Хорошев А.Н. - Основы системного проектирования технических объектов (1037544), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

После заполнения всех ячеек проводят суммирование баллов:

• по строкам, если лучшему варианту должно соответствовать максимальное значение (как в приведенной таблице, где добавлен столбец результатов Σ);

• по столбцам, если лучшему варианту должно соответствовать минимальное значение.

Итоговые баллы позволяют дать количественную оценку каждого варианта в рассматриваемой группе по выбранному показателю качества. Эти баллы используют непосредственно или же нормируют (приводят к безразмерному виду, например, делением на максимальное или среднее значение баллов).

В приведенном примере применялась трехбалльная система (0–1-2). Для учета нюансов возможно введение многобалльной системы, например: значительно хуже (0), хуже (1), равно (2), лучше (3), значительно лучше (4).

4.2. Если вместо вариантов решений в матрице сравнений расположить показатели качества, то полученные в итоге баллы после нормирования будут соответствовать весовым коэффициентам этих показателей.

4. Объекты проектирования

Всю жизнь нам постоянно приходится соприкасаться с различными объектами. Это физические, биологические, социальные, технические и иные объекты-системы, а также комбинированные системы. Свойства системы не сводятся к сумме свойств отдельных ее элементов и частей. И поэтому, проектирование и эксплуатация этих систем требует знания и составляющих их элементов, и особенностей всей системы в целом, ее вида и назначения.

Дадим характеристику объектов проектирования на примере технических систем.

Техническая система — целостная, обладающая определенной структурой совокупность взаимосвязанных средств и предметов труда (элементов). Она включает такие виды продукции, как изделия (от небольшой гайки до огромных турбин) и сооружения (от мелких построек до крупных транспортных сетей, технических комплексов, промышленных комбинатов). Вне людей технические системы не существуют — людьми разрабатываются, изготовляются и эксплуатируются, и уже изначально фактически являются частью комбинированных, человеко-технических систем (их еще называют человеко-машинными системами). С техническими системами, их разработкой, производством и эксплуатацией, связана деятельность инженера (название происходит от латинского слова ingenium и переводится как «способность, изобретательность»).

4.1. Назначение и характеристики разрабатываемых объектов

Технические системы (как и другие объекты) предназначены для удовлетворения разнообразных потребностей людей, причем не только сугубо материальных (физиологических и психофизических), но и духовных. Эти потребности реализуются посредством выполнения системами определенных действий — функций, которые заранее заложены как в саму систему, так и в каждый ее элемент. Наряду со словом «функция» часто используется слово «назначение», особенно при рассмотрении не технических объектов.

Выполнение требуемой функции — главная цель и основа разработки технической системы. В тоже время, сама система служит лишь ее материальным носителем, т.е. функция — первична, система — вторична и создается по причине невозможности иными, нематериальными средствами удовлетворить потребности людей. Так, автомобиль нужен для перевозки грузов и людей (функция — перемещать в пространстве, создан вследствие нереальности перемещения предметов только усилием мысли), назначение ручки — писать, а книги — хранить информацию и т.д.

Функция, которая отражает назначение системы и ради которой эта система создается, называется главной функцией. Функция, без выполнения которой невозможно выполнение главной функции, называется основной функцией.

Технические системы, создаваясь людьми, должны впоследствии содействовать совершенствованию и самих людей, и, следовательно, обладать гуманистической направленностью, нести наряду с физической не менее важную социально-духовную функцию. Такое воздействие ведет, в свою очередь, к росту технической культуры и, как результат, к дальнейшему прогрессу техники. Техническая система как элемент человеческой культуры, способствующий духовному, нравственному и эстетическому развитию, — в настоящее время определяющий признак степени совершенства этой системы и уровня развития создавшего ее общества. Показателен девиз одной японской фирмы — «Мы не создаем технику, мы создаем человека». А по внешнему виду и удобству эксплуатации, скажем, автомобиля, ручки или книги можно уверенно судить не только об уровне научно-технического развития общества, где они были изготовлены, но и уровне его культуры и нравственных ценностях.

С целью повышения эффективности и качества реализации главной функции может возникнуть потребность в дополнительных функциях, выполнение которых будет осуществляться этой же системой или введенной в нее новой частью. Такие функции называют вспомогательными или сервисными.

