Математическое моделирование и проектирование систем автоматики

ном исполнении некоторых его элементов (деталей или узлов) не позволяют нормально работать указанному изделию.

Противоречие между формой и содержанием техниче-

ского объекта проявляется в том, что сохранение старой формы изделия в его новом варианте часто вступает в конфликт с новыми качествами этого изделия. Например, сохранение формы крыла поршневого самолета на его реактивном варианте вызывало вибрацию этих крыльев на больших скоростях полета, в результате чего самолет разрушался. Устранение этого противоречия вызвало необходимость изменить форму крыла.

Противоречие между техническим объектом и челове-

ком-оператором проявляется в том, что этот оператор в силу недостатка квалификации не способен правильно эксплуатировать изделие. К примеру, для успешной эксплуатации таких технических средств, как автомобиль, самолет и даже велосипед, человеку необходимо приобрести некоторые навыки их вождения, для чего ему нужно пройти курс соответствующего обучения.

Противоречие между техническим объектом и средой его функционирования проявляется в несоответствии параметров технического объекта и параметров окружающей среды. В качестве примера можно привести размораживание гидросистемы охлаждения двигателя автомобиля в случае отсутствия антифризной охлаждающей жидкости или перегрев этого двигателя при малой скорости движения автомобиля и при отсутствии независимого обдува двигателя.

Противоречие между изделием как объектом производства и человеком-производителем этого изделия проявляется в недостаточной квалификации этого производителя для качественного изготовления изделия. Например, не каждый человек способен быть портным или сапожником, но при соответствующем обучении может выполнять отдельные операции при промышленном изготовлении обуви или одежды.

Противоречие между изделием как объектом производства и производственной средой заключается в том, что в некото-

21

рых случаях для выпуска качественной продукции необходимы соответствующие оборудование или компоненты внешней среды. Например, выпуск качественных интегральных микросхем требует не только соответствующего оборудования, работающего автоматически с микронной точностью, но и соответствующих параметров очистки внешней атмосферы, так как из нее могут попасть в структуру кристалла ненужные примеси. В результате этого появляется бракованная продукция.

1.8. Технические решения при создании технических объектов

Технические противоречия могут быть успешно устранены через технические решения, являющиеся результатом творческого процесса конструкторского коллектива или отдельных творческих личностей.

Техническим решением называют комплекс мероприятий, направленных на устранение технических противоречий в техническом объекте (изделии).

Технические решения делятся на пять групп.

1.По виду разрешаемого противоречия:

–функционально-технические;

–социально-технические;

–технико-экономические.

2.По способу разрешения противоречий:

–формально-логические;

–эвристические.

3.По универсальности технических решений:

–общие;

–специальные.

4.По новизне технических решений:

–оригинальные;

–заимствованные.

5.По выполняемости:

22

–осуществимые;

–неосуществимые.

Технические решения относятся к функционально-тех- ническому типу, если они обеспечивают устранение противоречий между техническим объектом как целым и его частями (составными элементами). Преждевременная поломка любой детали или узла в изделии требует именно таких технических решений.

Технические решения относятся к социально-техничес- кому типу, если они обеспечивают устранение противоречий между изделием и человеком, использующим его по назначению в своих целях, или между изделием и окружающей средой, на которую изделие оказывает негативное влияние. Например, создание гидроусилителей управляющих устройств в транспортных средствах или создание фильтров на дымовых трубах теплоэнергетических установок или фильтров очистки питьевой воды.

Технические решения относятся к технико-экономичес- кому типу, если они обеспечивают устранение противоречий между техническими и экономическими параметрами изделия или повышают уровень комфортности быта человека. Например, замена дефицитного сырья (искусственный каучук вместо дорогого латекса) при производстве резины или создание сотовой (мобильной) телефонной связи и т.д.

Технические решения относятся к формально-логическому типу, если созданию изделия способствовало естественное развитиенаукиитехники. Таких технических решений большинство.

Технические решения относятся к эвристическому типу, если создание изделия произошло в результате внезапного озарения автора. Таким образом на свет появились фотография, рентгеновские аппараты или железобетон.

Технические решения относятся к общему типу, если они обеспечивают устранение противоречий в изделиях, основанных на различных технических принципах работы. Например, шарикоподшипники как устройства входят в состав многих изделий.

23

Технические решения относятся к специальному типу, если они обеспечивают устранение противоречий только по отдельно взятому типу изделий. Например, шприцы, бинты, капельницы и искусственные человеческие органы (протезы) используются только в медицине.

Технические решения относятся к оригинальному типу, если они предложены впервые и в них не присутствует ранее полученных технических решений. Таким техническим решением можно считать самолет братьев Райт или баллистическую ракету С.П. Королева.

Технические решения относятся к заимствованному типу, если в них присутствуют технические решения, примененные в других изделиях. Например, дисковые тормоза ставятся теперь на всех транспортных средствах, включая и велосипеды.

Технические решения считаются осуществимыми, если для их реализации есть все необходимые предпосылки.

Технические решения считаются неосуществимыми, если для их реализации чего-нибудь не хватает. Например, управляемый термоядерный реактор в настоящее время невозможно создать только потому, что в человеческой практике пока нет материалов, способных длительное время выдерживать температуру в миллионы градусов.

1.9. Техническое творчество и его стадии

Создание технических объектов или технических решений всегда связано с творческим процессом их создателей. Техническое творчество – это необходимый процесс при создании любого технического объекта. Оно включает в себя ряд последовательных стадий, среди них:

1.Подготовка условий для замысла технического решения.

2.Замысел технического решения.

3.Поиск технического воплощения замысла.

4.Реализация технического решения.

