ТЕОРІЯ ТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ

 

 

І.В. Севост’янов

 

ТЕОРІЯ ТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ

 

 

Ч. І

 

 

 

Зміст

Позначення...........................................................................................................5

Вступ.....................................................................................................................6

1. Історія виникнення та розвитку дисципліни, мета, задачі та структура

курсу, зв’язок з іншими дисциплінами.............................................................7

2. Основні поняття.............................................................................................14

3. Система перетворень та її елементи............................................................20

4. Технічні процеси...........................................................................................23

4.1. Модель технічного процесу..................................................................23

4.2. Елементи технічного процесу...............................................................26

4.3. Параметри та ефективність технічного процесу.................................29

4.4. Представлення технічних процесів......................................................31

4.5. Типові задачі, пов’язані із технічними процесами.............................31

4.6. Класифікації технічних процесів..........................................................34

5. Технічні об’єкти............................................................................................35

5.1. Визначення технічних об’єктів.............................................................35

5.2. Загальна модель технічних об’єктів.....................................................37

5.3. Моделі конкретних технічних об’єктів................................................39

5.3.1. Функціональні структури технічних об’єктів..........................39

5.3.2. Принципові схеми технічних об’єктів......................................44

5.3.3. Конструктивні схеми технічних об’єктів..................................47

5.3.4. Порівняння моделей технічних об’єктів та їх перетворення..49

5.4. Межа технічних об’єктів.......................................................................51

5.5. Зовнішні системи та елементи, навколишнє середовище технічних

об’єктів...........................................................................................................51

6. Класифікації технічних об’єктів..................................................................52

6.1. Класифікація технічних об’єктів за виконуваною функцією............53

6.2. Класифікація технічних об’єктів за принципом дії............................54

6.3. Класифікація технічних об’єктів за рівнем складності......................54

6.4. Класифікація технічних об’єктів за способом виготовлення............55

6.5. Класифікація технічних об’єктів за ступенем конструктивної

складності.......................................................................................................55

6.6. Класифікація технічних об’єктів за ступенем стандартизації та

походженням..................................................................................................56

6.7. Класифікація технічних об’єктів за ступенем оригінальності

конструкції.....................................................................................................57

6.8. Класифікація технічних об’єктів за типом виробництва...................58

6.9. Класифікація технічних об’єктів за типом перетворення..................59

7. Параметри технічних об’єктів......................................................................60

7.1. Класифікації параметрів технічних об’єктів.......................................61

7.1.1. Класифікація параметрів технічних об’єктів за способом їх

визначення.............................................................................................61

7.1.2. Класифікація параметрів технічних об’єктів за їх місцем у

причинних зв’язках...............................................................................61

7.1.3. Класифікація параметрів технічних об’єктів за можливістю

їх кількісного визначення.....................................................................62

7.1.4. Класифікація параметрів технічних об’єктів за ступенем

важливості..............................................................................................62

7.1.5. Класифікація параметрів технічних об’єктів за їх фізичною

природою................................................................................................62

7.1.6. Класифікація параметрів технічних об’єктів, пов’язана із їх

створенням та використанням.............................................................63

7.2. Зв’язки між параметрами технічних об’єктів......................................84

7.3. Визначення параметрів технічних об’єктів та їх взаємозв’язків.......84

7.4. Складання переліку параметрів заданих технічних об’єктів.............87

7.5. Реалізація параметрів технічних об’єктів............................................89

8. Оцінювання технічних систем.....................................................................92

9. Представлення технічних систем................................................................96

10. Етапи створення та використання технічних систем...............................97

10.1. Стадії створення та використання технічних систем серійного

виробництва.................................................................................................98

10.2. Стадії створення та використання технічних систем одиничного

виробництва...............................................................................................105

10.3. Стадії створення та використання технічних систем четвертого

рівня складності.........................................................................................106

10.4. Часова послідовність стадій створення та використання технічних

систем.........................................................................................................107

10.5. Розподілення стадій і операцій між виконавцями........................108

11. Еволюція технічних систем…………………………………………......111

11.1. Закономірності еволюції технічних систем……………………...111

11.1.1. Підвищення технічного рівня систем в часі…...................111

11.1.2. Еволюція попиту на технічні системи................................114

11.1.3. Фактори еволюційного процесу..........................................114

11.1.4. Організація і обсяг науково-дослідних та дослідно-

конструкторських робіт....................................................................116

11.2. Тенденції технічного розвитку.......................................................117

11.3. Керування процесом технічного розвитку.....................................121

11.4. Мотивація досліджень та розробок................................................122

12. Спеціальні теорії технічних систем...................................................123

Література........................................................................................................124

Позначення

В – множина внутрішніх впливів системи; вз.вх, вз.вих - зовнішні вхідний та вихідний впливи системи; вз.п.вх, вз.п.вих – зовнішні побічні вхідний та вихідний впливи;

ФС –функціональна структура (функціональні структури).

Вступ

Навчальний посібник відповідає робочій програмі дисципліни “Теорія технічних систем”, що вивчається студентами спеціальностей 7.090202 – “Технологія машинобудування”, 7.090203 – “Металорізальні верстати та системи”, 7.090258 – “Автомобілі та автомобільне господарство”.

Вивчення дисципліни дає студентам загальне уявлення про галузь техніки, в якій вони будуть працювати, виявляє її взаємозв’язки з іншими галузями та навколишнім світом, що сприяє формуванню гармонійно розвиненого фахівця. В курсі теорії технічних систем з високим ступенем узагальнення викладаються всі основні аспекти системного підходу і дається інструмент для орієнтування в будь-якій спеціальній області техніки. Теорія дозволяє ув’язати між собою різні навчальні курси і пояснити мету їх вивчення. Такий підхід буде забезпечувати краще розуміння зв’язків між окремими елементами системи навчання і змісту багатьох підручників.

Теорія робить для студента зрозумілою всю систему навчання і прояснює місце окремих дисциплін, наприклад, термодинаміки як спеціальної теорії процесів в теплових машинах (окремому типі технічних систем) або теорії опору матеріалів як загального вчення про міцність – один з параметрів систем. В курсі дається системний огляд спеціальної проблематики, завдяки чому легше виявляються пробіли, які необхідно ліквідувати при повторенні навчального матеріалу, а взаємозв’язки між дисциплінами висуваються на передній план. Більш того, включення даної дисципліни в загальний курс інженерного навчання дозволяє пояснити і довести до свідомості всіх, в тому числі і не спеціалістів, суть техніки як одного з основних елементів ноосфери, що створений і використовується людиною.

Завдяки застосуванню теорії стає більш глибоким розуміння історії інженерної діяльності, а також процесу розвитку технічних систем, оскільки на теоретичному та практичному рівні усвідомлюється залежність їх конструктивних параметрів від факторів навколишнього середовища.

Таким чином, дисципліна може служити: базою знань для розробки нових технічних систем, навчань про конструкції; вихідним пунктом для спеціальних теорій; основою для застосування комп’ютерної техніки (алгоритмів, систем банків даних і банків знань); керівництвом для системи навчання; з’єднувальною ланкою для фахівців різного профілю; базою для систематичних досліджень в сфері історії інженерної діяльності.

На закінчення можна сказати, що теорія технічних систем є відображенням сучасного розвитку техніки і являє собою один з проявів розуміння інженерами своєї ролі в сучасному суспільстві.

В перший частині навчального посібника містяться матеріали лекційного курсу: історія виникнення та розвитку дисципліни, її мета, задачі і структура, розглядаються зв’язки з іншими дисциплінами, система понять, система перетворень, технічні процеси та об’єкти, їх класифікації та параметри, основи оцінювання та представлення технічних систем, етапи їх створення та використання, еволюція систем і спеціальні теорії.

1. Історія виникнення та розвитку дисципліни, мета, задачі та

структура курсу, зв’язок з іншими дисциплінами

Виникнення і розвиток теорії технічних систем (ТТС) мають, в першу чергу, чисто наукові причини, але, разом із тим, обумовлені потребами практики. Розглянемо дані передумови більш детально.

