- •Минобрнауки россии__________________
- •И.А. Туркин, с.А. Суворов проблемно-целевое проектирование научного эксперимента в материаловедении высокотемпературных наноструктурированных материалов и изделий
- •1 Постановка и анализ задач проектирования научного эксперимента
- •1.1 Инвариантные понятия техники
- •1.1.1 Характеризация технических объектов и нанообъектов
- •1.1.2 Систематика задач поиска и выбора технологических
- •1.2 Критерии развития техники и технических объектов
- •1.2.1 Условия выбора и характеристики критериев
- •1.2.2 Функциональные критерии
- •1.2.3 Технологические критерии
- •1.2.4 Экономические критерии
- •1.2.5 Антропогенные критерии
- •1.3 Законы строения и развития техники
- •1.3.1 Закон прогрессивной эволюции техники
- •1.3.2 Закон соответствия между функцией и структурой
- •1.3.3 Закон стадийного развития техники
- •1.4 Списки недостатков и требований при разработке новых технических объектов
- •2 Функциональный анализ технических объектов
- •2.1 Описание функциональной структуры технического
- •2.1.1 Построение функциональной структуры технического
- •2.1.2 Описание физической операции, реализуемой с помощью технического объекта
- •2.1.3 Описание принципа реализации физико-химических
- •2.2 Методика постановки задачи по улучшению характеристик прототипа.
- •Системный выбор конкурентоспособных решений при разработке новых технических объектов
- •3 Проектирование научного эксперимента в материаловедении
- •Основные функции и критерии развития
- •3.1.1 Элементы функциональной наноструктуры
- •3.1.2 Физико-химические и размерные эффекты при изготовлении и эксплуатации высокотемпературных наноструктурированных материалов
- •3.1.3 Анализ технологических решений при разработке
- •3.2 Схемы экспериментального анализа наноматериалов
- •3.2.1 Порядок экспериментального анализа наноматериалов при заданной функции и прототипе
- •3.2.2 Порядок экспериментального анализа наноматериалов при заданной функции
- •3.2.3 Порядок экспериментального анализа при разработке новых
- •Заключение
- •190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26
1.3.3 Закон стадийного развития техники
Закон отражает революционные изменения в процессе развития ТО связанные с передачей техническим средствам функций выполняемых человеком.
ТО с функцией преобразования материальных предметов труда имеет 4 стадии развития связанные с последовательным исключением из технологического процесса функций выполняемых человеком:
на первой стадии технические средства реализуют только технологическую функцию обработки предметов труда (ступка и пестик для измельчения порошка);
на второй стадии добавляется реализация энергетической функции (механические измельчители с приводом от водяного колеса, паровой машины, электроприводом);
на третьей стадии добавляется реализация функции управления процессом (мельница с системой автоматического регулирования);
на четвертой стадии добавляется реализация функции планирования объема и качества продукции (автоматизированная мельница, получающая задание от системного компьютера). При этом человек полностью исключается из технологического процесса.
Переход к каждой последующей стадии происходит при исчерпании природных возможностей человека и при наличии необходимого научно-технического уровня и социально-экономической целесообразности.
1.4 Списки недостатков и требований при разработке новых технических объектов
У любого ТО в процессе изготовления и эксплуатации сразу или со временем появляются определенные недостатки (дефекты), которые могут возникнуть по следующим причинам:
при проектировании ТО уровни показателей некоторых требований были занижены или завышены (например, из-за естественного желания изготовителя и потребителя ТО снизить свои риски);
в список требований не включены некоторые существенные требования (для огнеупоров это прежде всего уровень их влияния на качество конечного продукта –металл, стекло, цемент и экологическую обстановку);
значение основных параметров, и в первую очередь, критериев развития имеют показатели ниже мирового уровня, т.е. разрабатываемое изделие окажется неконкурентоспособным.
Таким образом, к недостаткам ТО относят неучтенные показатели, которые необходимы для удовлетворения выявленных, возникших и прогнозируемых потребностей. В итоге для каждого используемого ТО формируют список недостатков, который служит основой для составления списка требований при разработке нового (улучшенного ) ТО.
При разработке ТО часто возникают противоречия развития, когда при поиске новых технических решений улучшение одних показателей вызывает недопустимые или нежелательные ухудшения других. Например, повышение плотности и соответственно механической прочности поликристаллических оксидных материалов часто сопровождается снижением термостойкости изделий. Противоречия разрешают путем нахождения таких новых ТР, в которых улучшение одних показателей не приводит к необоснованному ухудшению других. В приведенном примере возникающее противоречие устраняют созданием композиций за счет введения в состав материала элементов, повышающих сопротивление матрицы разрушающим воздействиям (волокна, неизометрические частицы) или организацией специальных микро- и наноструктур (микротрещиноватой, фрагментарной). Особенно эффективны в этом отношении наноразмерные компоненты композиций.
При разработке ТО всегда имеет место список необходимых и достаточных требований, выполнение которых обеспечит изделию ожидаемую эффективность. В окончательном варианте, при постановке изделий на производство, полный список требований к продукции включен в соответствующий ГОСТ или ТУ. Если в таком списке не будет оговорено и в результате не выполнено хотя бы одно требование, то в созданном ТО появится как минимум один существенный недостаток. В научных разработках список требований составляет ядро технического задания. В процессе разработки ТО формируют и уточняют несколько иерархически взаимосвязанных списков требований, которые соответствуют определенным этапам разработки, причем каждый последующий список больше предыдущего и включает его в себя.
Искусство и мастерство проектирования новой техники в первую очередь заключается в умении составить необходимый и достаточный список требований, в котором отдельные требования были бы конкурентоспособными и технически реализуемыми.