ПособиеИМН
.pdfбыстроменяющихся температурах применяют пленочные термосопротивления с толщиной платиновой пленки до нескольких микрон.
Термоэлектрические датчики термопары) основаны на эффекте Зеебека, заключающегося в появлении разности потенциалов на границе контакта двух разнородных проводников из-за диффузии зарядов. При этом контактная разность потенциалов зависит от температуры, поскольку температура определяет скорость диффузии. При нагревании одного из спаев в цепи возникает термоэлектрическая ЭДС, пропорциональная только разности температур спаев. Термо-ЭДС не зависит от диаметра или длины проводников и не зависит от распределения температуры вдоль проводников. Нагрев или охлаждение любого участка цепи, кроме спаев, не сказывается на величине термо-ЭДС. Существует большое количество разнообразных конструкций термопар. Промышленные термопары состоят из защитной металлической трубки, внутри которой находится горячий спай, а концы термоэлектродов выведены на клеммную колодку вверху трубки. Пределы измерений термопарными преобразователями составляют от −200 до 1800ºC.
Бесконтактные датчики температуры. Оптической пирометрией называется совокупность методов измерения температуры тел, основанных на законах теплового излучения. Приборы, применяемые для этого, называются пирометрами. Эти методы очень удобны для измерения температур различных объектов, где сложно или вообще невозможно применить традиционные контактные датчики. Это относится в первую очередь к измерению высоких температур.
Сложность применения методов оптического измерения температуры состоит в том, что реальные тела излучают при нагреве не в соответствии с законами излучения абсолютно черного тела, а имеют сложный спектр излучения в зависимости от материала, наличия на поверхности окисных пленок. Существуют различные виды пирометров, позволяющие компенсировать различные особенности излучения нагретых тел, это пирометры полного излучения, спектральные пирометры, пирометры спектрального отношения. Поэтому в практических случаях применения пирометры приходится тарировать по образцам из исследуемого материала нагретым до определенной температуры, контролируемой другими методами, например, термопарами.
Вопросы для самопроверки:
1.В каких случаях используются измерительные преобразователи?
2.Почему измерительные преобразователи стремятся создавать с преобразованием физической величины в электрическую форму?
3.Какие механические величины контролируются в мехатронике и робототехнике?
4.Чем отличаются и что позволяют контролировать электро-контактные и реостатные датчики перемещения?
5.Что измеряет тензорезистор?
6.Какие требования предъявляются к регистрирующей аппаратуре при применении пьезоэлектрических датчиков?
7.Какие усилия можно контролировать магнитоупругими датчиками?
8.Что такое температура, и в каких случаях она контролируется в мехатронных устройствах?
9.Чем отличаются дилатометрические датчики температуры от
биметаллических?
10.Из каких материалов изготавливают термосопротивления?
11. Субъективный фактор в науке и техническом творчестве. Эвристические методы поиска новых идей и проектных решений.
Ускорение технического прогресса привело к вовлечению в творческую деятельность огромного количества инженерно-технических и научных работников. Проблемы, стоящие перед всем человечеством, проблемы связанные с экономической и военной конкуренцией требуют интенсификации научной и технической деятельности, особенно в области создания принципиально новых технологий, так называемых прорывных решений. Как показывает история развития науки и техники за последние 50…100лет такие прорывные решения полностью изменили не только быт человека, но и социальные условия существования.
В то же время такие прорывные решения, хотя и утверждается, что создаются огромными коллективами ученых и специалистов, всегда имеют конкретного автора, имя которого остается в истории. Так было с создателями радио и телевидения Попов А.С., Маркони, Зворыкин В.К.) , транзистора
Джон Бардин, Уолтер Браттейн), компьютера – устройств, полностью преобразивших развитие нашей цивилизации.
Открытие цепной реакции распада урана Фриц Штрассман, Отто Ганн) поставило нашу цивилизацию на грань уничтожения.