Наукові основи

Однією з найцінніших якостей людини є здатність у процесі пізнання виділяти головне й істотне, залишаючи при цьому без уваги несуттєві чи випадкові ознаки. Це необхідно для правильного і глибокого розуміння об’єкта пізнання. Метод абстрагування допомагав людству одержувати й упорядковувати знання в будь-якій галузі своєї діяльності і тим самим сприяв виникненню і розвитку окремих наук, в тому числі і ТТС, яка поєднала у собі всі основні загальні положення, що стосуються технічних систем різного призначення.

Проте, і дотепер для рішення тієї чи іншої проблеми не завжди є відповідна теорія. В історії техніки знайдеться чимало прикладів того, як практика випереджала теорію, а розвиток теорії згодом дозволяв поліпшувати досягнуті практичні результати.

Повчально простежити, як у процесі розвитку цивілізації мінялися уявлення людей про машини. У середні віки було прийнято розглядати машину як деякий суцільний пристрій, що складається з тільки йому приналежних та властивих частин. Так, коли наводився опис млина необхідно було одразу вказати тип досліджуваного зразка (чи водяний то млин, чи вітряк). Для позначення деяких машин не було спеціальних термінів. Наприклад, у Рамеллі в праці, опублікованій в 1588 р. описується пристрій, відомий у теперішній час як поршневий насос, однак сам термін “насос” у праці ще відсутній.

На більш передових позиціях в той час стояв видатний учений та винахідних Леонардо да Вінчі (1452 - 1519 рр.). Нажаль його наукові роботи залишились неопублікованими і впливу на розвиток учення про машини і механізми не зробили. Да Вінчі розглядав елементи і частини машин як загальні для ряду однотипових зразків і займався їх дослідженням. У працях “Мадридський кодекс”, ч. I і II він сформулював два цікавих постулати про машини:

- книгу про суть машин необхідно писати, як книгу про їх застосування;

- механізми суть рай для математичних наук, вони здійснюють на математику плідний вплив.

Тільки з появою перших технічних шкіл (у Парижі в 1794 р. і в Празі в 1806 р.) починається процес упорядкування теорії механізмів в рамках загального учення про машини (Монж, Карно, Ашетт, Ланс). Вводяться 10, а пізніше - 21 клас механізмів, призначених для перетворення руху. У Борні в 1818 р. мова йде вже про необхідність розрізняти 6 класів основних частин машини, що групуються не за принципом перетворення руху, а за їх функціями. Дану ідею запозичають і розробляють Коріоліс і Понселе. Вони розрізняють у машинах три основні частини: рецептор, передавальний механізм і інструмент. У подальшому їх концепція була розвинена засновниками навчання про механізми, в тому числі і А.М. Ампером.

Лише у XIX сторіччі після створення великого числа різних машин було проведено систематичне дослідження їх елементів та механізмів, що дозволило, ґрунтуючись на реальних надійних конструкціях, вести пошук закономірностей, які лежать в основі машин. На той час поряд з машинами, що застосовувалися у військовій та гірничій справах, а також гідроенергетичних машин, існували прядильні, ткацькі та металооброблювальні верстати, друкарські та підйомні машини. Розроблялися нові типи двигунів: парова машина, парова та газова турбіни, гідравлічні та електричний двигуни, двигун внутрішнього згоряння. Важливою проблемою, пов’язаною з механікою і, насамперед, з теорією міцності, стало визначення оптимальних розмірів механізмів та їх елементів. Ф. Рело (1829 - 1905рр.) бачив основу для виявлення загальних принципів роботи машин у прикладній механіці і, зокрема, у кінематиці.

Саме Рело в 1874 р. у своїй роботі „Теоретична кінематика”, опираючись на дослідження Редтенбахера (1809 - 1869 рр.), зробив першу спробу створення загальної теорії механізмів і машин. Далі вона розвивається в роботах Р. Вілліса і П.Л. Чебишева, а у ХХ в. – остаточно сформована в роботах І.І. Артоболевського [1]. У наш час теорія механізмів і машин містить три основні частини: синтез механізмів, динаміка машин, теорія автоматів.

З практичних міркувань усі питання, пов’язані з проектуванням, виробництвом і експлуатацією машин різного призначення розв’язувалися окремо в рамках кожної галузі. Внаслідок цього виникли відокремлені одна від одної сфери знань і професій, в яких професійне навчання повинне було доповнюватися багаторічним досвідом. Причина цього полягала у відсутності загальної теорії, а також відповідної системи збирання інформації і класифікації нових технічних пристроїв і технологій.

Таке положення було можливим і прийнятним тільки на етапі промислової революції (кінець ХVІІІ – початок ХІХ вв.), коли здійснювався перехід від ручних форм виробництва до машинних. Зростаюче промислове виробництво, різні кризові ситуації (особливо друга світова війна), сировинні й екологічні проблеми, що виникли в ході науково-технічної революції (ХХ в.), - усе це вимагало нового підходу і загальної теорії систематизації машин. Створення нових технічних систем (ТС), поряд з підвищенням вимог до них, розробка нових способів розв’язання задач (наприклад, за допомогою комп’ютерної техніки), обумовлюють необхідність перегляду методів вивчення ТС.

Доводиться тільки дивуватися відсутності протягом такого довгого часу загальної теорії для технічних об’єктів (ТО) - інструментів, приладів, машин та технічних процесів (ТП) – операцій, підпроцесів та процесів створення та експлуатації ТО, тоді як в інших сферах знання об’єкти дослідження (наприклад, мінерали, тварини, рослини) вже давно вивчаються й упорядковуються в строгих рамках єдиної системи.

Загальна теоретична основа ТС почала формуватись після другої світової війни, спочатку у вигляді окремих положень в рамках декількох тематично пов’язаних між собою досліджень Вегербауера і Кессельрінга, а пізніше в більш інтегрованій формі в роботах Госслінга [2], Рота [3], Хубки [4], Хансена [5], Pополя [6], Йошикави [7].

З цього часу ТТС отримала визнання як основа і джерело інформації для декількох суміжних сфер знання. Зокрема, на неї опирається теорія конструювання.

Практичні основи

Історія розвитку людства це разом зі всім іншим ще і історія створення і удосконалення виробів і технологій. Біля мільйону років тому людина почала виготовляти кам’яні знаряддя праці, 100 тис. років тому з’явилась технологія видобування і використання вогню, 10 тис. років назад – лук і стріли з кремнієвими наконечниками. Пізніше були створені візок на колесах, технологія виплавлення бронзи, водяне колесо, токарний верстат, парова машина, пластмаси, телебачення, обчислювальні машини, космічні апарати, штучне серце, лазерні і біотехнології, а також багато інших ТО і ТП, що є результатом інженерної творчості (ІТ) людства. У наш час у розвинених країнах номенклатура виробів, що випускаються перевищує 20 млн. найменувань.

Якщо говорити в цілому про історію ІТ, то перш за все викликають дивування темпи збільшення числа класів ТО та підвищення їх складності, які ілюструються табл. 1.1, де під класом розуміються ТО, що мають аналогічні або дуже близькі функції (наприклад, клас молотків, напилків, металорізальних верстатів, легкових автомобілів).

 

Таблиця 1.1

Зростання числа і складності ТО

Час	Наближене число класів ТО	Середнє число різних деталей в найбільш складних ТО
100000 р. тому
10000 р. тому
1000 р. тому
Наш час

Разом з тим, у останні десятиріччя збільшується число фізико-технічних ефектів, що використовуються у ТС, розширюється номенклатура матеріалів і комплектуючих, зростають обсяги патентної та науково-технічної інформації, скорочується час, що виділяється на створення нових ТС.

Відмічені тенденції привели до того, що починаючи з 50-х рр. ХХ в. середня сумарна трудомісткість робіт ІТ збільшується через кожні 10 років у десять разів (при умові збереження якості розробок). По суті даний процес являє собою вибухоподібне зростання обсягів робіт, що не припиняється. Необхідно також зауважити, що темпи нарощування кадрового потенціалу менш значні (табл. 1.2).

