Kesler_Osnovy_metodologii_proektirovania_2016

ристики входящих и выходящих из устройства потоков вещества, энергии и информации. Общая задача конструирования – обеспечить выполнение каждым из устройств необходимых (заданных) показателей.

Впроцессе конструирования устройств применяются различные виды их описания (представления). Так, описание технических функций основных элементов устройства и их взаимосвязей выполняется как функциональная схема, например, в форме графа. Отдельно могут быть представлены:

– физические эффекты и явления, с помощью которых реализуются функции устройства или его частей;

– технические решения, которые определяют основные конструктивные признаки (особенности) устройства и его элементов.

Такие упрощенные структурные представления устройств помогают абстрагироваться от малозначащих факторов (деталей) и упрощают поиск и синтез новых решений. Если новое решение обеспечивает существенное улучшение эффективности устройства (улучшение потребительских качеств), то оно может составить предмет изобретения и патентуется.

Впроцессе конструирования (ступень – конвергенция) широко учитывается и применяется нормативно-правовая документация, используется справочная литература и информация по устройст- вам-прототипам (изделиям-прототипам).

3.1.4. Ступени проектирования и стандартизованные стадии разработки изделия.

На рис. 8 показано соответствие стадий проектирования по

ГОСТ 2.103 16трем представленым выше ступеням современной методологии проектирования объектов.

Первой стадией является техническое предложение, требования к которому установлены ГОСТ 2.118 17 . Техническое предложение разрабатывают «с целью выявления дополнительных или уточнения требований к изделию (технических характеристик, показателей качества и др.), которые не могли быть указаны в техническом задании (заказчика) и это целесообразно сделать на основе предварительной конструкторской проработки и анализа различных вариантов изделия». С целью разработки технического пред-

31

По ГОСТ 2.103 [16]

По Джонсу [1]

Рис. 8. Этапы проектирования

ложения на сложные (нетрадиционные) изделия выполняют про- ектно-исследовательские проработки, которые в литературе именуют: аванпроект или предэскизный проект 18 , а также – исследовательское проектирование 19 . Техническое предложение соответствует ступени дивергенция.

Итоговые материалы выполнения технического предложения, включая предложения к техническому заданию заказчика, являются основой для разработки эскизного проекта в соответствии с ГОСТ 2.119 20 . Эскизный проект разрабатывается с «целью установления принципиальных (конструктивных, схемных и др.) решений изделия, дающих общее представление о принципе работы и (или) устройстве изделия». Эскизный проект соответствует ступени трансформация.

По результатам эскизного проектирования готовится техническое задание на разработку технического проекта в соответствии с ГОСТ 2.120 21 , т.е. готовится задание для этапа конструирования изделия. Технический проект дает полное представление о конструкции изделия.

32

3.2. Базовые положения процесса проектирования технических объектов

3.2.1. Проектировщик должен «видеть» (воспринимать) технический объект как систему и строго следовать системному подходу при его разработке.

Теории технических систем посвящена, например, книга 22 , системный анализ и его приложения представлены в 23–26 .

Систему от хаотического множества отличают ряд свойств, в частности, следующие.

Система существует как обособленное целое, которое делится на компоненты. Функционирование системы задается ее структурой. Первичность целого – основной постулат теории систем.

Свойства системы нельзя получить из ее компонентов. Система может обладать свойством (свойствами), которым не обладают компоненты.

Внешняя среда и система взаимодействует и взаимосвязаны.

Каждый компонент системы может рассматриваться как система (подсистема данной системы).

Практика показывает, что выживают те биологические, технические, социально-экономические системы, у которых функционирование и развитие происходит при приоритете качества.

Основу системного подхода составляет системный анализ, который проводится на всех этапах проектирования (см. рис. 2). В 10 системный подход определен как «алгоритм, предусматривающий всестороннее исследование объекта с использованием компонентного, структурного, функционального, параметрического и генетического видов анализа».

Компон е нтный анализ проводится с использованием компонентной модели объекта, которая позволяет «увидеть» составные части объекта (подсистемы) и «место» объекта в надсистеме (системе более высокого ранга).

Структурный анализ – определение отношений (связей) между частями объекта; для его выполнения строят структурную модель объекта.

33

Функциональный анализ выполняется с использованием функциональной модели объекта (Ф.М.О.), которая преимущественно выполняется в графической форме (в виде схемы). Для сложных объектов Ф.М.О. изображается с выделением иерархических уровней: на первом уровне располагаются главная и второстепенные общеобъектные функции, на втором – основные внутриобъектные функции, на третьем – вспомогательные внутриобъектные функции. При проведении функционального анализа используются, в частности, вопросы: «как осуществляется данная функция?»; «почему (зачем) осуществляется данная функция?»; «когда осуществляется данная функция?» 27 . Считается, что функции объекта сформулированы правильно, если они не включают в себя указаний на конкретный вариант их выполнения.

