность труда машинистов, а следовательно, на безопасность работы.

Эстетические свойства машины (внешний вид, оформление конструкции, кабины, кожухов и окон кабины; внешняя и внутренняя окраска) формируют эмоции работников и влияют на их работоспособность.

Экологические свойства машины характеризуют возможности по ограничению загрязненности воздуха пылью, выхлопными газами и другими вредными веществами и по ограничению внешнего шума.

Поступление в воздух того или иного вредного вещества зависит от технологического процесса и степени совершенства самой машины и оборудования. Пыль образуется при дроблении и размоле, транспортирований измельченного материала, механической обработке, при перемешивании и различных компонентов бетонов и растворов и т.п. Большое количество вредных веществ попадает в атмосферу с отработавшими газами. Кроме того, к загрязнителям атмосферы относятся и вредные физические воздействия на нее, одним из которых является шум. Он может оказывать воздействие на человеческий слух.

Забота об охране природной среды и чистоте воздушного бассейна является одной из важнейших общегосударственных задач.

Большое значение в этом вопросе имеет стандартизация. Она позволяет принять действенные меры по повышению технического уровня и упорядочению разработки нормативно-технической документации по безопасности труда.

В зависимости от характера и назначения изделия в стандартах излагаются конкретные требования безопасности к конструкции: устройство ограждений подвижных и опасных элементов. Блокировка включений при нерабочем и аварийном положениях; фиксация и крепление подвижных органов при ремонте в нерабочем состоянии и при транспортирований. Обеспечение ограничителями хода и концевыми выключателями подвижных элементов машины, системами сигнализации и др.

Также приводятся требования по обеспечению на объекте стандартизации санитарно - гигиенических условий, отвечающих действующим нормам (вентиляция, освещение пылеподавление, снижение шума, вибрации и т.д.), а также требования электро-, пожаро - и взрывоопасности.

Основная литература: [1] (стр.80-124)

Контрольные вопросы:

1. Задачи эргономики. Базовые эргономические требования к рабочему месту оператора.

2. Инженерная психология, ее задачи. Принципы компоновки пульта управления.

3. Требования безопасности, предъявляемые к конструкции машин и оборудования.

Лекция 9.

Тема: Вопросы изобретательства и рационализации в работе конструктора. Изобретение и его правовая охрана. Полезная модель и его правовая охрана.

В эпоху бурно развивающейся научно-технической революции роль изобретений становится все более значительной, так как наука превращается в непосредственную производительную силу только в том случае, когда ее достижения превращаются в машины, материалы, приборы, новые технологии. Поэтому воплощение научных идей в технические решения - это обязательная стадия в процессе создания новой техники.

Значение изобретений для ускорения темпов научно-технического прогресса обусловлено самой природой. Изобретения представляют собой принципиально новые технические решения, обладающие экономическим и другим положительным эффектом В первую очередь изобретения знаменуют появление новых орудий труда, материалов и технологических процессов, превосходящих по своим технико-экономическим показателям лучшие отечественные и мировые достижения.

Все сказанное свидетельствует о том, что изобретательство - важный участок народнохозяйственной деятельности, требующий к себе особого внимания.

Изобретение и его правовая охрана.

В соответствии с Патентным Законом Республики Казахстан изобретению предоставляется правовая охрана, если оно является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применим.

Изобретение часто воплощается в материальном объекте - машине, станке, сплаве и т.п., однако необходимо помнить, что изобретательским правом охраняется не данный материальный объект сам по себе, а техническое решение, в нем выраженное.

Изобретение является новыми, если оно не известно из сведений об уровне техники, включающие любые сведения, ставшие общедоступными, в мире до даты приоритета изобретения. Таким образом, новизна изобретения установлена абсолютная (мировая). При этом не признается обстоятельством, влияющим на патентоспособность изобретения, публичное раскрытие информации, относящейся к изобретению, заявителем (автором) или любым лицом, получившим от него эту информацию, если заявка на изобретение подана не позднее двенадцати месяцев, с даты раскрытия. Обязанность доказывания данного факта лежит на заявителе.

При установлении новизны изобретения в сведения об уровне техники входят ранее поданные неотозванные заявки на изобретения других авторов, а также запатентованные в Республике Казахстан изобретения (с даты их приоритета).

Изобретение имеет изобретательский уровень, если оно для специалиста явным образом не следует из сведений об уровне техники.

Наличие новизны и изобретательского уровня у предложенного изобретения означает, что оно повышает известный, достигнутый современный уровень техники хотя бы в узкой области. Предлагаемые в этом изобретении средства, еще никогда не использованные или не использованные по такому назначению, представляют собою шаг вперед в развитии техники.

Изобретение является промышленно применимым, если оно может быть использовано в промышленности, сельском хозяйстве, здравоохранении других отраслях деятельности. Оно, таким образом, не должно заключать в себе технических ошибок и просчетов, делающих невозможным его использование.

Изобретение, обладающее новизной, имеющее изобретательский уровень и являющееся промышленно применимым называется охраноспособным. Аналогичный смысл имеет термин патентоспособность.

Каждое изобретение имеет определенный объект, т.е. техническое средство, с помощью которого должна быть решена задача. По изобретательскому праву Республики Казахстан объектами изобретения могут являться новое устройство, новый способ, новое вещество, новые штаммы микроорганизмов, культуры клеток растений и животных, а также применение известных ранее устройств, способов, веществ, штаммов по назначению.

Устройство - конструктивный элемент или комплекс таких элементов находящихся между собой в функциональных и иных связях. Это машины, аппараты, установки приборы, инструменты и др.

Способы - процессы обработки сырья, материалов, изготовления химических веществ, лечения болезней и т.д. Способ состоит в установлении нового порядка, очередности применения определенных действий (приемов, операций), необходимых для достижения искомого результата.

Вещество - искусственно созданное материальное образование, являющееся совокупностью взаимосвязанных элементов, ингредиентов (растворы, сплавы, химические соединения и т.д.).

Штаммы микроорганизмов – культуры клеток растений и животных, наследственно-однородные культуры профилактических бактерий, вирусов, водорослей и др.

Применение известных ранее устройств, способов, веществ, штаммов по новому назначению состоит в том, что известное техническое средство или штамм предлагается использовать с иной целью для решения задачи, которая не имелась в виду ни автором, ни другими специалистами, когда впервые стало применяться данное устройство: способ, вещество, штамм. Например, предложение использовать синтетическое красящее вещество в качестве сильнодействующего яда для вредных бактерий.

Существует большая группа предложений, которые не признаются патентоспособными изобретениями. К ним относятся:

— научные теории и математические методы;

— методы организации и управления хозяйством;

— условные обозначения, расписания, правила;

— правила и метод выполнения умственных операций;

--- программы для вычислительных машин и алгоритмы;

— проекты и схемы планировки сооружений, зданий, территорий;

— предложения, касающиеся лишь внешнего вида изделий, направленные на удовлетворение эстетических потребностей;

— топологии интегральных микросхем;

--- сорта растений и породы животных;

— предложения, противоречащие общественным интересам, принципам гуманности и морали.

Право на изобретение охраняется законом и удостоверяется предварительным патентом и патентом.

Предварительный патент выдается после проведения формальной экспертизы и действует в течение пяти лет, считая со времени поступления заявки в Патентное ведомство.

Патент выдается после проведения экспертизы заявки по существу и действует в течение двадцати лет, считая со времени поступления заявки в Патентное ведомство.

Предварительный патент и патент удостоверяют приоритет, авторство и исключительное право патентообладателя на использование изобретения. Объем правовой охраны, предоставляемый предварительным патентом и патентом на изобретение, определяется формулой изобретения.

Полезная модель и ее правовая охрана.

К полезным моделям относится конструктивное выполнение средств производства и предметов потребления, а также их составных частей.

Полезной модели предоставляется правовая охрана, если она является новой и промышленно применимой.

Полезная модель является новой, если совокупность ее существенных признаков не известна из сведений об уровне техники

Не признается обстоятельством, влияющим на новизну полезной модели, публичное раскрытие информации, относящейся к полезной модели, ее заявителем (автором) или любым лицом, получившим от него прямо или косвенно эту информацию, если заявка на полезную модель подана не позднее шести месяцев со времени раскрытия. При этом обязанность доказывания данного факта лежит на заявителе.

Полезная модель является промышленно применимой, если она может быть практически использована.

В качестве полезных моделей не охраняются решения, относящиеся:

-к способам, веществам, штаммам микроорганизмов, культурам клеток растений и животных, а также их применению по новому назначению;

-к объектам, перечисленным выше применительно к изобретению.

Право на полезную модель охраняется законом и удостоверяется патентом.

Выявление изобретений и полезных моделей в технической разра6отке машин.

Выявить изобретение - это значит в массе технических решений, содержащихся в конструкторской разработке, проектном решении, научно-исследовательской работе или в любом другом источнике, увидеть и оформить промышленно применимое техническое решение. Решение, обладающее новизной и изобретательским уровнем и крайне важным для защиты государственных интересов в области научно-технических достижений.

Изобретения и полезные модели создаются там, где разрабатывают новое оборудование, технологию, материалы - в научно-исследовательских, проектных, конструкторских и проектно-конструкторских организациях; они создаются и на промышленных предприятиях, где совершенствуется действующая техника и технология. Задача сводится к выделению из этой массы разработок оригинальных предложений, обладающих необходимыми признаками.

Можно назвать следующие источники выявления изобретений и полезных моделей:

— научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы;

—проектные разработки, в которых разработчик отклонился от обычно применяемых в данных условиях решений;

— рационализаторские предложения;

— работы, приготавливаемые к опубликованию (статьи, книги, доклады и т. п.)