 

Таблиця 1.2

Відносне зростання обсягів робіт та кадрового потенціалу ІТ

Параметри порівняння	Роки
Зростання обсягів робіт з ІТ
Зростання кадрового потенціалу

До цього треба додати, що серед всіх інженерів, техніків і робітників, які не вчились методам ІТ спроможні створювати нову ефективну техніку складають лише 20%, тобто абсолютне зростання кадрового потенціалу відповідно із наведеними даними слід помножити на коефіцієнт 0,1 – 0,2.

Невідповідність між збільшенням обсягів робіт та підвищенням кадрового потенціалу фахівців приводить до можливості зниження якості розроблюваних ТС. Останнім часом при створенні нових ТО і ТП широко застосовується комп’ютерна техніка, що дозволяє суттєво прискорити розв’язання задач ІТ, проаналізувати значно більшу кількість прототипів і більш обґрунтовано обрати найкращий варіант. Однак і це цілком не знімає гостроту проблем.

Задачі ІТ виявляються ще більш трудомісткими, якщо врахувати їх специфіку у порівнянні із так званими чітко визначеними інженерними задачами (обчислення об’єму тіла складної конфігурації, розрахунок вала на міцність, визначення параметрів редуктора, вибір технологічного обладнання і т.д.). У табл. 1.3. проведено порівняння вказаних задач за рядом показників.

 

Таблиця 1.3

Відмінності чітко визначених і творчих інженерних задач

Показники порівняння задач	Інженерні задачі
чітко визначені	творчі
Постановка задачі	Є	Як правило відсутня
Метод (спосіб) розв’язання	Як правило вказаний	Не вказаний
Навчальний приклад	Є	Відсутній
Результат розв’язання	Однозначний і відомий викладачу	Багатозначний і невідомий викладачу

Все вищевикладене дозволяє сформулювати мету і задачі ТТС.

Мета курсу

Метою дисципліни є приведення всіх наявних знань з об’єкта теорії - ТС в єдиний комплекс понять, визначень та положень, ґрунтуючись на їх структурі, параметрах, закономірностях створення і використання, а ні на окремих емпіричних даних.

Задачі курсу

До основних задач ТТС можна віднести:

1. Створення доцільної системи понять, яка дозволить зрозуміти їх значення без додаткових пояснень і виводити з них інші поняття.

2. Навчання навичкам постановки і розв’язання на сучасному науково-технічному рівні задач розробки нових, більш ефективних машин, приладів, технологічного обладнання і технологій, задач реконструкції і модернізації існуючих ТС, задач з економії трудових ресурсів, сировини, матеріалів і енергії.

3. Підготовка до оволодіння інтенсивною технологією ІТ, яка основана на використанні відповідних методів, спеціально підготовленої інформації та комп’ютерної техніки.

Структура теорії

Структура дисципліни включає основні положення щодо:

- системи понять;

- системи перетворень (СП);

- ТП як елемента СП;

- ТО як елемента СП;

- призначення ТС;

- структури ТС;

- параметрів ТС;

- оцінювання ТС;

- стадій створення і використання ТС;

- еволюції ТС;

- систематики (типів, класів, видівТС).

Види теорії

Залежно від сфери використання розрізняють:

- загальну ТТС, яка справедлива для всіх ТС;

- спеціальні теорії, що конкретизують загальну ТТС для окремих типів, класів і видів ТС.

Структура спеціальних теорій може також бути ієрархічною, наприклад: теорія верстатів → теорія металорізальних верстатів → теорія токарних верстатів → теорія токарно-гвинторізних верстатів. Особливе положення займають спеціальні теорії, які застосовуються в ряді галузей техніки, наприклад: теорія механізмів і машин, теорія деталей машин.

Класифікація методів інженерної творчості

В 1977 р. було проведено умовне розділення евристичних методів ІТ і комп’ютерних методів пошукового конструювання. Методи першої групи реалізуються на основі інтелекту та інтуїції людини, яка… Реалізація комп’ютерних методів основана на використанні комп’ютерної техніки, за допомогою якої виконується найбільш…

Вимоги, що пред’являються до методів інженерної творчості

2. В документації до евристичних методів повинна бути грамотно передбачена можливість їх реалізації на комп’ютері. 3. Для ефективного використання методу необхідно розробити комплект документів… - чітко описану методику постановлення та розв’язання задачі, яка має міжгалузевий або проблемно-орієнтований…

Зв’язок теорії технічних систем з іншими дисциплінами

Окрім фундаментальних (математика, фізика, хімія, біологія), ТТС пов’язана з рядом загально-інженерних та спеціальних дисциплін (опір матеріалів, теоретична механіка, матеріалознавство, теорія механізмів і машин, деталі машин і іншими).

Наприклад, при вивченні САПР можуть використовуватись деякі методи або прийоми ТТС і навпаки. В обох курсах широко застосовується загальне програмне забезпечення.

В курсі „Автоматизовані банки даних і банки знань” вивчаються методи підготовки та використання блоків з інформацією щодо ТС різного призначення, які можуть служити вихідними даними при розв’язанні задач ІТ.

Якщо спроектована ТС не має аналогів, то для її засвоєння на виробництві необхідно здійснити такі стадії: математичного моделювання (для визначення робочих параметрів ТС), створення дослідного зразка (для проведення експериментів і перевірки теорії), а також розробки методики проектного розрахунку (для обчислення оптимальних конструктивних параметрів). Вказані стадії проектування ТС розглядаються в курсі дисципліни „Основи науково-дослідної роботи студентів”. В ньому ж вивчається послідовність подання заявки на видачу патенту, дається поняття про світовий сучасний науково-технічний рівень, а також патентно-ліцензійну комерційну діяльність.

2. Основні поняття

Звичайно для формулювання власних думок люди користуються словами і словосполученнями, що обирають інтуїтивно, на рівні підсвідомості. Однак такий інтуїтивний підхід є непридатним для формування теорії та методик розв’язання задач наукової дисципліни (в тому числі і ТТС) у зв’язку із тим, що приводить до непорозумінь і втрат важливої інформації. Тому, для основних понять, а також для їх визначень рекомендується використовувати загальну наукову термінологію, що вже склалась протягом останніх трьох сторіч.

В основу теоретичних положень фундаментальних та загальноінженерних дисциплін покладені по-більшості спеціалізовані або вузькоспеціалізовані терміни (наприклад, “профіль повздовжнього перерізу”, “станина”, “карданний вал”), однак зустрічаються і слова взяті із мови загального використання, які отримали друге або третє, але вже наукове значення (наприклад, термін “бабка”).

Заради точності треба відмітити, що і в ряді фундаментальних дисциплін між вченими ще не досягнуто єдності з питання вибору термінів та формулювання означень. Це не дозволяє робити посилання на відповідні літературні джерела і змушує повторно розглядати деякі елементарні, але важливі поняття.

Ще одна термінологічна проблема пов’язана із відмінами значень одних і тих самих слів у різних мовах, або навпаки, із різним вимовлянням та написанням термінів, що застосовуються для одного поняття. Так, наприклад, німецький термін “Technik” (техніка) не збігається з англійським “technique” (методика, технічний прийом, обладнання), а німецьке слово “Konstrukteur” (конструктор, будівельник) є неадекватним відповідному англійському “designer” (конструктор, проектувальник).

У зв’язку із вищевикладеним, при формуванні понятійної основи ТТС були використані такі принципи:

- орієнтація в термінологічному плані, в першу чергу, на поняття фундаментальних дисциплін, які маються загальне визнання.

- максимально широке використання міжнародної термінології.

Крім того, для ряду понять будуть рекомендовані абревіатури та літерні символи, що, по-перше відповідає вимогам міжнародних стандартів і, по-друге, дозволяє скороти записи і витрати інженерної праці при розв’язанні задач.