Внастоящее время перед человечеством стоят грандиозные задачи, связанные в первую очередь с экологическими проблемами, это и переработка мусора и проблемы глобального изменения климата, связанные
своздействием на атмосферу Земли. В области развития техники – это проблема всеобщей автоматизации, связанная в первую очередь с развитием робототехники.
Внаучной деятельности и при проектировании часто возникают задачи, которые невозможно решить перебором известных принципов действия и
частных решений. Такие задачи носят творческий, изобретательский характер и решаются в настоящее время, как и в старину, на основе творческого озарения, интуиции. Методика их решения затруднена сложностью анализа психических процессов ученого, проектировщика.
Поэтому потребность в таких людях, способных генерировать новые идеи все более возрастает. В этой связи возникает вопрос о возможности целенаправленной подготовки, обучения таких специалистов.
По этому вопросу не существует однозначного решения. Есть мнение, что способность к научному и проектно-техническому творчеству является генетической особенностью и тогда проблема могла бы решаться поиском и отбором таких учеников с последующим их специальным образованием. В
СССР был опыт поиска талантливой молодежи и обучения их в специализированных школах в Новосибирске, Москве. К сожалению, отсутствует статистика о профессиональных достижениях выпускников этих школ.
Другая точка зрения утверждает, что развитие творческого мышления возможно у любого грамотного специалиста при применении некоторых приемов, интенсифицирующих творческий процесс в научной или проектной работе. Рекомендации по решению творческих проблем обобщены в некоторых полезных для практики работах [17…22].
В каких случаях возникают задачи, которые невозможно решить, используя известные аналоги или их комбинации
1. Когда неизвестен принцип удовлетворения той или иной потребности человека. так потребность летать была очень давно, но принцип воздушного шара был предложен Монгольфье, и это одно из величайших изобретений человечества). В технологии нужно найти принцип создания материала, формы непосредственно из атомов под управлением компьютера. Тогда, из молекул можно собирать любые, заранее запрограммированные, продукты.
2. Известные технические решения не обладают требуемым набором критериев. Причем удовлетворение некоторых из них приводит к недопустимому ухудшению других критериев, возникает техническое противоречие.
Так повышение скорости резания производительности) приводит к увеличению затрат на инструмент и его замену, что увеличивает себестоимость обработки. Снижение массы станка снижает его себестоимость, но ухудшает вибрационную устойчивость.
Такие противоречия характерны и известны для реализованных конструктивных решений. Поиск решений, устраняющих мешающие практике противоречия – это тоже интересный уровень научной и технической изобретательской деятельности.
Лейбниц писал: «Нет ничего важнее, чем умение найти источник изобретенияэто еще важнее, чем само изобретение»
Предложены различные методы активизации творческого процесса в процессе проектирования:
1. Метод перебора вариантов.
Систематизация этого метода предложена Ф.Цвикки в 1942г.под видом морфологического анализа. Идея состоит в разбиении будущего объекта на элементы, представлении их всех возможных вариантов и исследование их комбинаций. Проблема состоит в том, что исследователь ограничен своей эрудицией и возможные варианты часто не позволяют найти эффективное решение. Так считается, что Эдисон перебрав 1600 вариантов материалов нашел для лампочки нужный материал – обугленный бамбук. Но у него не было возможности опробовать вольфрам, так как не существовало технологии получения вольфрамовой проволоки.
2.. Инверсионное мышление.
Отличается от традиционного мышления, которое игнорирует многообразие путей решения задачи, кроме случайно возникших на первом этапе, общепринятых, устоявшихся, тех, которые приводили когда-то к успеху. Как убрать камень с дороги, нефть с поверхности моря – обычно камень поднять и отнести на обочину, нефть собрать в резервуар и увести. Но можно камень закопать, нефтяную пленку каогулировать и затопить)
3. Алгоритмы решения изобретательских задач АРИЗ).