Методика выявления изобретений и полезных моделей в технической разработке предусматривает проведение сопоставительного анализа предложенного технического решения с наиболее близким известным техническим решением (прототипом) и выделение существенных отличительных признаков, наличие которых указывает на охраноспособность решения. Сопоставительный анализ ведут обычно по типам признаков. Например, для устройства сначала выясняют, все ли элементы (детали и узлы) предложенного технического решения присутствуют в аналогах; затем проводят сравнительный анализ признаков взаимосвязи и взаиморасположения деталей, узлов и т.п. При этом выясняются новые существенные признаки предложенного технического решения, которые отсутствуют в аналогах. Этот метод наиболее эффективен при анализе материалов заявки, где вчерне уже выявлено изобретение.

Оформление заявки на изобретение.

Составление заявки - это первый этап юридического оформления изобретения. Заявка на выдачу патента на изобретение подается в Патентное ведомство.

Заявка на изобретение должна относиться к одному изобретению или группе изобретений, связанных между собой настолько, что они удовлетворяют требованию единства изобретения.

Заявка должна содержать:

— заявление о выдаче патента с указанием автора (авторов) изобретения и лица (лиц), на имя которого (которых) испрашивается патент, а также их местожительства или местонахождения;

— описание изобретения, раскрывающее его с полнотой, достаточной для осуществления;

— формулу изобретения, выражающую его сущность и полностью основанную на описании;

--- чертежи и иные материалы, если они необходимы для понимания сущности изобретения;

--- реферат.

К заявке на изобретение прилагается документ, подтверждающий, уплату пошлины в установленном размере или основания для освобождения от уплаты пошлины, а также для уменьшения ее размера.

Оформление заявки на полезную модель.

Заявка на полезную модель должна относиться к одной полезной модели.

Заявка на полезную модель должна содержать:

- заявление о выдаче патента с указанием автора (авторов) полезной модели и лица, на имя которого испрашивается патент, а также их местожительства;

- описание полезной модели, раскрывающее ее с полнотой, достаточной для осуществления;

- формулу полезной модели, полностью основанную на описании;

- чертежи;

- реферат.

К заявке прилагается документ, подтверждающий уплату пошлины в установленном размере.

Прочие требования к документам заявки на полезную модель устанавливаются Патентным ведомством.

Приоритет изобретения, полезной модели

Установление приоритета (первенства) имеет большое значение, т.к. по нему определяется новизна изобретения, полезной модели. Приоритет имеет тот из изобретателей, который ранее других подал заявку в установленном порядке, претендуя на получение патента.

Приоритет изобретения и полезной модели устанавливается по дате поступления в Патентное ведомство заявки, содержащей необходимые документы. Если в процессе экспертизы установлено, что тождественные изобретения или полезные модели имеют одну и ту же дату приоритета, то патент ведается по заявке, по которой доказана более ранняя дата ее отправки в Патентное ведомство, а при совпадении этих дат - по заявке, имеющей более ранний регистрационный номер Патентного ведомства.

Иной порядок установления приоритета применяется в отношении иностранных граждан и иностранных юридических лиц, если международной конвенцией или межгосударственными соглашениями по охране промышленной собственности, в которых участвует Республика Казахстан, предусматриваются льготы по установлению приоритета.

Заявитель, желающий воспользоваться правом конвенционного приоритета, обязан указать на это при подаче заявки или в течение двух месяцев со времени поступления заявки в Патентное ведомство и приложить копию первой заявки или представить ее не позднее трех месяцев со времени поступления заявки в Патентное ведомство.

В соответствии с межгосударственными соглашениями приоритет изобретения может быть установлен по дате подачи первой тождественной заявки, если эта заявка заявителем отозвана и между датой ее приоритета и датой поступления заявки в Патентное ведомство прошло не более двенадцати месяцев.

Применение указанных льгот при установлении приоритета иногда приводит к полной или частичной отмене уже состоявшегося ре­шения о выдаче патента в связи с поступлением заявки с более ран­ним приоритетом. Это происходит в связи с тем, что в соответст­вии с законодательством Республики Казахстан автору выдается предварительный патент, начиная от четырехмесячного срока и более со дня принятия заявки к рассмотрению. Следовательно, заявка, по 'которой устанавливается льготный приоритет, может поступить спустя несколько месяцев, после того, как решение по заявке на такое же изобретение будет не только принято, но и сообщено заявителю.

Основная литература: [1] (стр.134-161)

Контрольные вопросы:

1. Роль изобретательства и рационализации в ускорении НТП.

2. Изобретение: основные критерии, правовая охрана.

Лекция 10.

Тема: Экспертиза заявки на изобретение. Экспертиза заявки на полезную модель. Рационализаторские предложения, порядок подачи и рассмотрения. Патентование изобретений за рубежом. Патентная документация, и её особенности.

По истечении двух месяцев со времени поступления заявки Патентное ведомство проводит по ней формальную экспертизу. По письмен­ному ходатайству заявителя формальная экспертиза может быть на­чата до истечения указанного срока. В этом случае заявитель лишается права вносить в материалы заявки исправления и уточнения.

В ходе проведения формальной экспертизы заявки проверяется наличие необходимых документов, соблюдение основных требований к ним и рассматривается вопрос о том, относится ли заявленное предложение к объектам, который предоставляется правовая охрана.

Заявитель может подать в Патентное ведомство возражение на решение об отказе в выдаче предварительного патента, в двухмесячный срок со времени его получения. Возражение должно быть рассмотре­но Апелляционным Советом Патентного ведомства в двухмесячный срок со времени его поступления. Решение Апелляционного Совета является окончательным.

По заявке, прошедшей формальную экспертизу с положительным результатом, Патентное ведомство выдает предварительный патент не ранее четырехмесячного срока со времени поступления заявки в Патентное ведомство. Одновременно с выдачей предварительного патен­та публикуются сведения о заявке.

В период проведения экспертизы заявки по существу Патентное ведомство вправе запросить у заявителя дополнительные материалы, без которых проведение экспертизы невозможно, в том числе изме­ненную формулу изобретения. Эти материалы должны быть представлены в двухмесячный срок со времени получения запроса и без изменения сущности изобретения.

Если в результате экспертизы заявки по существу Патентное ведомство установит, что заявленное предложение соответствует условиям патентоспособности изобретения, выносится решение о выдаче патента с формулой изобретения, предложенной 'заявителем.

При экспертизе заявки на полезную модель не осуществляется проверка соответствия условиям патентоспособности, изложенным выше, т.е. проводится лишь формальная экспертиза на условиях и в сроки, изложенные для экспертизы изобретения в параграфе изложенном выше. Если в результате ее будет установлено, что заявка подана на предложение, относящееся к патентоспособным объектам, а документы ее оформлены правильно, принимается решение о выдаче патента.

Патент на полезную модель, таким образом, выдается без гарантии его действительности, т.к. в течение всего срока действия на основании возражения другого лица он может быть признан недействительным, в том числе по причине несоответствия условиям патентоспособности.

Рационализаторские предложения, порядок подачи и рассмотрения

Рационализаторским предложением признается техническое, решение, являющееся новым и полезным для той организации, которой оно подано, и предусматривающее изменение конструкции изделий, технологии производства и применяемой техники или изменения состава материала.

Новым техническое решение признается в том случае, если оно на дату регистрации внесенного предложения не известно той организации, которой это предложение адресовано. Отсюда следует, что новизна рационализаторского предложения имеет относительный характер (называется также местной, ограниченной).

Полезным предложение будет признано, если его использование позволяет получить положительный эффект который может быть экономическим, техническим или иным.

Указанные признаки решения: технический характер, новизна, полезность - являются обязательными. При отсутствии хотя бы одного из них предложение нельзя признать рационализаторским.

Рационализаторское предложение следует отличать не только от изобретения, но и от других новаторских предложений. Не относятся к рационализаторским, следующие виды творческих предложений:

1) по улучшению организации работы и управления хозяйством, т.к. не содержат в себе технических решений;

2) предложения (кроме изобретений) инженерно-технических работников научно-исследовательских, проектных, конструкторских, технологических организаций и аналогичных подразделений предприятий, если эти предложения относятся к разрабатываемым названными работниками проектам, конструкциям и технологическим процессам.

3) предложения об использовании (переносе) в порядке обмена опытом изобретений и рационализаторских предложений, которые внедрены на других предприятиях или данные, о которых опубликованы в печати.

Автор рационализаторского предложения подает письменное заявление непосредственно тому предприятию, к деятельности которого это предложение относится. Поступившее заявление подвергается предварительной проверке с целью выяснения того, относится ли предложение к профилю данного предприятия и выполнены ли автором установленные требования к форме и содержанию заявляемого предложения.

Установлены обязательные сроки рассмотрения заявлений на рационализаторские предложения и вынесения по ним решения.

Авторство и другие права рационализатора подтверждаются удостоверением на рационализаторское предложение. Оно выдается по установленной форме автору после вынесения решения о признании предложения рационализаторским и принятии его к использованию

Патентование изобретений за границей

В нынешних условиях, когда с каждым годом расширяются экономические и научно-технические связи Республики Казахстан со многими странами мира, первостепенное значение приобретает своевременная правовая защита изобретений и полезных моделей не только внутри Республики, но и за границей.

Правовая охрана изобретений и полезных моделей за границей может быть обеспечена путем их патентования, которое осуществляется только после подачи заявки на них в Национальное патентное ведомство Республики Казахстан.

Одной из основных целей патентования за границей является обеспечение промышленного экспорта, т.е. охрана экспорта при вывозе промышленных товаров, поставке оборудования за границу, строительстве предприятий и техническом содействии со стороны Республики Казахстан.