Визначення понять буде здійснюватись в два етапи. Спочатку (в даному розділі) даються визначення найбільш важливих основних понять, що зустрічаються протягом усього курсу. Спеціальні поняття будуть розглядатись пізніше, в порядку обговорення відповідних тем. Для полегшення орієнтації основні поняття об’єднуються в групи за ключовим словом, наприклад групи “множина”, “система” і т.д. При цьому, кожна з груп вивчається у порядку черговості, який залежить від необхідності застосування того чи іншого ключового поняття у формулюваннях визначень групи. Наприклад, у визначенні ключового поняття “система” використовується інший ключовий термін “множина”. Отже, спочатку треба розглянути групу понять “множина”.

 

Множина

Множина – це сукупність реальних або уявних процесів або об’єктів – елементів (е) множини. За кількістю елементів розрізняють скінченні і нескінченні множини. Якщо е — елемент множини М, то записують: е ÎМ. Дві множини М і N еквівалентні, якщо кожному елементу множини М точно відповідає елемент множини N і навпаки. Якщо всі елементи множини N містяться в М, то N — підмножина М: N Ì М. Тоді сукупність всіх елементів М неналежних N називається доповненням множини N. Об’єднання МN— це множина, яка складається зі всіх елементів М і N. Перехрещення М N – множина, що містить елементи, які одночасно належать як М, так і N.

 

Система

Розрізняють системи типу “процес” (елементами є операції) і системи типу “об’єкт” (елементами є реальні об’єкти). Внутрішні впливи (в) між елементами системи являють собою зв’язки… Елемент і система є відносними поняттями. В залежності від того, відносно чого розглядається об’єкт або процес, він…

Призначення системи

  Ф = {ф1, ф2, ..., фn},  

Функціонування системи

Функціонування може бути визначено як множина послідовних в часі робочих станів системи (див. нижче) або як стабільна спроможність до реалізації заданих послідовних впливів на об’єкт при визначених умовах та обмеженнях. Метою створення системи є задана модель її функціонування.

 

Структура системи

Структура (Стр) системи є об’єднанням множини її елементів Е = {е₁, е₂, ..., е_n} і множини внутрішніх впливів між ними В = {в₁, в₂, ..., в_m}, тобто, Стр = {Е, В}. Структури деяких систем можна розділити на декілька структур різного типу нижчого рівня складності. Наприклад, структура металорізального верстата містить кінематичну, електричну, електронну, гідравлічну та пневматичну підструктури (підсистеми).

 

Зв’язок між функціонуванням та структурою системи

Модель функціонування системи цілком визначається її структурою. Якщо якісні та кількісні параметри, що характеризують елементи системи, її внутрішні та зовнішні впливи знаходяться в допустимих межах, – система функціонує однозначно. Навпаки, функціонування не визначає однозначно структуру. Одна і таж сама зовнішня функція може бути реалізована різними структурами (системами).

 

Зовнішні системи і елементи

Теоретично множина зовнішніх систем і елементів для даної конкретної системи включає всі процеси та об’єкти, які не входять в множину її елементів (доповнення множини елементів системи до загальної множини процесів та об’єктів всесвіту). Однак інтерес при вивченні тієї чи іншої системи представляють зовнішні системи та елементи, які безпосередньо впливають на її елементи (пов’язані з ними потоками матерії, енергії або інформації) або ті на які безпосередньо впливають елементи системи, що розглядається. Подібні елементи та їх сукупності називаються зовнішніми елементами і системами безпосереднього впливу (е_з.б) і (С_з.б).

 

Зовнішні впливи системи

Вихідними зовнішніми впливами (вз.вих) системи є потоки матерії, енергії або інформації в напрямку від її елементів до зовнішніх систем і елементів… Загальні зовнішні вхідний (Вз.вх) та вихідний (Вз.вих) впливи являють собою… За наявністю або відсутністю зовнішніх впливів, системи класифікують на відкриті (мають хоча б один вхідний або…

Навколишнє середовище (оточення) системи

  Параметри системи і їх чисельні значення Кожна система, її елементи, внутрішні та зовнішні впливи характеризуються якісними або кількісними параметрами (п1,…

Стан системи

Множину параметрів системи з їх чисельними значеннями у певний момент часу називають станом (Сн) системи. В залежності від того, які параметри обрані і в якій кількості, розрізняють стани: окремий (проміжний, вхідний або вихідний) – сукупність параметрів системи у момент завершення того чи іншого етапу її функціонування; узагальнений – залежності зміни основних параметрів системи протягом всього періоду її функціонування; сукупний – чисельні значення параметрів системи в процесі її функціонування через певні проміжки часу. Стан може залишатись незмінним або змінюватись за диференціальним (постійна зміна) або дискретним (з проміжками незмінного стану) законами. В свою чергу, диференціальна зміна може мати лінійний або нелінійний характер.

 

Модель системи

Модель, подана на рис. 2.1 наочно ілюструє наведені вище означення та їх взаємозв’язки.

 

Типи задач теорії технічних систем

Задача синтезу – задані зовнішня та внутрішні функції системи, необхідно розробити її структуру. Задача аналізу – відома структура системи, установити її функцію та функції… 3. Система перетворень та її елементи

Об’єкт впливу технічного процесу

  Таблиця 4.1 Приклад опису ТП токарного оброблення стальної заготовки Об’єкт впливу (О) SТпП та SОр Впливи…

Внутрішні та зовнішні впливи технічного процесу

Враховувати побічні потоки необхідно, у зв’язку із їх впливом (часто досить помітним і шкідливим) на системи і елементи, що безпосередньо пов’язані…  

Люди, технічні системи та навколишнє середовище як елементи технічного процесу

Розглянемо, наприклад, ПП гартування стальної заготовки. Згідно із першим варіантом ТПробітник щипцями захоплює заготовку і установлює її у піч;… В першому випадку всі операції ТП, за винятком нагрівання та охолодження… Даний приклад і багато йому подібних доводять, що більш ефективними є ТП, в яких людина здійснює впливи пов’язані в…

Підпроцеси та операції технічного процесу

Перетворення об’єкта впливу часто бувають дуже складними. Об’єкт проходить ряд послідовних проміжних станів, при цьому його параметри змінюються за заданим законом: диференціальним - лінійним чи нелінійним (наприклад, при нагріванні стальної заготовки), або дискретним (руйнування металоконструкції). Об’єкти переходять в проміжні стани в результаті впливів матеріального, енергетичного або інформаційного характеру. Наприклад, якщо під впливом в_з.вх1 матеріального характеру параметр п₁ об’єкта в двох послідовних проміжних станах мав значення п₁₁ і п₁₂, то у формалізованому вигляді це можна представити таким чином

 

П11 → п12 = f (вз.вх1(М)).

Тоді сукупна зміна стану об’єкта із заданого вхідного Сн_вх у заданий вихідний Сн_вих,які характеризуються рядом параметрів п₁, п₂, ...,п_m,що є результатом загального В_з.вх впливу, представленого множиною впливів в_з.вх1, в_з.вх2,..., в_з.вх.m записується як

 

Сн_вх = { п_1вх, п_2вх, ..., п_m.вх}→ Сн_вих = { п_1вх, п_2вх, ..., п_m.вх} =

F (Вз.вх) = f (вз.вх1, вз.вх2,..., вз.вх.m).

 

Зовнішні та внутрішні впливи на об’єкт здійснюються під час виконання SТпП та SОр в рамках загального ТП.

Операцією (Ор) ми називаємо елементарний неподільний технічний процес, нерозривну в часі частину процесу перетворень. Власне кажучи, елементарною частиною, наприклад, технічних процесів металообробки є переходи (підрізка торця, фрезерування площини). Однак термін „операція” є більш універсальним, який використовується для позначення даного поняття практично у всіх галузях техніки.

Упорядкована сукупність SОр утворює ТП.

Велике значення в техніці, зокрема, в машинобудуванні, мають так звані типові операції, підпроцеси і процеси, що є уніфікованими частинами процесів перетворень. Для них розроблені послідовність, методи, способи, прийоми роботи, спроектоване обладнання, пристосування, інструмент. Широке застосування типових процесів дозволяє скоротити витрати на підготовку та здійснення виробництва, підвищити його продуктивність та ефективність. Тому при розробленні, наприклад, ТП механічної обробки слід орієнтуватись в першу чергу на типовіSТпП та SОр.