Одним из методов, позволяющих развивать у проектировщика вариабельность мышления, является «Алгоритм решения изобретательских задач» предложенный Альтшуллером Г.С. в 60-годах [17,18].
В этой методике большой интерес представляет систематизация приемов устранения технических противоречий, которых он приводит более сорока.
Эти приемы устранения технических противоречий были обобщены в результате анализа большого количества изобретений. Так как количество их достаточно ограничено, то при решении изобретательской задачи можно последовательным перебором приемов делать попытку ее решения, иногда это удается.
4. Метод мозгового штурма.
При реализации этого метода объединяются мышления группы специалистов, заинтересованных в решении проблемы, которое проводится в виде ее обсуждения с предложением участниками любых вариантов ее решения, которые приходят в голову, вплоть до самых фантастических. Суть метода состоит в том, что идеи высказанные каждым из участников стимулируют мышление остальных и результатом является появление новых оригинальных идей. Специфика проведения метода подробно изложена в литературе [22] и иногда он дает интересные результаты. Условием
успешной реализации метода является повышенная важность решения проблемы для участников группы.
5.Метод контрольных вопросов
Вэтом методе используется список вопросов, которые могут быть универсальными при анализе любой проблемы. Такие списки в количестве 100 и более вопросов предлагались разными авторами. Типичные вопросы: а если сделать наоборот, а если изменить форму, а если взять другой материал
ит. д.
Эти вопросы перекликаются с методами изложенными в АРИЗ и могут быть полезны для систематизации мышления ученого или проектировщика решающего проблему.
Кроме перечисленных было предложено большое число методов стимуляции творческих способностей ученых и проектировщиков, однако до сих пор процесс получения нового эффективного технического решения является до конца не изученным и не понятым. Здесь возможно есть и принципиальные ограничения возможности понимания системой человек) фундаментальных принципов мышления человека, соотношения сознательных и подсознательных процессов. Известно, что некоторые гениальные открытия и решения были получены их авторами во сне).
Изучением мышления человека занимаются психологи и в этой области знания существуют различные точки зрения на возможности человеческого мышления и источник новых знаний. Здесь интересной является идея о коллективном бессознательном Карл Густав Юнг), которая перекликается с идеей информационного поля считающейся в настоящее время не научной), в котором существуют все знания о вселенной и надо только уметь к нему подключаться.
Практика же показывает, что эффективные решения научных и технических проблем приходят к исследователям при двух непременных условиях: высокой заинтересованности мотивации) в решении проблемы и высокой эрудиции исследователя, причем не только в своей узкой профессиональной области, но и в смежных, а иногда и далеких от нее областях науки, техники и живой природы.
Поэтому при обучении в области автоматизации и робототехники очень важно не только овладевать профессиональными знаниями, но и повышать свою эрудицию в области биомеханики, компьютерной техники, психологии, социологии и т.д.
Вопросы для самопроверки:
1. Какие вы знаете прорывные научно-технические решения 20 века?
2.Какие выдающиеся ученые 20 века положили начало атомной энергетике?
3.Какие 2 метода возможны при подготовке творческих специалистов?
4.В каких случаях возникают задачи, требующие творческого решения?
5.В чем состоит суть метода перебора вариантов?
6.Приведите припер технических решений полученных с применением инверсионного мышления.
7.В чем состоит суть метода АРИЗ?
8.Какие Вы знаете методы интенсификации творческого процесса при решении технических проблем?
12.Цель и содержание курсовой работы по предмету «История и методология науки»
Целью курсовой работы являются первоначальные навыки научной работы и обоснование научно-исследовательской части магистерской диссертации.
Структура курсовой работы:
1.Обоснование темы магистерской диссертации. Название темы и ее актуальность.
2.Анализ литературно-патентных источников по теме диссертации. Поиск аналогов решения. Выявление не решенных проблем. Формулирование целей и задач исследования.
3.Разработка методики исследования.
Вариант1.