24

На стадии подготовки условий для замысла технического решения формируются предпосылки и условия для последующего появления замысла будущего технического решения. Например, предпосылкой для создания воздухоплавательного аппарата (шара) послужили наблюдения братьев Монгольфье за поведением нагретого газа (дыма) в холодном воздухе. Это явление наблюдали и до них многие поколения людей, но только к ним пришла мысль об использовании этого явления для осуществления мечты многих поколений о воздушных полетах на шаре.

Только на этой стадии происходит накопление необходимых наблюдений, знаний и фактов для дальнейшего появления замысла.

На стадии замысла технического решения на основе на-

копленных наблюдений и практических знаний формируется научно-техническая проблема и создается мысленная модель будущего технического объекта. На этой же стадии формируются основные требования к будущему техническому объекту и производится предварительная оценка его положительных и отрицательных качеств. Надо сказать, что отсутствие реальных знаний о будущем техническом объекте чревато провалом замысла, а иногда этот провал связан с потерей человеческой жизни. Примером тому являются многочисленные трагические попытки любителей полета покорить воздушный океан на самодельных крыльях, сделанных при отсутствии знаний по аэродинамике и прочности материалов.

На стадии поиска технического воплощения замысла технического решения формируются принципы реализации замысла предстоящего технического решения, производится анализ возможных вариантов и способов воплощения этого замысла в реальный технический объект.

На стадии реализации технического решения происходят окончательное техническое оформление замысла и изготовление опытного образца или модели будущего технического объ-

25

екта, которые служат реальным объектом для проверки задуманной идеи. Испытания опытного образца или модели позволяют получить и оценить параметры нового изделия, выявить дополнительные области ого применения. Только после опытной проверки основной идеи замысла технического объекта формируются технические требования к изделию, созданному на его основе.

Основной задачей творческого процесса является создание работоспособных образцов технических объектов, которые по своим характеристикам были бы на уровне мировых образцов. Немалую роль в этом процессе играет изобретательская деятельность.

1.10. Основы изобретательской деятельности

Изобретательская деятельность человека является разновидностью его творческого процесса. Изобретательская деятельность способствует не только совершенствованию технических объектов, но и созданию на ее основе новых образцов изделий в результате внедрения в практику передовых научных достижений. Эффективность изобретательской деятельности человека во многом зависит от ее организационных принципов и способности государства защитить ее результаты.

Мировой опыт организации изобретательской деятельности обеспечивает защиту авторских прав изобретателей. Этот опыт нашел отражение и в нашем законодательстве по авторскому праву.

Результатом изобретательской деятельности могут быть открытия, изобретения и рационализаторские предложения.

Открытием называют установление нового, объективно существующего закона науки или общества, связанного с новым уровнем в познании материального мира. Приоритетное право на открытие подтверждается дипломом, в котором излагается суть открытия. Такой диплом выдается каждому из участников с указанием соавторов этого открытия.

26

Изобретением называют новое, обладающее существенными отличительными признаками техническое решение задач в любой области человеческой деятельности, дающее положительный эффект. Изобретения бывают основными и дополнительными.

Основным является такое изобретение, которое юридически не связано с другим изобретением и может применяться самостоятельно.

Дополнительным является такое изобретение, которое представляет собой модернизацию уже существующего и заявленного ранее изобретения или его части. Технически дополнительное изобретение не может быть применено без заявленного ранее изобретения.

Объектом изобретения могут быть: вещество, устройство или способ.

Вещество как объект изобретения представляет собой новое материальное тело, полученное в результате механического смешения исходных компонентов или в результате их химической или физико-химической реакции.

Устройство как объект изобретения представляет собой новое сооружение или изделие, состоящее из элементов, находящихся в конструктивном и функциональном единстве.

Способ как объект изобретения представляет собой новый процесс выполнения взаимосвязанных действий с использованием материальных объектов.

Приоритетное право на изобретение подтверждается одним из двух юридических документов: авторским свидетельством или патентом.

Авторское свидетельство – это юридический документ,

подтверждающий абсолютное право автора (или авторов) изобретения на предмет этого изобретения, но всю работу по его внедрению берет на себя государство. По авторскому свидетельству государство выплачивает автору (или авторам) единовременное денежное вознаграждение. Авторское свидетельство

27

выдается каждому из участников изобретения с указанием его соавторов.

Патент – это юридический документ, подтверждающий не только абсолютное право автора (или авторов) изобретения на предмет этого изобретения, но и оставляющий за ним (за ними) право на внедрение этого изобретения. С патента автор (или авторы) платят государству подоходный налог даже в том случае, если изобретение не внедрено. Это стимулирует автора (или авторов) этого изобретения к внедрению его в практическую деятельность. Патент, как и авторское свидетельство, выдается каждому из участников изобретения с указанием соавторов.

Рационализаторское предложение – это оформленное техническое решение, являющееся новым и полезным для предприятия, которому оно подано. На рационализаторское предложение соответствующим органом предприятия выдается удостоверение на имя автора или авторов, которым одновременно выплачивается вознаграждение.

1.11. Стандартизация технических решений (изделий)

Разнообразие технических решений и вариантов их реализации в изделиях отражается на многообразии самих изделий одного и того же назначения. Это вносит определенные неудобства как при производстве этих изделий различными производителями, так и в комплектации на их основе других более совершенных изделий.

Для устранения этого недостатка первоначально на государственном уровне, а затем и в международном масштабе установлены особые правила, по которым оптимизируются тех-

нические решения. Такая совокупность организационно-тех- нических мероприятий, направленная на оптимизацию технических решений, называется стандартизацией.

Стандартизация предполагает установление:

1.Единых единиц измерения технических параметров.

2.Единых технических терминов и обозначений.

28