Операції, в яких безпосередньо здійснюються саме ті перетворення, для реалізації яких призначений даний конкретний технічний процес, називаються робочими або основними.

Операції, реалізація яких забезпечує виконання робочих операцій або дозволяє поліпшити їх параметри (прискорити, підсилити або стабілізувати протікання) – називають допоміжними.

Допоміжні операції можна поділити на операції обслуговування і ремонту (щоденне змащення верстата, очищення від бруду деталей автомобільного двигуна, ремонт станини), підготовчі операції (установка та закріплення заготовки в патроні верстата, регулювання положення ріжучого інструмента), операції керування та регулювання (поворот ключа запалювання автомобіля, вмикання обертання шпинделя токарного верстата).

 

4.3. Параметри та ефективність технічного процесу

Загальним параметром ефективності технічного процесу є вихідний стан об’єкта впливу. ТП вважається успішно реалізованим, якщо після його завершення отримані задані вихідні параметри об’єкта.

Параметром, що дозволяє порівнювати даний ТП з іншими процесами, що здійснюються з аналогічною метою є економічна ефективність (Е_ек). Економічна ефективність визначається як відношення прибутку (Пр), отриманого в результаті виконання технічного процесудо загальних витрат (Втр) на його реалізацію

 

Еек = Пр/Втр

В Пр слід врахувати не тільки сумарну вартість об’єктів впливу у вихідному стані після виконання всіх перетворень ТП, але також кошти, отримані від реалізації відходів останнього.

У Втр входять витрати на основні та допоміжні матеріали і комплектуючі, енергію, інформацію, зарплатню робітників, керівного та допоміжного персоналу, обслуговування і ремонт обладнання, соціальні та амортизаційні відрахування і т.д.

Для детальнішого аналізу ТП визначаються значення ряду вихідних та проміжних параметрів: раціональність структури SТпП та SОр, досконалість обладнання, інструменту, пристосувань, прийомів роботи, кваліфікація і досвід робітників, якість інформації та керування. Проміжні параметри дозволяють більш точно і всебічно оцінити ефективність ТП, а у випадку його невиконання, установити причини.

Всі параметри ТП можна поділити на три групи: технічні, економічні та планові. В табл. 4.2 по групах наведені приклади параметрів елементів ТП, а в табл. 4.3. - приклад порівняння ТП передачі механічної, гідравлічної і електричної енергії за основними параметрами.

Таблиця 4.2

Параметри елементів ТП

Елементи ТП	Параметри
технічні	економічні	планові
О, впливи	Маса, об’єм, швидкість, міцність, електричний опір, тиск	Ціна, витрати	Обсяги та термін постачання, постачальник
SТпП, SОр	Раціональність структури, застосування типових ТпП і Ор	Витрати на реалізацію	Час початку, тривалість, кількість людей-робітників
Л (SЛ)	Спеціальні знання, досвід, особисті якості	Заробітна платня, відрахування у пенсійний фонд	Години роботи, кількість людей–робітників, їх кваліфікація
ТО (SТО)	Функціональні, конструктивні, технологічні, експлуатаційні	Ціна, експлуатаційні витрати	Обсяги та термін постачання, постачальник
НС	Температура, тиск, вологість, шум, вібрації, наявність у повітрі газів	Витрати на забезпечення необхідних умов оточення	Термін та обсяги постачання сировини, енергоносіїв, допоміжних матеріалів

 

Таблиця 4.3

Порівняння ТП передачі механічної, гідравлічної і електричної енергії

Передача енергії     Параметри порівняння	механічної	гідравлічної	електричної
Можливість передачі на значні відстані	І	ІІ	ІІІ
Ефективність керування та регулювання	І	ІІ	ІІ
Безпека	І	І	І
Втрати енергії	ІІ	І	І
Гнучкість	І	ІІ	ІІІ
Загальна вартість	І	І	ІІ

У табл. 4.3. І, ІІ, ІІІ – відносні ступені оцінювання параметрів ТП, відповідно, низький, середній, високий

4.4. Представлення технічних процесів

Відомо декілька способів представлення ТП, до яких відноситься також і загальна модель (див. рис. 4.1). Вибір того чи іншого способу залежить від призначення ТП, мети представлення, а також стадії розробки.

Блок-схема послідовності містить короткі і чіткі описи SТпП та SОр, наведені у послідовності їх виконання. Приклад блок-схеми послідовності ТП заміни підшипників на валу коробки швидкостей верстата поданий на рис. 4.3, а.

Структурна схема (рис. 4.3, б) є частиною загальної моделі ТП, яка визначає послідовність та склад SТпП та SОр,їхструктуру (послідовну або паралельну), впливи між SТпП та SОр, вхідний (Сн_вх) та вихідний (Сн_вих) стани об’єкта впливу, параметри стану.

Різновидом структурної схеми є ієрархічна схема (рис. 4.3, в), на якій вказані позначення та найменування складових SТпП та SОр, а також їх ієрархічна підпорядкованість. Дана форма представлення є зручною особливо на попередніх стадіях розроблення ТП, під час аналізу можливих варіантів.

В ряді задач ІТ вимагається провести аналіз залежностей основних робочих параметрів ТП, у зв’язку з чим необхідне його представлення графіками зміни параметрів в часі або по операціях. Для зручності аналізу та порівняння, залежності для різних параметрів можна подати в одній системі координат. Так, на рис. 4.3, г наведені графіки зміни діаметра отвору (параметр п₁) і температури заготовки (п₂) при реалізації ТП її механічного і термічного оброблення в складі трьох підпроцесів: ТпП₁ – розточування отвору в заготовці (включає операції чорнового (Ор₁₁), напівчистового (Ор₁₂) і чистового (Ор₁₃) розточування); ТпП₂ – транспортування заготовки від верстата до електропечі; ТпП₃ – гартування, в складі операцій нагрівання заготовки у печі (Ор₃₁) і охолодження її у масляній ванні (Ор₃₂). На графіку вказані граничні значення параметрів п_1вх → п₁₁ → →п₁₂ → п₁₃ = п_1вих; п_2вх → п_2вих,а також їх зміни Dп₁₁, Dп₁₂, Dп₁₃, Dп₂₃.

ТП може бути також представленим у математичній або словесній формі. Математичний опис в ряді випадків є найбільш точним та компактним, тому часто використовується на стадіях попередніх досліджень ТП. Словесний опис може містити найбільш детальну інформацію стосовно розглядуваного ТП, але є громіздким і не досить точним.

 

4.5. Типові задачі, пов’язані із технічними процесами

Залежно від того, які параметри ТП є заданими, а які потрібно знайти, всі задачі ІТ, пов’язані з їх удосконаленням можна розділити на декілька основних типів, описаних у табл. 4.4. Таке ділення дозволяє систематизувати задачі ІТ, а отже й економити час при їх розв’язанні, шляхом застосування спеціально обраних і відпрацьованих методів, а також типового програмного забезпечення.