Другая основная цель патентования за границей - продажа лицензий иностранным фирмам на право использования созданных в Республике Казахстан изобретений и полезных моделей. Патентование с этой целью целесообразно осуществлять в тех случаях, когда изделия в которых используются изобретения, имеют высокие технико-экономические показатели и можно предполагать спрос на приобретение лицензий со стороны иностранных фирм, или когда есть запросы о покупке лицензий на такие 'изобретения.

Патентование проводится и при осуществлении научно-технического сотрудничества с зарубежными странами. Такое патентование производится, как правило, в связи с предполагаемой передачей в эти страны технической документации при осуществлении специализации и кооперирования производства, проведении совместных проектно-конструкторских и научно-исследовательских работ.

Патентная чистота - это юридическое свойство объекта техники, заключающееся в том, что он может быть свободно использован в данной стране без опасности нарушения действующих на ее территории патентов на изобретения.

Понятие патентной чистоты не следует смешивать с понятием патентоспособности. Во-первых, различие состоит в том, что термин «патентная чистота» относится к материальным объектам (машинам, приборам и т.д.). А термин «патентоспособность» - к техническим решениям. Во-вторых, когда речь идет о патентной чистоте, имеется в виду, что данное изделие не подпадает под действие чужих патентов, т.е. иными словами - использование его в конкретной стране не нарушает действующие в этой стране патенты. Так, объекты, обладающие патентной чистотой в отношении какой-либо страны, это машины, приборы, оборудование, материалы, технологические процессы или другие объекты, которые не нарушают действующие в данной стране патенты на изобретения и промышленные образцы. Если же на содержащееся в изделии техническое решение можно получить патент, то тогда это решение будет патентоспособным. Вопросы патентной чистоты и патентоспособности могут возникать одновременно, но сущность их разная.

Определение патентной чистоты, а тем самым и ее обеспечение осуществляется на основе патентных исследований, для чего проводится экспертиза патентной чистоты с составлением патентного формуляра.

Любое лицо, не являющееся патентообладателем, вправе использовать изобретение или полезную модель, защищенные предварительным патентом или патентом, лишь с разрешения патентообладателя (на основе лицензионного договора). По лицензионному договору патентообладатель (лицензиар) обязуется предоставить право на использование изобретения, полезной модели в объеме, предусмотренном договором, другому лицу (лицензиату), который принимает на себя обязанность вносить лицензиару обусловленные договором платежи и осуществлять другие действия, предусмотренные договором. В практике мировой лицензионной торговли принято классифицировать лицензионные договоры в зависимости от объема передаваемых прав.

Наиболее широкий объем прав представляет полная лицензия. По ней лицензиар передает не только право использования изобретения, но и автоматически лишается этого права сам. На практике полная лицензия, равнозначная по существу переуступке патента, встречается достаточно редко. К ней целесообразно прибегнуть лишь в том случае, если лицензиар не видит возможности самому использовать изобретение, а рынок сбыта новинки, крут потенциальных покупателей, крайне ограничен.

Патентный Закон Республики Казахстан устанавливает еще два вида лицензионных соглашений: это открытая и принудительная лицензии.

В случае открытой лицензии патентообладатель может подать в Патентное ведомство заявление о предоставлении права на ее получение любому желающему. Лицо, изъявившее желание приобрести указанную лицензию, обязано заключить с патентообладателем договор о платежах.

Патентная документация, и ее особенности.

Под патентной документацией обычно понимается совокупность публикуемых и непубликуемых документов (и извлечений из них), содержащих сведения о результатах научно-технической деятельности, заявленных или признанных изобретениями, полезными моделями, промышленными образцами, а также сведения о правах изобретателей. Таким образом, под патентной документацией понимаются, прежде всего, официальные публикации патентных ведомств.

Патентная документация представляет собой оригинальный вид научно-технической литературы и имеет ряд специфических особенностей, которые создают ей определенные преимущества перед другими видами научно-технических публикаций.

К основным особенностям патентной документаций, можно отнести следующие:

Достоверность. Патентная документация, как правило, не содержит непроверенных и рекламных сведений, т.е. преимущественно отражает реальные технические решения. Достоверность новизны заявленных предложений в большинстве случаев подтверждается заключением экспертизы.

Однородность – свойство, позволяющее систематизировать по единой системе классификации значительные массивы документов, относящихся к одной технической области. Поэтому фонд патентной документации является наиболее полным и систематизированным собранием сведений обо всех охраняемых изобретательским и патентным правом технических решениях, созданных человечеством за много лет.

Оперативность. - Для патентных документов, как правило, свойственна опережающая публикация по отношению к другим видам научно-технической литературы. Это объясняется тем, что согласно законам о патентах, преждевременное разглашение сущности изобретения порочит его новизну. До получения охранного документа заявитель стремится сохранить сведения об изобретении в секрете. Поэтому опубликованное описание изобретения, полезной модели в большинстве случаев значительно опережает все другие виды публикации на эту тему, причем, чем важнее изобретение, тем быстрей публикация описания изобретения к патенту опережает другие публикации.

Патентной документации присущи также такие особенности, которые следует рассматривать как недостатки.

В описаниях изобретений, полезных моделей, как правило, не приводятся экономические и эксплуатационные показатели, так как эти сведения не требуются при подаче заявочных материалов.

Графические материалы к описаниям изобретений, полезных моделей не содержат сведений о габаритах и размерах основных элементов устройств, аппаратов и машин.

В описаниях изобретений, полезных моделей не приводится теоретическое обоснование технологического процесса или создаваемой машины, а также сведения об использовании в производстве или данные о проведенных испытаниях.

Рост объема мирового патентного фонда, развитие международного сотрудничества привели к необходимости создания единой Международной патентной классификации (МПК), которая была введена в бывшем СССР в качестве основной системы классификации изобретений с названием, более точно отражающим ее сущность - Международная классификация изобретений (МКИ). С этого времени на всех описаниях изобретений к патентам, выдаваемым в СССР, проставлялись индексы дробного деления МКИ.

Индикация изобретений осуществляется в следующей последовательности: раздел, класс, подкласс, группа, подгруппа.

Например, индекс В 07 В 1/40 (виброгрохот) обозначает:

В - раздел (различные технологические процессы);

О7- класс;

В - подкласс;

I - группа;

40 - подгруппа.

Или Е 21 С 3/24 (обратный клапан);

Е – раздел (строительство);

2I - класс;

C – подкласс;

3 – группа;

24 - подгруппа.

Хотя МКИ в настоящее время используется в качестве обязательной системы классификации изобретений во всех промышленно развитых странах мира, национальные системы классификации еще применяются для поиска патентных документов в ретроспективной части (до введения МКИ) патентных фондов.

Основная литература: [1] (стр.134-161)

Контрольные вопросы:

1. Приоритет заявки на изобретение. Экспертиза заявки на изобретение.

2. Признаки, порядок подачи и рассмотрения рационализаторского предложения.

3. Цели патентования изобретений за границей. Лицензионные соглашения. Виды лицензий.

4. Патентная документация, ее основные особенности как источника информации.

Лекция 11.

Тема: Использование патентной информации при создании новой техники

Патентная информация находит все более широкое применение в процессе создания новой техники. Основными направлениями использования патентной информации являются:

-прогнозирование тенденций развития научных направлений, объектов техники и технологических процессов;

-оценка технического уровня разработок путем их сопоставления с последними запатентованными объектами;

-проверка патентоспособности выполненных разработок;

-проверка патентной чистоты выполненных разработок и возможности патентования их за границей.

Прогнозирование на базе использования патентной информации стало особенно актуальным и получило развитие в последние десятилетия. Методы научно-технического прогнозирования позволяют выявить, какие идеи являются в данный момент прогрессивными и перспективными и какие изживают себя. Следовательно, можно определить, куда должны быть направлены творческие силы, материальные и трудовые ресурсы для ускорения научно-технического прогресса. Прогнозирование является одной на наиболее эффективных молодых областей применения патентной информации.

Патентную информацию необходимо привести к виду, удобному для прогнозирования. Таким аппаратом, позволяющим перевести качественные показатели, содержащиеся в патенте, в количественные является характеристическая таблица. Используя характеристическую таблицу патенты можно подвергнуть проверке на перспективность. Суть проверки состоит в том, что патент сопоставляется с характеристической таблицей, по каждой характеристике определяется соответствующая ей позиция и устанавливается его оценка.

Для составления характеристической таблицы определяются основные параметры (характеристики) анализируемых патентных решений. Приведем для примера результаты анализа патентных решений в области краностроения. Этими характеристиками могут быть инженерно-техническая особенность патентного решения, уровень технической и теоретической обоснованности патентного решения, надежность машин и механизмов, обеспечение техники безопасности в эксплуатационный период, лицензионно-конъюнктурный фактор.

Эти характеристики патентных решений ранжируются в определенной последовательности и определяются значения нормирующей функции по следующей формуле.

10.1

где i - номер характеристики в ранжированной последовательности.

Значение нормирующей функции (для параметров I = 5) представлены в таблице 2.

Таблица 2

Значения	Характеристика в ранжированной последовательности
	1	1	0,75	0,5	0,31

Окончательная оценка инженерно-технической значимости изобретения определяется путем линейного преобразования:

10.2

где - окончательная оценка патентов по данной характеристике;

- базисная оценка.

Пример характеристической таблицы, состоящей из характеристик и позиций, для прогнозирования перспективных технических решений в области краностроения, приведен в таблице 3.

Изобретению по характеристике определяют оценку в баллах (от I до ). Для оценки перспективности патентных решений самоходных стреловых кранов определяют коэффициент полноты изобретения (Kп), который характеризует вероятность внедрения и потенциальный технический уровень прогнозируемого объекта.

