Современные средства и методы проектирования машиностроительных изд

наций конструктивных признаков мысленно представить и оценить новые комбинации ФТЭ значительно труднее».

Физический принцип действия дает описание технических объектов на физическом уровне и указывает, с помощью каких физических эффектов и явлений реализуются функции и подфункции в функциональной структуре. Принцип действия тоже представляет собой ориентированный граф, который строится на основе потоковой ФС, где для операции Коллера указывают реализующие их физические эффекты. Под ФПД будем понимать ориентированный граф, вершинами которого являются наименования физических объектов В, а ребрами – входные А и выходные С потоки вещества, энергии и сигналов.

Таким образом, во многих случаях ФПД легко построить с помощью потоковой функциональной структуры путем замены наименований элементов или физических операций на наименования объектов В.

Описание ФПД, как правило, включает в себя принципиальную схему ТО, где в упрощенно-идеализированной форме показаны основные конструктивные элементы, обеспечивающие реализацию ФПД, а также направления потоков и основные физические величины, характеризующие используемые физико-технические эффекты. Принципиальная схема облегчает последующую разработку технического решения.

Следует заметить, что преобразование начального воздействия А1 в конечный результат Сп, как правило, соответствует описанию функции технического объекта F по формуле

F = (N→R),

где знак «→» указывает на преобразование начального состояния N в конечный результат R. При этом ФПД представляет собой необходимое условие реализации этой функции. Достаточные условия заключаются в выполнении ряда ограничений, накладываемых на реализацию функции.

Выделим характерные типы структур ФПД. Структуры первого типа – элементарные, основываются на одном физическом эффекте, например ФПД пружинных весов (рис. 2.2, а) и пьезоэлектрического звукоснимателя (рис. 2.2, б).

31

Рис. 2.2. Элементарные структуры ФПД

Рис. 2.3. Линейная структура ФПД люминесцентной лампы с описанием компонентов ФЭ

Структуры второго типа – линейные, основываются на цепочке из нескольких совместимых ФЭ. На рис. 2.3 приведен пример линейной структуры ФПД люминесцентной лампы.

2.7. Физико-технические эффекты

При решении проектно-конструкторских задач часто и весьма эффективно используются различные физикотехнические эффекты. Методы использования ФТЭ рассмотрены в главах 7 и 9.

ФТЭ – это известные из фундаментальных и прикладных наук явления, законы, закономерности. Например, законы физического и химического взаимодействия, принципы и закономерности, разработанные в таких науках, как материаловедение, детали машин, сопротивление материалов, электротехника и др. Для наглядности некоторые из известных студентам фи- зико-технических эффектов приведены в табл. 2.1. Примеры взяты из работы [27]. Изменение носителей эффекта, сочетание различных эффектов в одном механизме открывают практически неограниченные возможности для проектирования.

32

А.И. Половинкин предполагает, «что проектант обычно знает до 200, а достаточно свободно использует не более 100 ФТЭ, хотя в научно-технической литературе их описано более 3000». Реальные опросы, проведенные в течение 20 лет автором данного пособия среди проектантов, работающих в разных сферах материального производства и имеющих разный профессиональный опыт, свидетельствует, что они помнят и тем более применяют существенно меньше ФТЭ, чем полагал А.И. Половинкин. С другой стороны надо иметь в виду, что число выявленных ФТЭ постоянно увеличивается.

Таким образом, в наше время у разработчиков технических систем существует очень большой и возрастающий дефицит информации, необходимой для решения задач с помощью поиска новых ФПД.

Как правило, в физико-технических эффектах есть определенная причинно-следственная связь между «входом» и «выходом». Физико-технический эффект должен иметь стандартное формализованное (с определенной структурой) описание, удобное для технических приложений и машинной обработки.

Крупные НИИ, КБ, международные корпорации, существующие многие десятилетия, как правило, имеют в своем распоряжении хорошо структурированные банки данных по ФТЭ по всем составляющим компонентам создаваемых изделий, что существенно сокращает для них время поиска рационального технического решения.

2.8. Техническое решение

Техническим решением (ТР) называют конструктивное описание функциональной структуры технического объекта, включающее в себя информацию о функциональных элементах (блоки, узлы, детали), способов соединения между элементами и последовательности их взаимодействия, особенностей конструктивного исполнения элементов по форме, материалу, соотношению важнейших параметров и т.п.