Таблиця 4.4

Типові інженерні задачі, пов’язані із ТП

Проблемна ситуація	Дано	Вимагається	Тип задачі
1.Для задоволення потреби необхідно забезпечити заданий Снвих	О Снвих	вз.п.вих М Ен І ТП О Снвх	Проектування ТП із визначенням Снвх і зовнішніх впливів
2.Для нового матеріалу, енергоносія або інформаційних даних шукається застосування	О Снвх	вз.п.вих М Ен І ТП О Снвих	Проектування ТП перетворення нових матеріалів, енергії або інформації
3.Необхідно здійснити задане перетворення об’єкта впливу	О Снвих   О Снвх	М Ен І вз.п.вих ТП	Проектування ТП для реалізації заданого перетворення
4.Для спроектованого ТП шукається застосування	ТП М Ен І вз.п.вих ТП М Ен І вз.п.вих	О Снвих   О Снвх	Реалізація нових перетворень, або підвищення ефективності існуючих
5.Один з вз.п.вих спроектованого ТП є шкідливим	ТП М Ен І вз.п.вих	ТПуд М Ен І	Удосконалення ТП для нейтралізації шкідливого вз.п.вих
6.Необхідно підвищити ефективність існуючого ТП	ТП М Ен І вз.п.вих	ТПуд М Ен І вз.п.вих	Раціоналізація ТП
7.Потрібно збільшити обсяги існуючого виробництва	ТП М Ен І вз.п.вих	ТПсер(мас) М Ен І вз.п.вих	Удосконалення існуючого ТП з метою здійснення серійного або масового виробництва

 

Продовження таблиці 4.4

8.На існуючому виробництві необхідно виготовити дослідний зразок ТО

ТП М Ен І вз.п.вих

ТПдос М Ен І вз.п.вих

Удосконалення існуючого ТП з метою випуску нового дослідного зразка ТО

 

4.6. Класифікації технічних процесів

Основні класифікації ТП за рядом ознак подані у табл. 4.5. Вони дозволяють упорядкувати всю множину існуючих ТП, проводити важливі аналогії і використовувати передовий досвід та високоефективні розв’язки отримані в інших галузях техніки.

 

Таблиця 4.5

Класифікації ТП

Класифікаційні ознаки	Типи, класи, види ТП	Класифікаційні ознаки	Типи, класи, види ТП
Тип перетворення	ТП перетворення матерії ТП перетворення енергії ТП перетворення інформації	Джерело енергії для реалізації	Фізична енергія людини Енергія, що виробляється ТС
Природа SТпП та SОр	Механічні ТП Гідравлічні ТП Пневматичні ТП Теплові ТП Електромагнітні ТП Хімічні ТП Біологічні ТП	Ступінь автоматизації	ТП, що виконуються вручну людиною Напівавтоматизовані ТП Повністю автоматизовані ТП
Найменування основної Ор	ТП механічної обробки ТП транспортування Ливарні ТП ТП штампування Ремонтні ТП	Співвідношення числа вхідних та вихідних впливів	ТП розділення – число вхідних впливів мен-ше ніж число вихідних ТП об’єднання - число вхідних впливів більше ніж число вихідних
Характер протікання SТпП та SОр	Диференціальний (лінійний або нелінійний) Дискретний	Ступінь складності ТП	Низький Середній Високий

5. Технічні об’єкти

Найбільш важливими елементами СП поряд із людьми та технічними процесами є технічні об’єкти (ТО), які реалізують необхідні впливи на об’єкт впливу, в результаті чого здійснюються задані перетворення. Таким чином, ТО є засобом реалізації перетворень.

На даний момент відома практично нескінченна множина ТО різного призначення і складності. Ми спробуємо упорядкувати її, а також виділити найбільш загальні ознаки та закономірності, що характерні для всіх ТО. Одразу скажімо, що повністю дана задача до сих пір не розв’язана.

 

5.1. Визначення технічних об’єктів

Сам ТО і його місце в класифікаціях визначаються його призначенням, функціонуванням та структурою.

Під час функціонування ТО підпорядковується принципу причинності: будь який ТП, що реалізується в ТО обумовлений одною або декількома причинами і одночасно є причиною здійснення інших ТП. Без причини нічого не відбувається. Для технічного об’єкта причину можна визначити, як сукупність умов та параметрів його функціонування.

Ми вже відмічали, що людям властиво прагнути до здійснення бажаних перетворень і задоволення своїх потреб. З точки зору причинності кожне перетворення намагаються реалізувати саме там і тоді, коли потрібно. Окрім причинності слід згадати і цілеспрямованість, наявність якої допомагає людині певним чином формувати своє життя. Людина використовує з цією метою в рамках існуючих умов механічні, гідравлічні, електричні і інші ТП. Виходячи з принципу причинності, людина створює причинні системи – ланцюги ТП, здійснення яких за допомогою ТО повинно забезпечити задане перетворення у потрібний момент часу.

 

Призначення технічних об’єктів

Розглядаючи питання про призначення ТО, слід повернутись до загальної моделі СП (рис. 3.1). Як видно з моделі, ТО повинні реалізовувати заплановані цілеспрямовані впливи на об’єкти впливу ТП. ТО виконують численні функції, що служать для задоволення потреб людини. Раніше всі функції системи вже були поділені на зовнішні (Ф) та внутрішні (ф). Дана класифікація справедлива і для ТО. Ряд авторів зовнішню функцію називають цільовою [5] або телеологічною [14], внутрішню - відповідно технічною або дескриптивною.

Зовнішня функція знаходиться із внутрішньою функцією у відношенні мета – засіб. Важливо ще на початкових стадіях конструювання ТО правильно виділити дані відношення.

Призначенням технічного об’єкта є виконання ним заданої зовнішньої функції – досягнення певної мети, - яка реалізується при здійсненні елементами внутрішніх функцій (засіб).

 

Функціонування технічних об’єктів

Основою даних ефектів є перетворення різного типу та характеру протікання. Так, під час роботи зубчастої передачі змінюється частота і напрямок… Розглянуті відношення мета – засіб та причина – наслідок є найважливішими…  

Структура технічних об’єктів

 

Стани технічних об’єктів

  Таблиця 5.1 Стани ТО Найменування Сн Характеристика Сн 1. Розробка Багатоваріантний аналіз,…

Класифікації функцій технічних об’єктів

1. Класифікація за рівнем складності: залежно від числа параметрів, що входять до опису функцій вони можуть бути більш або менш складними. Найменш… 2. Класифікація за ступенем абстрактності або ступенем повноти: залежно від… 3. Залежно від типу перетворення, що реалізується, розрізняють функції перетворення матерії, енергії або інформації. …

Розробка функціональної структури

В першому випадку при заданих зовнішній функції ТО та моделі його функціонування (відомому принципу дії) визначається елементний склад ТО та… Другий спосіб оснований на використанні ПС або КС. В результаті абстрагування… Розглянемо більш детально методику першого способу.

Принципові елементи

Принципові елементи являють собою окремі елементи або, найчастіше, - підсистеми (сукупності неподільних елементів – агрегати, апарати, вузли) реального технічного об’єкта, стандартизовані зображення яких можуть пояснювати принцип дії елемента, але не містять конструктивних ознак. Таке представлення спрощує розуміння принципу дії та функцій ТО, прискорює аналіз різних варіантів його моделей.

ПС досить широко використовуються в різних галузях техніки. Зокрема, в гідро- і пневмосхемах принциповими елементами є насоси, комп-

ресори, розподільники, фільтри, запобіжні клапани, дроселі, регулятори витрат, трубопроводи; в електросхемах це - електродвигуни, магнітні пускачі, резистори, реостати, конденсатори, реле часу, котушки індуктивності.

 

Впливи між принциповими елементами

Впливи між принциповими елементами являють собою спрямовані потоки матерії, енергії, інформації або їх комбінації. Наприклад, в гідросистемах це потоки робочої рідини (сукупності впливів всіх трьох типів), параметри яких (швидкість, тиск і інші) по довжині потоку змінюються.

Вхідні впливи принципових елементів можна розглядати як вихідні впливи елементів, від яких підводиться потік матерії, енергії або інформації (по трубопроводу, електричному дроту або за допомогою радіозв’язку). При цьому необхідно враховувати передаточні відношення – зміну параметрів потоків, що з’єднують елементи.

 

Класифікації принципових елементів

2. Залежно від кількості врахованих параметрів неподільних елементів ТО, з яких складається принциповий елемент він має більший або менший ступінь… 3. За наявністю зв’язків із множинами SЛ та SТС принципові елементи ТО… 4. Залежно від виконуваних функцій принципові елементи можуть бути поділеними на робочі (безпосередньо реалізують…

Види принципових схем

Вище вже вказувалось, що в деяких галузях техніки для створення ПС розроблені спеціальна символьна мова, відповідні стандарти та норми. Залежно від типу зображуваних елементів або підсистем ТО виділяють такі види ПС:

- кінематичні схеми;

- гідравлічні та пневматичні схеми;

- електричні схеми;

- напівпровідникові схеми;

- мікропроцесорні схеми;

- схеми автоматизації;

- монтажні схеми;

- схеми теплоенергетичних установок та теплосхеми.