Целью параметрического анализа являются выявление факторов, препятствующих дальнейшему развитию объекта в целом; затем ставится задача по устранению этих факторов путем поиска новых решений. Например, функция «передавать теплоту»

может быть улучшена при замене проводника – металла, например, стали на медь или серебро. Однако при этом резко увеличиваются затраты на создание объекта; это свидетельствует о наличии технического противоречия и необходимости поиска нового принципа теплопередачи. В 10отмечается, что решением в этом случае стало применение «тепловой трубы (другого принципа действия), способной передавать тепловой поток на 3–4 порядка больше, чем самые лучшие теплопроводящие материалы».

В процессе генетического анализа изучается история развития (генезис) объекта с точки зрения следующих факторов: его конструкции, используемых материалов, технологии изготовления, ремонта, сбыта, транспортировки, хранения, утилизации и др. Затем делаются выводы о положительных и отрицательных последствиях влияния на объект (изменения) этих факторов; формулируются задачи и предложения по совершенствованию объекта.

3.2.2. Квалиметрия* является составной частью квалитологии – науки о качестве. Квалиметрия, как научная дисциплина, изучает возможности комплексной количественной оценки качества объек-

* От латинского «quails» – какой по качеству и греческого «metreo» – измеряю.

34

тов любой природы, в том числе, технических объектов; в последнем случае ее называют – техническая квалиметрия.

При разработке изделий и компонентов, которые в большинстве своем являются продукцией промышленности, проектировщик (конструктор) основное внимание должен уделять качеству объекта. Качество обеспечивается в основном проектировщиком и инже- нером-технологом.

Цели, задачи, методы, критерии и другие базовые составляющие квалиметрии изучаются в дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация». Квалиметрия по многим вопросам связана с экономикой, организацией производства, правом, психологией, а ее аппарат включает ряд математических теорий. Конечной целью квалиметрии (как науки) является разработка (совершенствование) методик, с помощью которых можно было бы выразить качество конкретного технического объекта одним числом, характеризующим степень удовлетворения данным объектом общественной или личной потребности (с учетом расходов на данный объект). Квалиметрия, как наука, переживает период становления.

Все группы показателей, которые можно использовать для установления и оценки уровня качества различных видов продукции народного хозяйства, по данным 28 , приведены ниже в таблице.

35

Окончание таблицы

П р и ме ч а н и е . Знак «+» означает применимость, знак «–» неприменимость, знак «(+)» – ограниченную применимость соответствующих групп показателей качества продукции.

Одним из важнейших качеств, в том числе для судов, является «назначение». Обеспечить высокий уровень показателей этого качества в современных условиях невозможно без учета при проектировании судна его морального старения.

Различают два вида морального старения 29 .

Уменьшение со временем затрат для судовладельца на приобретение такого же по своим функциональным возможностям судна. Это может быть следствием прогрессивного развития техники.

Снижение для судовладельца полезности (ценности) эксплуатируемого судна вследствие его несоответствия (в той или иной мере) изменившимся условиям эксплуатации. Этот фактор также называют «функциональным износом». Причины функционального износа могут быть разными – это изменение требований к экологической безопасности судов, безопасности перевозки грузов, совершенствование систем навигации и т.п.

Следует также иметь в виду, что моральное старение судов является одной из причин ускоренного обновления тоннажа (парка судов) в промышленно-развитых странах и ужесточения условий страхования для судов, находящихся в эксплуатации свыше 10–12 лет 29 .

36

Правовым инструментом по обеспечению качества продукции являются стандарты, т.е. квалиметрия внедряется в производство методами стандартизации. В 1987 г. Международная организация по стандартизации приняла международные стандарты ИСО серии 9000 по системам качества; эти стандарты приняты в качестве национальных в Германии, Австрии, Франции, Великобритании, Швеции и других странах 30 . С учетом значимости стандартов ИСО для международных хозяйственных связей стандарты ИСО 9001, ИСО 9002 и ИСО 9003 приняты для прямого использования в отечественной практике в виде:

ГОСТ Р ИСО 9001–96 «Система качества. Модель обеспечения качества при проектировании и/или разработке, производстве, монтаже и обслуживании»;

ГОСТ Р ИСО 9002–96 «Система качества. Модель обеспечения качества при производстве, монтаже и обслуживании»;

ГОСТ Р ИСО 9003–96 «Система качества. Модель обеспечения качества при окончательном контроле и испытаниях».

Разработаны рекомендации по применению отмеченных отечественных гостов и определены ситуации, когда они применяются.