Таблица 3

№ п/п	Характеристики и позиция	Оценка в баллах
		базисн. J	окончат. JОК
1	2	3	4
I	Инженерно-техническая особенность патентного решения (i1)
1	Усовершенствование деталей существующих конструкций (P1).
2	Усовершенствование узлов существующих конструкций (P2).	2	2
3	Усовершенствование узлов существующих конструкций на новом уровне механизации и автоматизации (Р3).	3	3
4	Новое техническое решение, образующее законченный технический комплекс с ранее запатентованными решениями (Р4)	4	4
5	Принципиально новое решение, имеющее смысл открытия в данной области (Р5)	5	5
II	Уровень технической обоснованности (i2)
1	Патентное решение основано на эмпирических формулах и элементарных гипотезах (P1)	1	1
2	Патентное решение основано на простейших представлениях о линейной связи между напряжениями и деформациями (P2)	2	2
3	Патентное решение учитывает теорию устойчивости грузоподъемных машин и возникающие напряжения в узлах и деталях машин (P3)	3	3
4	Патентное решение учитывает современные положения расчета узлов и деталей машин по предельному состоянию (P4)	4	4
5	Патентное решение учитывает современные теории прочности и разрушаемости материалов на всех стадиях эксплуатации машин (P5)	5	5
III	Надежность строительных машин и механизмов (i3)
1	Патентное решение не удовлетворяет всем четырем составляющим надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность, приспособленность к стандартизации) (P1)
2	Патентное решение удовлетворяет одной из четырех составляющих надежности (P2)
3	Патентное решение удовлетворяет двум из четырех составляющих надежности (P3)
4	Патентное решение удовлетворяет трем из четырех составляющих надежности (P4)
5	Патентное решение удовлетворяет всем четырем составляющим надежности (P5)
IV	Обеспечение техники безопасности в эксплуатационный период (i4)

1	Патентное решение не обеспечивает техники безопасности (Р1)	1	0,5
2	Техника безопасности обеспечена для отдельных узлов, но необеспеченна для машины в целом (Р2)	2	1
3	Техника безопасности обеспечена для узлов и машины в целом (Р3)	3	1,5
4	Обеспечены безвредность и отсутствие профессиональных заболеваний при одновременном обеспечении техники безопасности для узлов и машины в целом (Р4).	4	2
5	Гарантируется полная безопасность по всем без исключения производственным операциям, безвредность, бесшумность, максимальные удобства при эксплуатации и эстетичность (Р5)	5	2,5
V Лицензионно-конъюнктурный фактор (интенсивность патентования и данные о продаже лицензий) (i5)
1	На машину выдан патент в одной стране (Р1)	1	0,31
2	На машину выдан патент в двух странах (Р2)	2	0,62
3	На машину выдан патент в трех странах (Р3)	3	0,93
4	На машину выдан патент в четырех странах (Р4)	4	1,24
5	На машину выдан патент в пяти и более странах (Р5)	5	1,55

Примечание: Если по рассматриваемому изобретению продана одна лицензия, то оценку увеличивают на один балл, но при этом общая оценка не должна превышать 5

10.3

Где q – фактическая сумма оценок, которых заслуживает патент;

Q – максимальная сумма оценок, взятая из характеристической таблицы.

Критерий (10.3) совместно с характеристической таблицей образует алгоритм, позволяющий переводить качественную информацию, представленную в патенте, в безразмерную количественную величину - коэффициент полноты.

По коэффициенту полноты изобретения К из аттестационной шкалы, представленной в таблице 4, определяют категорию прогнозирования.

Таблица 4

Из таблицы 4 следует, что определение коэффициента полноты изобретения является основной операцией по оценке (с позиций прогнозирования) перспективности патентных решений.

Максимальная сумма оценок, взятая из характеристической таблицы

10.4

Фактическую сумму оценок (q) определяют следующим образом:

i₁- инженерно-техническая особенность патентного решения [ ];

i₂ - уровень теоретической обоснованности патентного решения [ ];

i₃ - надежность крана [ ];

I₄ - обеспечение техники безопасности в эксплуатационный пери­од [ ];

I₅ - лицензионно-конъюнктурный фактор.

Следовательно, j = I и

Фактическая сумма оценок равна:

10.5

По формуле (10.3) определяем коэффициент полноты изобретения:

Из всего изложенного выше можно сделать вывод, что залогом успешного решения на высоком уровне задач конструирования машин является то, что с обращения к патентной информации должен начинать срою работу ученый, инженер, конструктор - каждый, кто занят созданием и освоением новой техники.

Основная литература: [1] (стр.134-161)

Контрольные вопросы:

1.Роль изобретательства и рационализации в ускорении НТП. Изобретение: основные критерии, правовая охрана. Полезная модель: основные критерии, правовая охрана.

2.Выявление изобретений и полезных моделей в технической разработке. Состав заявочной документации на изобретение.

3.Приоритет заявки на изобретение. Экспертиза заявки на изобретение.

4.Признаки, порядок подачи и рассмотрения рационализаторского предложения.

5.Цели патентования изобретений за границей. Лицензионные соглашения. Виды лицензий. Патентная документация, ее основные особенности как источника информации.

Лекция 12

Тема: Основы научных исследований. Методы, этапы научных исследований.

Роль научных исследований в инженерной деятельности.

В наше время инженеру-механику часто приходится не создавать что-то принципиально новое, а оптимизировать известные технические решения, находить наилучшее сочетание многих существующих машин и механизмов для выполнения определенного вида работ, т.е. ему необходимо в значительной степени быть исследователем. В своей работе ему приходится разрабатывать принципы и методы решения конкретных технических и технологических задач, обосновывать выбор оптимальных схем и параметров новых машин, исследовать свойства новых материалов, прочностные характеристики реальных конструкций и свойства среды, с которой взаимодействует машина. Инженер-механик, таким образом, должен не только хорошо знать достижения науки, но и уметь использовать ее методы в своей работе.

Методы и области научных исследований, которыми приходится заниматься сегодняшним инженерам-механикам, многообразны, в соответствии с многообразием конкретных технических задач, выдвигаемых этой профессией. Но в ряде случаев им приходится заниматься научными изысканиями к в смежных или даже далеких областях знаний для правильного обоснования параметров новых машин.

Так, например, при создании новых землеройных машин для разработки мерзлых грунтов в строительстве конструкторы столкнулись с отсутствием достоверных данных по прочностным свойствам этих грунтов. Огромная информация, накопленная в механике грунтов, оказалась непригодной. Эта наука изучает грунты как основания для сооружений, и прочностные характеристики определяются для очень малых скоростей приложения нагрузки. Для механиков же грунты - объект разрушения. Здесь скорости нагружения несравнимо выше и поведение грунта, особенно мерзлого, является аномальным. Кроме того, такое важное для механиков свойство грунта, как его «абразивность» вообще не изучается геологами и грунтоведами. Все это привело к необходимости дополнительно изучать свойства грунта инженерам-механикам.

Навыки научного исследования должны иметь также инженеры-эксплуатационники. Они нужны для диагностирования машин и определения их реальных эксплуатационных параметров, анализа и научной обработки накапливаемых данных о поведении машины и ее составных частей в условиях эксплуатации, оптимального выбора и применения методов восстановления работоспособности изношенных деталей и узлов строительных машин. Только с помощью таких инженеров-исследователей конструкторы могут получить достоверные сведения для их учета при разработке новых или модернизации существующих машин.

В создании новых машин, приборов и оборудования участвует огромная армия научных работников, конструкторов, технологов, специалистов других профессий, которые трудятся в отраслевых НИИ, КБ, НПО, подразделениях заводского сектора науки, различных научно-технических центрах и кооперативах. Для эффективного использования имеющегося научно-технического потенциала необходимо, чтобы сама научно-исследовательская работа велась на рациональной и эффективной основе. Применение математических методов планирования экспериментов, автоматизация анализа и оценки их результатов, моделирование процессов, употребление эвристических программ, использование ЭВМ - все это дает возможность значительно ускорить научно-исследовательский процесс и повысить эффективность занятых в нем научных работников.

Методы научных исследований.

Под методом научного исследования следует понимать способ или совокупность способов, реализация которых позволяет достичь намеченной цели исследования.

В основе любого научного исследования лежит метод диалектического материализма, который вооружает исследователя знанием общих принципов познания материального мира и является всеобщим методом исследования: «От живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике - таков диалектический путь познания истины, познания объективной реальности".

При выполнении научных исследований наиболее широкое применение нашли следующие универсальные для технических наук методы.

Анализ - метод научного познания при помощи расчленения или разложения объекта исследования на составные части, а также выделения характерных свойств и качеств объекта для их детального изучения. Анализ позволяет выделить главные звенья любого объекта, исследовать основные связи, т.е. понять суть происходящего. Так, при изучении надежности строительной машины вначале выделяют четыре свойства надежности - безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, а затем изучают их в отдельности. В связи с этим анализ составляет основу аналитического метода исследований.

Синтез - метод научного познания объекта в целом на основе объединения его составных частей, позволяющий обобщать понятия законы, теории. Он используется для исследования сложных систем после того, как выполнен анализ отдельных элементов системы. Анализ и синтез взаимосвязаны, и дополняют друг друга.

Индуктивный метод состоит в том, что по частным фактам и явлениям делаются общие выводы, устанавливаются общие принципы и законы.

Дедуктивный метод основан на выводе частных положений из общих правил, законов, положений. Например, для определения нагрузок, действующих на лопасти бетоносмесителя, можно использовать законы гидродинамики по вопросам движения твердого тела в однородной жидкости.

Абстрагирование применяется, когда необходимо мысленно отвлечься от несущественного и сосредоточить внимание на главных элементах или свойствах исследуемого объекта. Оно, как правило, осуществляется в два этапа. На первом этапе определяются несущественные элементы, свойства, связи и т.д. На втором - исследуемый объект заменяют другим, более простым, представляющим собой упрощенную модель, сохраняющую интересующие исследователя свойства, элементы, связи. Например, при расчете гидропривода реальную рабочую жидкость мысленно, заменяют на идеальную жидкость, значительно упрощая тем самым рассуждения.