 

Розробка принципових схем

ПС може бути створена на основі ФС або КС. В першому випадку визначають основні принципові ознаки та параметри ТО і його елементів, в другому –…   5.3.3. Конструктивні схеми технічних об’єктів

Конструктивні елементи

Залежно від умов задачі, мети дослідження, а також складності ТО, що розглядається, останній може бути поділений на конструктивні елементи різного рівня складності (вузли, агрегати, машини, роботизовані технологічні комплекси). В свою чергу, конструктивні елементи вищих рівнів складності, якщо потрібно, ділять на елементи нижчих рівнів до отримання неподільних елементів.

Впливи між конструктивними елементами

Під час створення КС, при необхідності (залежно від етапу розробки або мети дослідження ТО) враховуються всі або частина впливів на його конструктивні елементи. Вказані впливи являють собою потоки матерії, енергії, інформації або їх комбінації, що діють на конструктивні елементи, і в тому числі між елементами.

Класифікації конструктивних елементів

1. Залежно від складності ТО його можна поділити на складальні одиниці, вузли, агрегати, блоки, механізми, підсистеми, машини, цехи і, крім цього,… 2. Ступінь абстрактності конструктивного елемента визначається числом… 3. Залежно від наявності або відсутності зовнішніх впливів конструктивний елемент є зовнішнім або внутрішнім.

Розробка конструктивних схем

Зображення КС ще в більшій мірі ніж для ПС регламентовано відповідними стандартами і нормами (в Україні - ДСТУ, ГОСТ, ЄСКД, ЄСТПВ). Розробка КС…   5.3.4. Порівняння моделей технічних об’єктів і їх перетворення

Відношення мета – засіб

Основними „кроками” в процесі створення ТО є: Мета Засіб Зміна стану об’єкта впливу --------- ПП (SТП, SТпП, SОр)

Функціональні параметри технічних об’єктів

Вище вже говорилось (див. розд. 5.3.1) про залежність ступеня абстрактності функції від числа умов та обмежень, що накладаються на її реалізацію.… Функції ТО можуть відрізнятись різноманітністю і складністю. Розглянемо деякі… Практично будь-яка задана функція може бути виконана різними ТО (див. розд. 2.1). Рівню складності функції відповідає…

Експлуатаційні параметри технічних об’єктів

Поняття про найважливіші експлуатаційні параметри та їх оптимальні межі для ТО, навіть одного і того призначення, у продовж часу змінюється. Якщо в… В процесі експлуатації сам ТО звичайно є джерелом шуму, тепла, вібрацій,… Точне визначення фактичних експлуатаційних параметрів ТО на початку його розробки викликає певні труднощі. Досить…

Ергономічні параметри технічних об’єктів

Коло задач ергономіки не обмежується забезпеченням дотримання вимог техніки безпеки та необхідних умов роботи. Йде також і пошук меж можливостей… Конструктор ставить перед людиною в системі Л – ТО певні задачі, у зв’язку із… Звичайно, основними вихідними даними в ергономічних задачах є:

Естетичні параметри технічних об’єктів

У подальшому, із початком промислової революції відношення до естетичних параметрів ТО змінилось. Універсальний підхід до проблеми формулювався у… До основних естетичних параметрів ТО можна віднести: - симетрію (абсолютну, відносну, контрастну);

Параметри зберігання та транспортування технічних об’єктів

1. Габарити ТО відносяться до найважливіших параметрів зберігання та транспортування, - вони повинні допускати здійснення необхідних маніпуляцій з… 2. Форма ТО може також істотно впливати на зручність та ефективність його… гаки, кільця, петлі, серги, отвори, що також вносить певні корективи в їх форму.

Параметри постачання і планування технічних об’єктів

Правові норми, пов’язані із технічними об’єктами

Практично в кожній державі розроблені правові норми, що регулюють відносини між виробниками та споживачами ТО. Відповідність ТО правовим нормам – один з найважливіших його параметрів. По суті, конструктор повинен знати всі основні закони, постанови та правила, що стосуються патентування, виготовлення та використання створеного ним ТО не тільки в його країні, а й всіх державах, куди ТО буде експортуватись. Відсутність у конструктора необхідних знань з патентно-ліцензійного, виробничого або торговельного законодавства часто приводить до різного роду конфліктних ситуацій. В більш складних випадках можна звернутись за консультацією до юриста.

У наш час практично у всьому цивілізованому світі неодмінною умовою виготовлення та використання ТО є дотримання норм та вимог охорони праці, техніки безпеки та захисту навколишнього середовища, що також необхідно враховувати конструктору.

 

Технологічні параметри технічних об’єктів

Вимоги до технологічних параметрів змінюються залежно від типу виробництва (одиничне, серійне або масове), а також від його технічного рівня. В… Крім цього, вибір того чи іншого конструктивного рішення, а отже і…  

Конструктивні параметри технічних об’єктів

Однак в той момент, коли користувач захоче самостійно виконати ремонт ТО або розібратись із принципом його дії і зніме, наприклад, кришку передньої… Розглянемо більш детально взаємозв’язок основних первинних конструктивних… Структура. Як вказувалось вище, (див. розд. 2.1) функціонування ТО однозначно визначається його структурою. Нагадаємо,…

Економічні параметри технічних об’єктів

Витрати виникають на стадіях розробки, підготовки виробництва, виготовлення, реалізації та експлуатації ТО. В якості прибутку розглядається загальний економічний ефект отриманий в… Табл. 7.3 містить алгоритм визначення виробничих витрат, собівартості та ціни ТО.

Якість виготовлення технічних об’єктів

Конструктор під час проектування повинен враховувати кваліфікацію робітників і технічний рівень підприємства, на якому буде випускатись ТО. Звичайно…   7.2. Зв’язки між параметрами технічних об’єктів

Метод вимірювання параметрів технічних об’єктів

Більшість кількісних параметрів ТО в процесі їх експлуатації можна визначити за допомогою різних вимірювальних приладів і на основі спеціально розроблених відповідних методів та методик.

Метод експертного оцінювання параметрів технічних об’єктів

Забезпечення об’єктивності експертного оцінювання в ряді випадків викликає певні труднощі. Даний метод звичайно застосовується для визначення якісних (не вимірюваних) параметрів. Для його реалізації необхідно розробити досить детальні та чіткі критерії оцінювання. Наприклад, висновок про ремонтопридатність ТО робиться на основі таких характеристик, як легкість, зручність і простота визначення причини несправностей, демонтажу та монтажу елементів, проведення операцій технічного обслуговування та ремонту, наявність спеціальних пристроїв та приладів, що прискорюють виконання ремонтних заходів та підвищують їх якість, можливість широкого використання стандартизованого, нормалізованого та уніфікованого ремонтного оснащення. Не дивлячись на відносну суб’єктивність, метод експертного оцінювання є особливо ефективним при аналізі складних комплексних параметрів.