Современный проектировщик должен обладать всесторонней информацией в области квалиметрии.

3.2.3. Эргономика* – «научная дисциплина, изучающая функциональные возможности человека в трудовых процессах, выявляющая возможности и закономерности создания оптимальных условий для высокопроизводительного труда и обеспечения необходимых удобств, содействующих развитию способностей работника. Эргономика использует данные технических наук, инженерной психологии, физиологии, антропометрии, гигиены труда, а также социологии» 4 .

Основной объект эргономики – система: человек – машина – окружающая среда (подсистемы). Изучение взаимодействия этих подсистем в конкретных условиях, а также обоснование критериев оптимизации такого взаимодействия с позиций повышения производительности труда, наилучшего выполнения функций человекомпользователем машины, обеспечения для него удобства и комфортности – являются основными задачами эргономики.

* От греч. ergon – работа и nomos – закон

37

При этом учитываются: температура, влажность, освещенность, цвет и отражение света (блики) около рабочего места, например, оператора, факторы, определяющие образ действия его психосоматических органов и т.п. В качестве примера, на рис. 9 приведены данные по заболеваемости людей, работающих у чертежной доски 6 .

Средний (для всех видов заболеваний) показатель имеет наибольшее значение (46) в случае горизонтального положения стола и работе в позе «стоя». Наименьший показатель (22) соответствует случаю, когда человек работает стоя у наклонной доски.

3.2.4. Функционально-стоимостный анализ (ФСА) – «метод ком-

плексного исследования функций объектов, направленный на обеспечение общественно необходимых потребительских свойств объектов и минимальных затрат на их проявление на всех этапах их жизненного цикла» 31 .

В основу метода положена функция, а не конструкция. При таком подходе в процессе ФСА технического объекта решается общая задача: уменьшить расходы, связанные с техническим объектом, при обеспечении его необходимых потребительских свойств за счет выявления возможных излишних внутриобъектных функций и, кроме того, за счет минимизации затрат на создание и эксплуатацию конструктивных решений, с помощью которых реализуются необходимые функции. Постулат ФСА гласит: любой технический объект имеет резервы своего совершенствования.

Различают: внешняя (общеобъектная) функция, выполняемая объектом (его составляющими) в условиях взаимодействия с внешней средой; внутренняя (внутриобъектная) функция (каждая из них) отражает взаимосвязи внутри объекта. Именно внешние функции технических объектов удовлетворяют общественные потребности: транспортные средства перемещают грузы и пассажиров, холодильное оборудование создает необходимую температуру для сохранения продуктов или поддержания рабочих процессов и т.п.

ФСА проводится применительно к жизненному циклу объекта, т.е. – к периоду с начала проведения проектных работ до момента снятия объекта с эксплуатации и последующей его утилизации.

ФСА проводится комплексно, т.е. с учетом широкого перечня факторов, влияющих на качество и затраты: конструкции технического объекта, технологии его изготовления, ресурсов производства (трудовых, материальных, энергетических, финансовых); также учитываются все стадии жизненного цикла объекта.

38

Анализ проводит группа специалистов, знакомых с конструированием, технологией, экономикой, организацией производства, нормированием, снабжением, сбытом, эксплуатацией объекта.

Ключевую роль в группе играет проектировщик. Набор средств проектировщика, наряду с методами обоснования решений и выполнения расчетов, нередко содержит ряд фондов.

Фонд идей содержит информацию о новых конструкторских решениях, технологических процессах, материалах, оборудовании, а также вариантах выполнения функций.

Фонд описания физических (химических, биологических) эффектов и явлений содержит информацию о физических и других естественных закономерностях, которые могут быть использованы при поиске технических решений.

Фонд технических и физических противоречий и типовых приемов их устранения формируется с целью облегчения поиска новых вариантов осуществления (реализации в конструкции) требуемых функций. Техническое противоречие означает ситуацию, когда улучшение части или параметра объекта ведет к ухудшению какой-то его части или параметра. Физическое противоречие образуется, когда к некоторой части объекта предъявляются взаимопротивоположные требования. Для преодоления или ослабления таких противоречий можно использовать отдельные типовые приемы из методик по изобретательству. На ряде предприятий имеются альбомы с описанием и примерами применения таких приемов.

Фонд описания технических решений и требований к ним содержит два подмассива: «конструкции изделия» и «конструкции функциональных узлов изделия». В информационных картах, из которых формируется фонд, отражаются, в частности, характеристики применяемых для изготовления изделия технологических процессов, дается описание существа новизны решения, параметры точности изготовляемого изделия, степень унификации, техникоэкономические данные.

ФСА используется как для совершенствования существующих технических объектов, так и при разработке новых, более эффективных, чем соответствующие аналоги, объектов. Наиболее суще-

40