Формализация состоит в том, что исследуемый объект описывается математическими знаками, формулами, чем обеспечивается возможность исследования реального объекта через формальное исследование соответствующих знаков, формул.

Аналогия (подобие) - метод научного познания, посредством которого достигается знание о предметах и явлениях на основании того, что они имеют сходство с другими.

Моделирование - метод научного познания, при котором изучение свойств объекта проводится не на нем самом, а на его модели.

Следует отметить, что перечисленные методы научных исследований диалектически связаны межу собой и в конкретном научном исследовании применяются комплексно и дополняют друг друга.

Этапы научного исследования

Научное исследование выполняется в определенной последовательности, включая в себя ряд этапов.

1. Изучение состояния вопроса исследования. В ходе реализации данного этапа осуществляется общее ознакомление с проблемой, в рамках которой предстоит выполнить исследование, проводится патентно-лицензионный поиск, обзор и анализ НИР, монографий, статей и других материалов по рассматриваемой проблеме. В результате формулируется тема, и определяются цель и задачи исследования. В завершение данного этапа, намечается общая методика исследования, представляющая собой набор приемов, или способов и определенную их последовательность, способствующие наиболее эффективному выполнению научного исследования.

2. Теоретические исследования преследуют цель изучить физическую сущность предмета. Для этого выбирается и обосновывается физическая модель, дается математическое описание этой модели и на основании анализа полученных таким образом математических зависимостей делаются предварительные выводы по исследуемой проблеме.

3. Экспериментальные исследования. На данном этапе разрабатывается методика экспериментальных исследований и экспериментальная установке, выбираются и обосновываются средства намерений, проводятся эксперименты (в лабораторных иди производственных условиях - в зависимости от стоящих перед исследователем задач) и обрабатываются результаты измерений и наблюдений.

4. Анализ и обобщение результатов исследований. На данном этапе проводится общий анализ теоретических к экспериментальных исследований. Сопоставление результатов эксперимента с теорией, уточнение теоретических моделей, исследований и выводов, дополнительные (по мере необходимости) эксперименты, формулирование научных и практических выводов, составление и оформление научно-технического отчета.

5 Внедрение результатов исследований в производство и определение экономической эффективности их внедрения. Внедрение результатов научных исследований в производство осуществляется через разработку и изготовление опытного образца новой машины, который после производственных и государственных испытаний запускается в серийное производство.

Внедрение завершается оформлением акта экономической эффективности результатов исследования.

Разработка методики экспериментального исследования.

Методика экспериментального исследования предопределяет его эффективность и научную значимость, поэтому ее разработка должна проводиться особенно тщательно. В методике подробно разрабатывается процесс проведения эксперимента, составляется последовательность (очередность) проведения операций измерений и наблюдений, детально описывается каждая операция в отдельности с учетом выбранных средств, для проведения эксперимента, обосновываются методы контроля качества операций, обеспечивающие высокую надежность и заданную точность.

Методика эксперимента должна включать: цель и задачи эксперимента; выбор варьирующих факторов; обоснование объема эксперимента, числа опытов, определение последовательности изменения факторов; выбор шага изменения факторов, задание интервалов между будущими экспериментальными точками; обоснование средств измерений; описание проведения эксперимента; обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента.

При экспериментальном исследовании одного и того же процесса повторные отсчеты на приборах, как правило, неодинаковы, и чем больше случайных факторов влияет на эксперимент, тем больше отклонения отдельных измерений от среднего значения. Это требует определенного количества повторных измерений, которые обеспечивали бы устойчивое среднее значение измеряемой величины, удовлетворяющей заданной степени точности.

Потребное минимальное количество повторений одноименных замеров, гарантирующее требуемую точность и надежность измерения» определяется по формуле:

Для определения П-тсл проводят предварительный эксперимент с количеством измерений П , которое может колебаться в пределах 20-30 и вычисляет коэффициент вариации Кв:

Полученные данные подставляют в формулу для определения n

Важным разделом методики является выбор методов обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к систематизации всех цифр, классификации, анализу. Результаты эксперимента должны быть сведены в удобочитаемые формы записи - таблицы, графики, формулы, номограммы, позволяющие быстро и доброкачественно сопоставлять полученное и проанализировать результаты. При этом особое внимание должно быть уделено математическим методам обработки и анализа результатов эксперимента, например, установлению эмпирических зависимостей, аппроксимации связей между варьирующими факторами, установлений доверительных интервалов и др.

При разработке методики эксперимента всегда необходимо стремиться к ее упрощению, наглядности без потери точности и достоверности.

Обработка и анализ результатов эксперимента.

При проведении научных исследований особое место принадлежит анализу результатов эксперимента, на основании которого делают выводы о подтверждении гипотезы научного исследования. Данные эксперимента позволяют представить физическую сущность исследуемого процесса и установить адекватность гипотезы и эксперимента. Ниже приведены некоторые методы обработки и анализа экспериментальных данных.

Методы графической обработки результатов эксперимента.

Графическое изображение результатов измерений дает о них наиболее наглядное представление, позволяет лучше понять физическую сущность исследуемого процесса, выявить общий характер функциональной зависимости изучаемых величин, установить наличие максимума или минимума функций.

Для графического изображения результатов измерений применяют; как правило систему прямоугольных координат, на которую наносят экспериментальные точки. Так как исследуемые функции имеют обычно плавный характер, поэтому при графическом изображений результатов измерений между экспериментальными точками следует провести

Рисунок – 10. Графическое изображение результатов.

плавную кривую таким образом, чтобы она проходила по возможности ближе ко всем точкам (см. рис.10).

При графическом изображении результатов эксперимента с тремя переменными (например, в = f (x, y, z) применяют метод разделения переменных, когда одной из величин (например, z) в пределах интервала измерений задают несколько последовательных значений (z₁; z₂; …, z_n), а для двух других переменных х и у строят графики y=f_i(x) при z_i=const. В результате на одном графике получают семейство кривых у=f( х ) для различных значений z (рис.10).

Этот метод в большинстве случаев является наиболее простым и наглядным, однако требует тщательности и большого внимания к результатам измерений и построению графиков, особенно в точках изгиба или скачка.

При графическом изображении результатов экспериментов большую роль играет выбор системы координат или координатной сетки, которая может быть равномерной или неравномерной. У равномерных координатных сеток наиболее распространены полулогарифмические, имеющие равномерную ординату и логарифмическую абсциссу, логарифмические, имеющие обе оси логарифмические, и вероятностные, имеющие обычно равномерную ординату и вероятностную шкалу по абсциссе.

В большинстве случаев неравномерные координатные сетки применяют для более наглядного изображения функций.

В некоторых случаях строят номограммы, отражающие алгебраические выражения и позволяющие сравнительно просто графическими методами решать достаточно сложные теоретические или эмпирические формулы в определенных пределах измерения входящих в них величин.

Основная литература: [1] (стр.163-170)

Контрольные вопросы:

1. Какое место занимают научные исследования в работе инженера-механика?

2. Перечислите и дайте характеристику основным методам научных исследований.

3. Перечислите основные этапы научного исследования, чем они характеризуются.

Лекция 13

Тема: Повышение уровня конструкторских разработок. Состояние вопроса по инженерной прогностике.

Модульное проектирование машин и их систем.

Модульное проектирование – это процесс проектирования типоразмерных рядов системы машин из составных частей (модулей) путем синтеза из модулей низшего уровня модулей последующих, вышестоящих уровней (Л.1, стр.179-189).

По данным Э. Янча в зарубежной практике насчитывается более ста методов прогнозирования. Анализ этих методов показал, что они по существу сводятся к четырем основным: экстраполяция, экспертные оценки, морфологическое расчленение и моделирование.

Прогнозирование на основе экстраполяции. Прогнозирование по этому методу основывается на переносе событий и состояний, имевших место в недалеком прошлом, на будущее. Сюда также могут быть отнесены различные модификации, возникшие в связи с особенностями полиномов, применяемых при экстраполяции.

За последнее время метод экстраполяции подвергся существенной критике, повод к которой - сомнение в правомерности переноса событий и состояний из прошлого в будущее.

Крайнее несоответствие метода экстраполяции логике будущих событий проявляется в невозможности прогнозировать развитие новой техники по этому методу. Новые разделы техники, как правило, имеют достаточно представительные ретроспективные патентные фонды, т. е. совокупность новых технологических идей, но не имеют или почти не имеют ретроспективных статистических данных «короткие ряды», относящихся к объектам прогнозирования.

Вряд ли может возникнуть сомнение в перспективности применения автоматизированных систем проектирования, хотя по упомянутой проблеме, в силу ее новизны, отсутствуют статистические данные, и, следовательно, прогнозирование по методу экстраполяции фактически исключено. В таком же положении оказываются вопросы прогнозирования использования интегральных схем, печатных плат и многих других объектов техники.

Прогнозирование по методу экстраполяции в какой-то мере может быть оправдано при краткосрочном прогнозировании (5-7 лет), преимущественно в областях техники, где не предвидятся существенные качественные изменения (скачки) в производстве и потреблении. Иными словами, область его использования в основном ограничивается прогнозированием эволюционных ситуаций и процессов, медленно изменяющихся во времени.

В прогностике определялись две группы задач, решаемых в рамках метода экстраполяции средствами регрессионного анализа. Одна из них называется статической - это задача анализа связи между главным признаком и параметрами без учета фактора времени. Например, определяется выработка y стали на одного рабочего (главный прогнозируемый признак) в зависимости от параметров: x₁ - удельный вес выплавки стали с применением кислорода, x₂ - средняя емкость печи, x₃ - суммарная площадь пода печи и т. д.