Планирование экспериментов, Подбор измерительного оборудования. Разработка методики обработки экспериментальных данных или методики экспериментальной оптимизации.
Вариант 2.
Разработка методики компьютерного моделирования конструкции.
Метод построения расчетной 3-D модели с заданными видами нагружения. Выбор программ компьютерного анализа. Разработка методики анализа результатов или оптимизации конструкции.
Вариант 3.
Разработка методики компьютерного моделирования системы управления. Метод построения расчетной модели системы уравнений) Выбор программ компьютерного анализа. Разработка методики анализа результатов или оптимизации системы управления.
4. Разработка план-содержания будущей магистерской диссертации.
Список литературы
1. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. — М. :
Машиностроение, 1988.
2.Альтшуллеp, Г.С. Профессия – поиск нового / Г.С. Альтшуллер, Б.Л. Злотин. – Кишинев: Каpтя Молдовеняскэ, 1985.
3.Тринг, М. Как изобретать?: пер. с англ. под ред. и с предисл. В.В. Патрикеева / М. Тринг, Э. Лейтуэйт: – М.: Мир, 1980. – 272 с.
4.Дж.К.Джонс Методы проектирования. Пер.с анел.=М.; Мир. 1986=326с.,ил.
5.Хилл П. Наука и исскуство проектирования. Методы проектирования, научное обоснование решений., =М.; Мир. 1973
6.История и философия науки : учебник для вузов / под общ. ред. А. С. Мамзина и Е. Ю. Сиверцева. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2014. — 360 с. — Серия : Магистр.
7.Юдин, А.И. История и философия науки: общие проблемы : учебное пособие / А.И. Юдин. – Тамбов : ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. – 160 с. – 160
экз. – ISBN 978-5-8265-1092-6.
8.ГОСТ24026-80 Исследовательские испытания. Планирование экспериментов. Термины и определения.
9.Адлер Ю.П. Введение в планирование экспериментов. М., 1969г.
10.Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов.. /под ред. Э.К.Лецкого.-М.; Мир, 1977.
11.Автоматизация экспериментальных исследований. Учеб. Пособие для ВУЗов. -М.; Изд=во Наука, 1983. Радкевич И.А.,Кузмичев Д.А.,Смирнов А.Д.
12.Логинов В.Н. Электрические измерения механических величин.
. – М.: Энергия, 1976. – 104 с.
13.Клокова Н.П. Тензорезисторы: Теория, методики расчета, разработки. М.: Машиностроение, 1990. -224с.
14.Гинзбург В.Б. Магнитоупругие датчики.. М.: Энергия, 1970.-72с.
15.Удда Э. Волоконно-оптические датчики. М.: Техносфера,2008,=520с.
16.Линевег Ф. Измерение температур в технике. Справочник. =
М.:Металлургия,1980..
17.Альтшуллеp Г.С. Hайти идею / Г.С. Альтшуллер. –– Петрозаводск: Скандинавия, 2003.
18.Альтшуллер Г.С. Поиск новых идей: От озарения к технологии теория и практика решения изобретательских задач) / Г.С. Альтшуллер, Б.Л. Злотин, А.В. Зусман. – Кишинев: Каpтя Молдовеняскэ, 1989.
19.Тринг, М. Как изобретать?: пер. с англ. под ред. и с предисл. В.В. Патрикеева / М. Тринг, Э. Лейтуэйт: – М.: Мир, 1980. – 272 с.
20.Дж.К.Джонс Методы проектирования. Пер.с анел.=М.; Мир.
1986=326с.,ил.
21.Хилл П. Наука и исскуство проектирования. Методы проектирования, научное обоснование решений., =М.; Мир. 1973
22.Суздальцев А.И. Основы инженерного творчества и патентоведения.: учебное пособие для вузов: в 2 частях, Часть 1. Основы инженерного творчества./- Орел: Орел ГТУ, 2009.=311с.