37

ТР представляет собой как бы безразмерное описание технического объекта, которое может иметь самые различные реализации по параметрам.

Описание технического решения в ГОСТе не приведено. Однако опыт практической работы с различными проектами свидетельствует, что описание должно содержать:

1)перечень основных элементов;

2)взаимное расположение элементов в пространстве;

3)способы и средства соединения и связи элементов между собой;

4)последовательность взаимодействия элементов во вре-

мени;

5)особенности конструктивного исполнения элементов (геометрическая форма, материалы и т.д.);

6)принципиально важные соотношения параметров для технического объекта.

Контрольные вопросы

1.Опишите в общем виде процесс проектирования.

2.Что такое нисходящее и восходящее проектирование? Для каких задач они используются?

3.Что такое предварительное проектирование? Какие действия оно включает? Какие документы выпускаются?

4.Что такое функциональная структура технического объекта? Назовите виды структур. Для каких целей используются указанные вами структуры?

5.Дайте определение физического принципа действия. Приведите примеры описания ФПД для технологического оборудования.

6.Дайте определение физико-технических эффектов. Приведите примеры ФТЭ для известного вам технологического оборудования.

7.Что такое техническое решение?

38

3. СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ. ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В области создания сложных технических систем темпы проектирования являются основным сдерживающим фактором на пути сокращения сроков разработок. Поэтому важнейшая задача специалистов в области проектирования – путем полного учета взаимосвязей в системе и влияния внешних факторов сократить число циклов уточнения системы и обеспечить в кратчайший срок создание системы с предельно высокими показателями качества. Успешное достижение этой цели возможно путем перехода на системное проектирование технических решений. Методологией такого проектирования являются системный анализ и теория принятия решений, позволяющие соединить системный подход с многоцелевой оптимизацией, т.е. осуществить синтез формальных и неформальных методов исследования.

Системотехническое проектирование представляет собой комплексный вид деятельности, включающий в себя большое число исполнителей и функций. Ее целью является организация и синхронизация всех работ и специалистов, привлеченных к этой разработке. Системотехническая группа может быть организована:

как штабная группа при руководителе проекта (обеспечивает планы и ведение программы);

как линейная группа во главе с начальником проекта, который является ее непосредственным руководителем (функционирует по всем частям проектной организации);

как расчлененная группа, состоящая из руководителей групп оборудования, которые встречаются для выполнения задач проектирования системы в целом;

как отдельная линейная организация на равных правах

сгруппами оборудования, быстро переключающаяся с одного оборудования на другое;

как отдельное проектное бюро.

39

Таким образом, сегодня проектирование уже не может опираться только на технические науки. Выход инженерной деятельности в сферу социально-технических и социальноэкономических разработок привел к обособлению проектирования в самостоятельную область и трансформации его в системное проектирование, направленное на проектирование человеческой (например, управленческой) деятельности, а не только на разработку технических компонентов. Это приводит к тому, что инженерная деятельность и проектирование меняются местами. Если традиционное инженерное проектирование входит составной частью в инженерную деятельность, то системное проектирование может исключать (например, при создании новых машинных компонентов) или не включать в себя инженерную деятельность. Сфера приложения системного проектирования расширяется, оно включает в себя все сферы социальной практики (обслуживание, обучение, управление и т.д.), а не только промышленное производство. Формируется социотехническое проектирование, задачей которого является целенаправленное изменение социально-организационных структур.

Как было отмечено выше, проектирование, если оно нацелено на получение эффективных результатов, должно базироваться на системном подходе. Но можно говорить о системности подхода, если существуют и выполняются его принципы. В настоящее время еще нельзя утверждать, что известны их полные состав и содержание применительно к проектной деятельности, однако можно сформулировать наиболее важные из них: практическая полезность, единство составных частей, изменяемость во времени. Рассмотрим их более детально.

Практическая полезность. Непрерывный рост потребностей людей вынуждает решать новые и более сложные задачи. С другой стороны, ведение разработок заметно упирается в ограниченность ресурсов, ощутимее становятся убытки в случае получения неудовлетворительных результатов. Поэтому

40