Вторая задача динамическая: непременная составляющая уравнения - фактор времени. Эта задача более типична для прогнозирования, так как именно здесь решается вопрос об изменении главного признака в будущем. Рассмотрим эти задачи несколько подробнее.

Статическая задача экстраполяционного прогнозирования. Прогнозирование главного признака по уравнению регрессии сводится к выбору факторов x₁ , x₂ , …, x_n значений факторов, которые, по данным прогнозиста, находятся в пределах генеральной совокупности исследуемой области прогнозирования. Уравнение регрессии для статической задачи в линейной многопараметрической форме имеет вид

или

, p = 1, 2,…, n,

где - среднее арифметическое главного прогнозируемого признака, - среднее арифметическое факторов, у, х — конкретные значения (наблюдения) для главного признака и соответствующих факторов, р — число факторов.

Это уравнение получается из общего уравнения

если все составляющие уравнения выразить через постоянный член и сделать соответствующую подстановку

Из преобразованного уравнения следует, что приращение линейной функции пропорционально при­ращению факторов и не зависит от начального значения постоянного члена a₀. В связи с этим коэффициенты прямолинейной регрессии называют коэффициентами пропорциональности; они показывают, на какую величину изменяется среднее значение главного признака при изменении на единицу среднего значения данного фактора при приблизительно фиксированных значениях остальных факторов.

В наиболее простой форме записывается уравнение однопараметрической линейной регрессии: . Линия регрессии в этом случае представляется в виде прямой, отсекающей на оси ординат отрезок a₀ (постоянный член уравнения) и наклоненной к оси ординат под углом . Задача считается решенной, если определены значения коэффициентов в уравнении общего вида и, в частности, коэффициенты a₀ и a₁ в уравнении однопараметрической линейной регрессии.

Для того чтобы из бесчисленного множества прямых линий на плоскости (эмпирические регрессии) выбрать одну, наилучшим образом соответствующую экспериментальным данным, пользуются способом наименьших квадратов , т. е. сумма квадратов отклонений главного признака у (теоретическая регрессия) от текущих (опытных) значений того же признака у_i должна быть наименьшей.

В соответствии с этим два коэффициента однопараметрической регрессии ( и ) получаются из решений двух уравнений

в следующем виде

,

где n — число точек (объем выборки).

В уравнениях двухпараметрической линейной регрессии решается система трех уравнений и выявляются три коэффициента регрессии , , . Число необходимых уравнений определяется соотношением m = n + 1, где m — число уравнений, n — ранг регрессии (однопараметрическая, двухпараметрическая и т. д.).

В качестве уравнений криволинейной однопараметрической регрессии используются, как правило, элементарные функции, в частности ; ; ; .

Как и прежде, задача регрессионного анализа считается решенной, если в уравнениях регрессии определены коэффициенты , , …, . Методика определения упомянутых коэффициентов базируется на операции линеаризации, в силу которой криволинейные уравнения регрессии приводятся к линейной форме и, таким образом, задача сводится к предыдущей.

Динамическая задача экстраполяционного прогнозирования по существу является собственно прогностической, так как ее решение дает информацию об изменении главного признака в прогнозируемый период. Исходный материал для ее решения - динамический ряд, отражающий изменение главного признака в функции времени. Использование динамических рядов получило в прогностике весьма широкое распространение и по существу проникло во все ее разделы (социология, экономика, техника).

В этих работах динамический ряд за предшествующий период аппроксимируется некоторой математической зависимостью

,

в которой у — главный прогнозируемый признак, τ — время (годы) в пред прогнозный период, , , …, — коэффициенты, подлежащие определению.

В таком виде динамический ряд является однопараметрической моделью (параметр - время). Если тем или иным образом коэффициенты ряда определены и установлен момент времени t_m, с которого начинается прогнозирование, то подстановка в уравнение независимой переменной t (время) при значениях позволяет экстраполировать изменение главного признака из прошлого (τ < t_m) в будущее (t > t_m > τ). Таким образом, тенденции, сложившиеся в пред прогнозный период, переносятся на будущее, причем срок переноса остается неопределенным: если научно-технический прогресс при этом и учитывается, то только в смысле тенденций, сложившихся в прошлом. Отмеченный недостаток относится не столько к математической зависимости, связывающей прогнозируемый признак е временем, сколько к исходной информации, образующей динамический ряд.

Новые технические решения и, особенно, новые технические идеи, которые формируются в пред прогнозный период «на бумаге», как правило, некоторое время не имеют воплощения в параметрической форме. В таком состоянии новые идеи могут пребывать довольно продолжительное время, оказывая, тем не менее, существенное влияние на технический прогресс. Это, так называемые, непараметрические источники информации (патенты, локальные технические стратегии, опережающие стандарты и т. д.). Перечисленные носители информации оказывают наиболее революционизирующее действие на ход процесса. Тем не менее, они выпадают из прогнозного анализа, поскольку непараметрическая информация не попадает в «прокрустово ложе» традиций в математической статистике при анализе динамических рядов. Именно это обстоятельство в какой-то мере послужило толчком к развитию инженерного прогнозирования, которое, в отличие от экономического прогнозирования, рассматривает динамические ряды как в форме параметрической, так и непараметрической информации.

Динамические ряды, составляемые на базе непараметрических источников информации, отражают опережающую роль новых идей. С другой стороны, сопоставление параметрических динамических рядов с непараметрическими рядами позволяет прогнозировать расхождение в размерах технического процесса, обусловленное эволюционным и скачкообразным развитием прогнозируемого феномена.

Динамическая задача считается решенной, если по экспериментальным значениям динамического ряда определены коэффициенты регрессии. Для их определения предложено несколько способов - графический, точечный, способ линейного программирования, способ разбиения совокупности уравнений ряда на группы и др. Весьма широко распространен в прогностике способ наименьших квадратов. При рассмотрении статической задачи прогнозирования мы уже познакомились с его сутью. Отметим лишь, что при использовании элементарных функций все факторы заменяются одним фактором времени в соответствующей степени, и формально динамическая задача сводится к статической.

Метод экспертных оценок. Суть метода в том, что группе специалистов-экспертов ставится ряд вопросов, касающихся развития данного технического направления или предполагаемого объекта техники. Суждение о прогнозе возникает после соответствующей обработки ответов экспертов. Поистине метод «стар как мир». В древнем греческом городе Дельфы жрицы состязались в предсказании грядущего. По имени этого города в современной прогностической литературе широко популяризируется «дельфийский метод», представляющий собой одну из разновидностей метода экспертных оценок (оценки временных интервалов, наступления события). В последние годы метод существенно развился. Возник ряд модификаций и разновидностей метода, в том числе: метод «мозговой атаки», синектические оценки Гордона.

Коллективный разум — несомненная ценность в предвидении будущего. Быть может, этим объясняется своеобразный «бум» в повсеместном применении метода экспертных оценок. Метод показал свои безусловные достоинства особенно тогда, когда это касалось прогнозирования развития «больших», но вместе с тем конкретных технических задач (использование ЭВМ, высадка человека на Луну, использование автоматов для функционирования в космосе, освоение мирового океана и другие достижения).

Основная литература: [1] (стр.163-170); [5] (стр.7-40);

Контрольные вопросы:

1 Сущность модульного проектирования машин и их систем.

2. Прогнозирование технических разработок: цели и методы проведения.

Лекция 14.

Тема: Методы поиска новых идей и решений. Исходные предпосылки инженерного прогнозирования. Операционная модель инженерного прогнозирования.

Знакомство с методами поиска новых технических идей и решений целесообразно начать с простейших, наиболее доступных.

К числу таких методов в первую очередь можно отнести мозговую атаку или мозговой штурм, - метод, предложенный в США А.Осборном. Он предложил коллективный поиск новых идей и решений проводить последовательно в два этапа, двумя группами. Первая группа – «генераторы» - предлагает идеи, строго придерживаясь, правила - «запрета критики». Вторая группа – «эксперты» - обсуждает и анализирует выдвинутые «генераторами» идей.

С целью совершенствования метода мозгового штурма У.Гордон предложил новый метод - синектику, который отличается от «мозговой атаки» прежде всего высоким уровнем специализации синекторов, появлением «профессиональных генераторов» новых идей.

Для решения задач формируется постоянная группа в 5-7 человек, прошедших предварительную подготовку, с широким кругозором, имеющих, как правило, смежные профессии. Члены группы постепенно привыкают к совместной работе, перестают обижаться на критику и со временем создается работоспособный самостоятельный коллектив с большим опытом решения задач. Поэтому если мозговую атаку можно рассматривать как коллективную научно-техническую самодеятельность, то работу группы синекторов можно представить себе как выступление профессионального поискового ансамбля.

Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ) - это система эвристических приемов и правил, своего рода методика поиска новых технических решений.

АРИЗ является частью ТРИЗа - теории решения изобретательских задач, основы которой заложил инженер и писатель из г. Баку Г. Альтшуллер. Суть теории заключается в следующем: технические системы развиваются по определенным законам, которые могут быть выявлены и использованы для сознательного решения изобретательских задач, т.е.воспользуется диалектическое понимание технического прогресса как движения, обусловленного единством и борьбой противоположностей. По этой теории решение задачи состоит в устранении определенного противоречия (например, повысить производительность землеройной машины, не увеличивая размеров рабочего органа, уменьшить массу и габариты насоса, не изменяя его производительности, увеличить мощность двигателя без увеличения расхода топлива и др.).

Борьбу с противоречиями можно вести двумя путями. Первый - оптимизация, когда принимается компромиссное решение (немного выиграл в одном, немного проиграл в другом). Этот путь часто используют конструкторы. Второй путь, который обеспечивает новизну решения, - это выявление, уточнение и устранение (преодоление) технических противоречий. Для решения задач вторым путем и разработана специальная программа - AРИЗ. При этом направленность поиска достигается ориентировкой на идеальный конечный результат (идеальный способ, идеальное устройство).