Метод розрахунку параметрів технічних об’єктів

Останнім часом, у зв’язку із інтенсивним розвитком комп’ютерної техніки досить широко застосовується окремий вид розрахункового методу –… Модель – це представлення реального ТО або ТП доступними фізичними або… Моделювання і, зокрема, математичне моделювання дозволяють зекономити час та кошти і проаналізувати велику кількість…

Метод порівняння параметрів технічних об’єктів

  7.4. Складання переліку заданих параметрів технічних об’єктів

Вибір критеріїв оцінювання технічних систем

нак часто доводиться йти на певне обмеження їх числа, оскільки в іншому випадку ускладнюється аналіз варіантів ТС, збільшується час на його…  

Визначення узагальненого критерію оцінювання

Технічний критерій є інтегральним комплексним параметром, що об’єднує функціональні, конструктивні, технологічні, експлуатаційні, частково… Економічний критерій об’єднує у собі основні економічні параметри, а також… Критерій споживача включає функціональні, експлуатаційні, ергономічні, економічні і естетичні параметри, а також…

Розробка та проектування

- звіт про результати або стан досліджень з ТЗ; - ФС, ПС і КС варіантів ТС; - техніко–економічне обґрунтування обраного варіанта ТС;

Виготовлення дослідного зразка

На стадії виготовлення дослідного зразка необхідно ще раз проаналізувати параметри ТС та дати оцінку її технологічності, а також раціональності конструкції з точки зору зручності та простоти складання. Оскільки конструктор краще ніж будь-хто знайомий з особливостями конструкції ТС, необхідно щоб він періодично стежив за ходом процесу виготовлення. Це допоможе вже на даній попередній стадії виявити деякі помилки та прорахунки і внести відповідні корективи у технічну документацію.

 

Випробовування дослідного зразка

Програма випробовувань повинна включати перевірку працездатності ТС як при нормальних, так і при екстремальних, найбільш важких режимах роботи, в… Хід та результати випробовувань систематично, повно і послідовно викладаються… З врахуванням виявлених можливостей збуту робиться висновок про те, чи буде виробництво нового зразка успішним при…

Корегування виробничої документації

Після випробовувань дослідного зразка, на основі набутого досвіду, з метою удосконалення конструкції та технології виготовлення ТС проводиться корегування конструкторської та технологічної документації для подальшої підготовки його серійного або масового виробництва. Дана робота є досить відповідальною, хоча і малоцікавою. Для того, щоб корегування було максимально ефективним необхідно проаналізувати всі виявлені в дослідному зразку дефекти, установити їх причини і, по можливості, повністю усунути дефекти шляхом здійснення відповідних удосконалень.

 

Підготовка виробництва

Підготовка серійного виробництва охоплює організацію виробничих ділянок та місць, забезпечення матеріально-технічного постачання, придбання або створення спеціального та спеціалізованого обладнання, інструмента, пристосувань, вирішення питань зберігання, транспортування та збуту продукції, взаємовідносин із суміжниками тощо. Даній стадії слід приділити багато уваги у організаційному відношенні, що особливо суттєво для конструкторів допоміжного обладнання, розробка якого, як правило, жорстко обмежена часовими рамками.

 

Виготовлення установчої серії

Виготовлення зразків установчої серії являє собою першу стадію серійного виробництва. По суті це „генеральна репетиція” виробничого процесу. Виготовлення установчої серії здійснюється, головним чином, для того, щоб ще раз оцінити параметри розробленої ТС та перевірити в роботі обладнання для її серійного або масового виробництва.

 

Остаточне корегування виробничої документації

Подальші стадії серійного виробництва, а також етапи переміщення та ліквідації ТС вже були достатньо розглянуті. Слід додати, що лише постійний…   10.2. Стадії створення та використання технічних

Проектування

Етап проектування звичайно розбивається на декілька стадій:

а) Передпроектні розробки і техніко-економічне обґрунтування, під час яких конкретизується постановка задачі, висуваються проектні ідеї, виконуються пояснювальні схеми до них, приймається рішення про реалізацію або відмову від реалізації ТС.

б) Виконання технічного проекту, який включає: пояснювальну записку із багатоваріантним аналізом, обґрунтуваннями, описами і розрахунками; ФС, ПС та КС найбільш важливих та нових елементів ТС; специфікацію основного обладнання.

в) Підготовка робочої документації, що містить всі конструкторські та технологічні креслення та схеми як окремих елементів, так і ТС в цілому.

 

Будівельно-монтажні роботи

Під час виконання даного етапу на основі проектної документації, а також діючих норм та правил ведеться постачання обладнання, будівництво приміщень і монтаж машин.

 

Пусконалагоджувальні роботи

На даному етапі, як при і випробовуванні систем перших трьох рівнів складності, повинні бути досягнуті задані параметри ТС.

 

Експлуатація

  10.4. Часова послідовність стадій створення та використання технічних систем

Функціональні параметри технічних систем

Основні робочі функції ТС змінюються найбільш інтенсивно, саме в результаті їх виконання реалізується технічний прогрес.

Функції керування і регулювання змінюються разом із розвитком автоматики, електроніки, кібернетики і комп’ютерної техніки, а також електричних, гідравлічних і пневматичних приводів, що забезпечують їх виконання (приводи у найближчий час кардинально не будуть змінюватись, оскільки удосконалюються досить повільно).

Кількісні функціональні параметри є основними характеристиками ТС. З метою досягнення максимальної економічної ефективності техніки активно використовуються і продовжують розроблятись все більш крупні функціональні одиниці - турбіни, судна, літаки, - основні робочі параметри яких (тиск, температура, зусилля, швидкість і інші) постійно підвищуються.

 

Експлуатаційні параметри технічних систем

Дані параметри також суттєво змінюються з удосконаленням техніки, але не завжди в напрямку збільшення. Наприклад, у зв’язку із підвищенням вимог надійності, доводиться миритись з більш коротким терміном служби ТС. Дедалі помітною стає тенденція зменшення розмірів та маси (мініатюризації) ТС. Все більш широке застосування знаходить модульний принцип створення та виготовлення ТС (див. розд. 5.3.3), який спрощує та полегшує її експлуатацію та обслуговування.

Естетичні параметри технічних систем

Важливість даної категорії параметрів підвищується. На даний момент лише для невеличкої множини класів ТС естетичні параметри не мають значення. Привабливий зовнішній вигляд виробу, як відмічалось вище (див. розд. 7.1.6), не лише сприяє кращому сприйняттю його споживачем, але і забезпечує підвищення продуктивності праці.

 

Ергономічні параметри технічних систем

Потреба враховувати параметри даної категорії виникла відносно нещодавно. В цьому зв’язку, слід відрізняти вимоги, що випливають з психології та фізіології людини, від перебільшених претензій на оригінальність. Тому вважається, що ергономіка повинна займатись задачами розробки ТС з врахуванням можливостей людини, а також проблемами охорони її здоров’я.

 

Параметри зберігання та транспортування технічних систем

Потреби у підйомно-транспортних засобах для переміщення ТС постійно зростають, так само, як і витрати на зберігання та монтаж виробів. Підвищуються також і вимоги до пакування, причому обумовлюється це не тільки необхідністю збереження ТС під час перевезень та зберігання, але і з метою реклами: упаковка повинна створювати сприятливе естетичне враження.

 

Параметри постачання та планування технічних систем

З врахуванням даних параметрів здійснюється організація виробництва та доставка продукції споживачу. Параметри категорії є особливо важливими в умовах конкуренції і підвищення вимог споживача до обслуговування.

 

Параметри відповідності технічних систем правовим нормам

Економічні зв’язки і співробітництво постійно нарощуються, що ускладнює задачу забезпечення відповідності ТС всім правовим нормам (в тому числі і міжнародним), а також вимогам патентної чистоти. Все більше зростає відповідальність виготовлювачів за якість своєї продукції.

 

Економічні параметри технічних систем

Для забезпечення конкурентноздатності ТС виготовлювач повинен підтримувати її собівартість на мінімальному рівні. До засобів підвищення ефективності виробництва відносяться раціоналізація операцій, стандартизація та уніфікація деталей та вузлів, застосування високопродуктивного обладнання, підвищення кваліфікації персоналу, стимулювання продуктивної та високоякісної праці.

 

Якість виготовлення технічних систем

Оскільки ТС постійно ускладнюються та удосконалюються, до якості їх виготовлення пред’являються все більш жорсткі вимоги.

 

Конструктивні параметри технічних систем

Структура та впливи. Структура – це упорядкована множина елементів та впливів між ними. Не дивлячись на уніфікацію та стандартизацію, асортимент… Основною тенденцією щодо форми ТС, є її спрощення та уніфікація, оскільки… Компактність та мінімальна маса звичайно є бажаними конструктивними параметрами, якщо це не суперечить іншим вимогам.…