Казалось бы, нетрудно ответить на вопрос: «Что желательно получить в идеальном случае?». Однако практика показывает, что отвлечься от ограничений и запретов, накладываемых реальными обстоятельствами, и представить себе действительно идеальный результат крайне трудно. Существует два правила, помогающие точнее определить идеальный конечный результат:

1) не следует загадывать заранее, возможно или невозможно достичь идеального результата;

2) не надо заранее думать о том, как и какими путями, будет достигнут идеальный конечный результат.

Правильно сформулировать идеальный конечный результат - значит надежно выйти на верный путь решения задачи.

На всех этапах решения изобретательской задачи в АРИЗе широко используются основные принципы системного подхода, приемы по устранению психологических барьеров, и, наконец, имеется развитый информационный аппарат - данные о типовых приемах преодоления технических противоречий, которые могут с большой вероятностью разрешить противоречие, выявленное в рассматриваемой задаче.

АРИЗ, таким образом, позволяет существенно упорядочить процесс решения изобретательских задач и целенаправленно шаг за шагом продвигаться к их решению.

Исходные предпосылки инженерного прогнозирования.

Инженерное прогнозирование, в отличие от зарубежной футурологии, прочно опирается на фундаментальные законы диалектического материализма.

Это проявляется в анализе информационных источников и формирование моделей прогнозирования. Практика, как критерий истины и движущая сила познания, проявляется в инженерном прогнозировании в форме верификации прогнозов, т. е. способности моделей выдавать опережающую информацию в соответствии с совокупностью технических идей, накопленных наукой и практикой в пред - прогнозный период.

В схематическом виде взаимосвязь между исследовательскими, программными и организационными прогнозами по Г. М. Доброву может быть представлена в виде последовательно расположенных блоков ИП → ПП → ОП (рис.) (исследовательский прогноз - программный прогноз - организационный прогноз). Особое значение имеет программный прогноз, который выделяет технические направления и главнейшие объекты техники, необходимые для реализации программы, а кроме того, в значительной мере предопределяет объем и содержание исследовательского прогноза (генерационная функция программного прогноза), т. е. имеет место обратная связь между ними.

Рисунок 11 – Взаимодействие прогнозов

Для практических целей может быть также полезна гипотетическая схема, в которой устанавливается связь между уровнями научно-технических разработок и типичными периодами прогнозирования (рис. 12). На такой схеме по оси ординат откладывается параметр, характеризующий уровень разработок, а по оси абсцисс - время. Современное состояние производства характеризуется нулевыми ординатами. Все, что существует, не ново, хотя бы потому, что оно уже существует и, следовательно, известно («нулевая новизна»). Далее (снизу вверх) располагаются уровни проектных разработок, патентования завершенных исследований, планируемых научно-исследовательских работ и, наконец, уровень параметров, функционирующий в поисковых исследованиях. Схему можно интерпретировать как причинно обусловленную связь уровней и генерированных ими источников информации (сверху вниз). Так, позитивные результаты фундаментальных теоретических исследований создают предпосылки для постановки конкретных исследовательских тем (планируемые научно-исследовательские работы). На этом этапе или чаще всего на уровне законченных научно-исследовательских работ (с некоторым разрывом по времени) формируется уровень патентования (заявочный фонд).

Рассмотренная схема позволяет целесообразно разграничить исследовательский прогноз на научное предвидение и инженерное прогнозирование. Инженерное прогнозирование базируется на источниках информации, в которых позитивно уже содержится информация о будущем, и в его задачу входит прежде всего рафинирование этой информации. Научное предвидение основывается на поисковых (иногда незаконченных) исследованиях, которые могут привести к отрицательным (негативным) результатам. Инженерное прогнозирование более конкретно в смысле определения содержания прогноза и сроков наступления событий, но вместе с тем предвидение дает более отдаленную, хотя и менее вероятную перспективу.

Инженерное прогнозирование рассматривается в целом как технико-экономическая задача. Поэтому вопросы экономики входят составной частью в содержание прогноза через посредство ряда критериев, характеристик и параметров. Инженерное прогнозирование создает реальную базу для последующего специального экономического прогнозирования, планирования и конкретного проектирования.

Инженерное прогнозирование непрерывно, т. е. прогноз выдается по мере поступления и обработки новой информации.

Инженерное прогнозирование предшествует планированию и проектированию. Оно раскрывает глобальные, потенциально возможные пути развития техники и отличается от научного предвидения выбором конкретных источников информации, обеспечивающих непрерывность прогнози­рования в рамках среднесрочного и краткосрочного периодов.

Операционная модель инженерного прогнозирования.

Инженерное прогнозирование может быть представлено в виде системы, состоящей из двух подсистем: одна из лих представляет информационную подсистему, а вторая характеризует возможность разделения объекта прогнозирования на составные части. Сообразно с этим в работе рассматриваются операционно-информационная модель инженерного прогнозирования и матричная модель расчленения технической системы. В настоящей главе анализируется операционно-информационная модель инженерного прогнозирования. Накопленный информационный материал (критерии количественной оценки информационных источников) используется в последующем для построения матричной модели и определения на этой основе генеральной стратегии развития технической системы (Л.5, стр.47).

Источники информации. В инженерном прогнозировании практически используются все доступные источники информации. Имея в виду цели прогнозирования, эти источники можно разделить на две большие группы.

К первой относятся информационные источники, содержащие в описании соответствующего объекта размерные (цифровые) параметры: производительность, электроемкость, несущая способность, прочность, коэффициент расширения и т. д. Такие источники информации называются параметрическими.

К непараметрическим источникам информации относятся документы, не содержащие каких-либо числовых параметров, где изложение сути вопроса дано на уровне «идей». Оценка таких информационных источников представляет одну из характерных особенностей инженерного прогнозирования.

Способы определения периодов прогнозирования.

Период прогнозирования - важнейшая категория прогностики. Тем не менее, до настоящего времени не имелось достаточно точного определения этого понятия и количественной оценки периодов прогнозирования. В связи с этим необходимо упомянуть о двух различных трактовках понятия «период прогнозирования».

Одна из них относится к периоду прогнозирования, представляемому в виде некоторого произвольно выбираемого интервала времени, в пределах которого или в конце его должно наступить то или иное событие, осуществиться прогнозируемый процесс или достигнут тот или иной уровень развития. В этом смысле говорят: прогноз на 1990 г., на 2000 г., на конец текущего столетия (тысячелетия) и т. д.

Для определенности такой период прогнозирования можно назвать априорным. Априорный период прогнозирования называют также лагом интервалом прогнозирования, временем упреждения, эшелоном.

Рисунок - 12.Уровни развития техники и период прогнозирования.

Во временном отношении априорные периоды прогнозирования классифицируются по следующим категориям: краткосрочные, среднесрочные, долгосрочные и сверхдолгосрочные. С небольшими изменениями можно придать этим категориям следующие временные, интервалы: краткосрочные – 5-9 лет, среднесрочные - 10- 15 лет; долгосрочные – 16-30 лет и сверхдолгосрочные более 30 лет.

Генеральные определительные таблицы.

Известно, что источники информации существенно различаются по информационной нагрузке, современной инженерно-технической значимости и наличию сведений, относящихся к будущему. Различны также параметры, характеризующие новые технические решения по размерностям, точности измерений, пределам применимости, допускам и т. д. Возникает необходимость в сравнительной оценке источников информации, используемых для прогнозирования.

Нельзя отказать инженеру, так же как и официальному эксперту, в использовании относящейся к будущему информации, не представленной в традиционной форме. А выраженной в виде одной или нескольких стратегий, технических программ, планов действия и т. д. Поэтому требуется изыскать способы и средства объективной оценки такой информации для нужд инженерного прогнозирования.

Упомянутые частные задачи сливаются в общую задачу о преобразовании источников информации по единой системе или, как еще говорят, в задачу о преобразовании информации к виду, удобному для инженерного прогнозирования. В качестве такой системы-преобразователя предлагается генеральная определительная таблица (ГОТ). Источник информации, привлекаемый для прогноза, сопоставляется с ГОТ и на этой основе оценивается его значимость.

Даже из такого краткого определения смысла ГОТ вытекает ее принципиальная значимость в инженерном прогнозировании, ибо от качества составления ГОТ зависит содержание и достоверность прогноза. Переносить определительную таблицу из одной области прогнозирования в другую без должного обоснования подобной операции нельзя, так как это может привести к существенным ошибкам при прогнозировании (Л.5.стр.63-117).

Основная литература: [1] (стр.163-170); [5] (стр.7-40);

Контрольные вопросы:

1.Рассказать о методах поиска новых идей и решений.

2. Способы определения периодов прогнозирования.

Лекция 15.

Тема: Прогнозирование на основе патентной информации. Прогнозирование развития техники по области применения патентов.

В современных условиях патенты представляют собой документы, отражающие в концентрированной форме новейшие достижения науки и техники. В патентной литературе справедливо отмечаются существенные преимущества патентной информации по сравнению с другими источниками. Эти преимущества выражаются в принципиальной новизне предлагаемых решений, большой информационной нагрузке, содержащейся в сжатой формуле изобретения, опережении (по времени) любых других источников информации (за исключением специальной). В силу особенностей патенты справедливо называют носителями научно-технического прогресса.

Вместе с тем патентная информация специфична, что отличает ее от других источников. Патенты, как правило, не содержат числовых технико-экономических данных и параметров, по которым традиционно сопоставляются, анализируются и оцениваются инженерные решения.

Кроме упомянутой в предыдущем параграфе генеральной характеристической таблицы, преобразователь информации включает в себя также трехзвенную систему анализа патентной информации (рис. 13), отображающей совместно с ГОТ статическую часть модели инженерного прогнозирования. Динамическая (временная) часть этой модели уже рассматривалась при определении периодов прогнозирования. Основной элемент в трехзвенной схеме анализа патентной информации - первое звено, по которому определяется техническая и экономическая значимость единичного изобретения.

Рисунок – 13.Трехзвенная схема анализа патентной информации.

Два последующих звена концентрируют результаты первого путем определения приведенных (эквивалентных) чисел патентов, уровней развития техники и состава экономических категорий (групповой анализ патентов)

Общие требования к критериям, сформулированные академиком А. П. Бергом, состоят в том, что эти критерии должны по возможности точно отражать связи между элементами модели, а также соотношения между зависимыми и независимыми параметрами, характеризующими сами элементы. Наряду с этим критерии должны быть не слишком громоздкими, с тем, чтобы возникшие па их основе алгоритмы можно было реализовать на вычислительных машинах.

В соответствии с такими требованиями и структурой трехзвенного анализа ниже рассматривается система критериев, необходимых для прогнозирования по патентам.

Коэффициент Г инженерно-технической значимости, пли коэффициент полноты изобретения (критерий I), характеризует потенциальный технический уровень этого изобретения в перспективе (первое звено статистической части модели)

, 14.1

где q — сумма оценок, которых заслуживает изобретение (патент) по каждой характеристике ГОТ, Q — максимальная сумма оценок по тем же характеристикам, n — число характеристик, равное максимальному баллу в базисной матрице,

j — базисные оценки (1, 2, 3, ... n), — функция, нормирующая вес характеристик, входящих в ГОТ. Определяется по результатам опроса экспертов или средствами математического анализа Формула (14.1) совместно с ГОТ, образуют алгоритм, позволяющий, как отмечалось выше, транспонировать качественные особенности патента в количественную безразмерную величину - коэффициент инженерно-технической значимости единичного изобретения.

Второе наименование критерия I, т. е. полнота изобретения, имеет простую физическую интерпретацию. Если Q — объем сосуда, то q — его часть, заполненная жидкостью. Тогда коэффициент Г отобразит степень заполнения сосуда. Очевидно, что максимальное значение Г равно единице, т. е. соответствует состоянию, когда q= Q.

Количественная оценка значимости изобретений состоит из двух основных операций. Первая из них заключается в том, что исследуемый патент сопоставляется с ГОТ, по каждой характеристике выясняется адекватная позиция и определяется оценка (балл), соответствующая этой позиции. Если по той или иной характеристике патент нельзя оценить (отсутствуют данные), то изобретение оценивается по сокращенной матрице (в перфокарту вносятся нули). Первая операция осуществляется специалистом, знающим данный раздел техники и умеющим работать с определительной таблицей. Нет принципиаль­ных трудностей в том, чтобы автоматизировать первую операцию на основе распознавания образа документа по ключевым словам.

Вторая операция относится к процедуре определения коэффициента полноты по формуле (14.1). Если в память ЭВМ записать возможные комбинации формализованных оценок патентов, то процедура вычисления коэффициента полноты (критерий I) сведется к элементарным действиям, реализуемым машиной с соответствующим объемом памяти.

Если в формулу (14.1) внести минимальные оценки (j=1), то коэффициент полноты будет равен 0,2. Следова­тельно, коэффициент полноты (критерий I) изменяется в пределах от 0,2 до 1, т. е.

0,2 Г 1 (14.2)

Чем ближе к единице коэффициент полноты, тем более перспективно инженерное решение, представленное в патенте, тем выше его прогностическая ценность. Дефицит или резерв дальнейшего усовершенствования изобретения определяется числом, дополняющим Г до единицы

D = 1 – Г (14.3)

Объект прогнозирования может быть составлен из нескольких параметров. Такое объединение называется техническим комплексом. Если исследуемый патент входит в состав технического комплекса, то коэффициент полноты следует определять в целом для объекта прогнозирования, оговорив соответственно состав объекта (Л.5, стр.118-162).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

До недавнего времени прогностика в своих основных посылках базировалась в различных аспектах и модификациях на методе опроса экспертов.

Такие важнейшие категории прогнозирования, как период прогнозирования, нормирование весов целей прогнозирования, выяснялись исключительно на основе опроса экспертов. Известны в этом смысле работы Хелмера, Гордона, Янча и других.

В инженерном прогнозировании метод опроса экспертов также применяется. Однако он рассматривается в целом как своеобразный «интеллектуальный эксперимент». Наряду с этим основные категории предвидения, включая периоды прогнозирования, нормирование весов целей прогнозирования, характеристик и параметров в инженерном прогнозировании определяются аналитически, т.е. в конечном счёте, на основе теоретического анализа прогнозных ситуаций.

Становится возможным, как и в других науках технического профиля, сопоставление экспериментальных и теоретических результатов, что повышает достоверность прогнозирования и избавляет прогнозиста от грубых ошибок в предвидении. Без преувеличения можно сказать, что инженерное прогнозирование, являясь составной частью прогностики, внесло в это научное направление элементы теоретического подхода. В этом, пожалуй, его основная ценность.

Достаточно полное представление о будущем развитии техники и технологии возникает в результате использования всего комплекса средств инженерного прогнозирования, начиная от определения коэффициентов полноты индивидуальных источников информации, вплоть до выявления суммарных научно-технических потенциалов технологических направлений и определения генеральной стратегии развития выбранного направления. Вместе с тем рассмотренные в работе методы инженерного прогнозирования позволяют получить прогнозную информацию, начиная с первых этапов (стадий) исследования, что крайне необходимо в случае, когда прогнозирование как проблема возникает в данном НИИ или КБ впервые. Резюмируя все изложенное по этому вопросу в настоящей работе, можно отметить следующие основные этапы прогнозных исследований, составляющих в совокупности содержание инженерного прогноза.

На первом (подготовительном) этапе выбирается область прогнозирования. В соответствии с этим формируются компетентные группы экспертов, намечается приемлемая информационно-поисковая система (ИПС), выявляются «глубина» ретроспективного поиска информации и примерный ее объем. К концу этого этапа осуществляется фактический отбор параметрических, непараметрических источников информации. На этом этапе можно получить, весьма общие, преимущественно качественные, представления относительно тенденций развития конструкций и технологий в намеченной области прогнозирования. Достаточно полный подбор информационных источников на этом этапе в значительной степени предопределяет полноту последующего количественного анализа и, следовательно, достоверность прогноза в целом.

На втором этапе осуществляются основные исследования по количественной оценке инженерно-технической значимости информационных источников, т. е. в соответствии с тремя основными методами инженерного прогнозирования определяются для индивидуальных репрезентативных объектов техники коэффициенты полноты, силы локальных стратегий и критерии технического уровня (К₁ и К₂). Для этой цели разрабатываются генеральные определительные таблицы (ГОТ), составляются программы для определения основных критериев (критерии I—VII) на основе использования ЭВМ. Для нормирования весов характеристик, целей прогнозирования, позиций и подцелей используются как результаты теоретических изысканий (формула (27), табл. 11), так и результаты опроса экспертов (интеллектуальный эксперимент). На основе определения периодов внедрения существующих функционально однородных объектов техники (аналогов) и данных по оценке уровней технической значимости будущих объектов техники определяются расчетные периоды прогнозирования. Результаты исследований на втором этапе оформляются в виде таблиц, в которых указываются прогнозируемые объекты техники и соответствующие им критерии технической значимости, а также семантические оценки перспективности развития техники.

На третьем этапе осуществляется основная работа по синтезу информационных источников в плане выявления направлений развития конструктивных решений и технологий. Основным фактором здесь является обобщенное значение для научно-технического потенциала техни­ческого направления, который определяется в виде суммы эквивалентных источников информации, относящихся к выбранной области прогнозирования.

На этом этапе возникают представления о лидирующих технических направлениях, а также устанавливаются возможные пропорции внедрения конкурирующих групп инженерных решений. Результаты исследований оформляются в виде таблиц и графиков, в которых указываются обобщенные коэффициенты полноты и значения периодов прогнозирования, относящихся к характерным техническим направлениям. Одновременно с количественными оценками технической значимости направлений выявляются семантические оценки, взятые из аттестационных шкал, а также приводятся значения критериев экономичности (критерий V). Таким образом, возникает достаточно полное представление о характерных направлениях развития техники в будущем, а также представление о возможности реализации этих направлений в различные сроки в будущем. Вероятность реализации этих направлений определяется в соответствии со значениями приведенных коэффициентов полноты.

На четвертом этапе определяется генеральная стратегия инженерного прогнозирования. Эта акция реализуется на основе уже найденного технического направления (третий этап) и информации, касающейся детальной оценки значимости индивидуальных источников информации (второй этап). Результаты определения генеральной стратегии инженерного прогнозирования позволяют получить достаточно полную информацию, относящуюся к формированию технической политики в отрасли, главным образом в рамках среднесрочного периода.

На пятом этапе производится верификация прогнозов, полученных на всех предыдущих этапах. Любой прогноз, не прошедший через призму верификации, может быть рассматриваемым только как предварительное ис­следование. Это обстоятельство объясняется тем, что на основе верификации, по существу, проверяется и «настраивается» модель инженерного прогнозирования. Следовательно, окончательное «да» может быть сказано после того, как опробована действенность самих моделей.

Заключительный этап инженерного прогнозирования — определение объемов промышленного производства и количественных изменений, которые ожидаются в структуре технологических процессов.

Основная литература: [5] (стр.40-140).

Контрольные вопросы:

1.Предпосылки инженерного прогнозирования.

2. Рассказать о способах определения периодов прогнозирования.

3. Основные направления патентной информации.