Любая техническая система, прежде всего, является физическим объектом. И правильный выбор принципиальных, т.е. физических, основ функционирования предопределит ее жизнеспособность и эффективность. Так, сколько бы ни совершенствовали конструкцию самолета с винтомоторным двигателем, он никогда не разовьет сверхзвуковую скорость, не говоря уже о полетах на больших высотах. Только использование другого физического принципа, например, реактивного движения и созданного на его основе реактивного двигателя, позволит преодолеть звуковой барьер.

Принцип действия технической системы — это последовательность выполнения определенных действий, базирующихся на определенных физических явлениях (эффектах), которые обеспечивают требуемое функционирование этой системы.

Понятие принципа действия используется не только в технике (для физических объектов), но и в других областях — фундаментальных и прикладных науках (например, принцип построения модели, исходные принципы решения задачи), в общественной жизни (например, принципы отбора кандидатов, оказания помощи), экономике (например, принципы налогообложения, исчисления прибыли), культуре (например, художественные принципы). В основе любой деятельности или работы лежат принципиальные исходные положения (методы, способы, направления).

Характеристикой геометрического образа технической системы, ее зримого представления служит структура объекта (технической системы), т.е. форма, количество и взаимное положение элементов, частей и тел, составляющих или представляющих рассматриваемую систему-объект. Примерами структуры также являются план литературного произведения и законопроекта, алгоритм, схема и т.д.

Понятие структуры объекта отличается от понятия структуры процесса, характеризующего последовательность и состав стадий и этапов работы, совокупность процедур и привлекаемых технических средств, взаимодействие участников процесса.

Общепринятой основной элементарной характеристикой системы служит параметр, т.е. величина, представляющая определенное физическое, геометрическое или иное свойство объекта и имеющая количественную оценку. В зависимости от назначения параметры можно подразделить на функциональные, объектные и вспомогательные.

Функциональные параметры характеризуют выполняемую функцию. Эти параметры в процессе проектирования известны, и создание технической системы заключается в разработке объекта с требуемыми значениями функциональных параметров.

Объектные параметры характеризуют материальный носитель функции (объект, устройство, изделие). К ним относятся его геометрические характеристики (размер, форма, взаимное положение, количество), марка и состояние использованных материалов. При этом марка (название) материала выступает как обобщенный параметр, объединяющий в себе данные о составе, условиях изготовления и иных свойствах материала. Обобщенные параметры используются, когда излишняя конкретизация при решении задачи не требуется, либо вызывает потребность в дополнительных специальных знаниях. Однако должна быть ссылка на документ, однозначно раскрывающий содержание обобщенного параметра (например, сталь 45 ГОСТ1050). По этой причине марка материала является элементарным параметром, скажем, для проектировщика, но не для материаловеда или металлурга.

Отыскание величин объектных параметров является целью проектирования.

Остальные параметры относятся к группе вспомогательных параметров. Они необходимы для обоснования принимаемых решений, характеристики свойств системы и т.п.

Состав параметров, и особенно — вспомогательных, для каждой конкретной системы различен. Это связано с отличиями не только в устройстве отдельных систем, но и в предъявляемых к ним требованиях, условиях применения.

Например, в качестве функциональных параметров лифта (функция — поднимать груз) будут выступать высота подъема и масса груза, объектных — размеры и форма лифта и марки материалов, из которых он изготовлен. Вспомогательными параметрами могут стать скорость подъема, срок службы, запас прочности и т.д., т.е. все то, что использовалось при обосновании принимаемых решений и дополнительно характеризует технические, экономические, социальные и иные свойства изделия.

Технические системы различаются по назначению и устройству и, как объекты исследований и разработки, могут описываться теми или иными моделями. Рассмотрим состав и виды представлений технических систем.

4.2. Виды технических систем

В процессе работы технические системы преобразуют энергию и информацию, свойство и состояние вещества. В зависимости от назначения и принципа действия системы подразделяют на машины, аппараты и приборы. В тех случаях, когда трудно определить принадлежность системы, употребляют понятие устройства или комплекса, как, например, регулирующее устройство, космический комплекс и т.д.

Технические системы, предназначенные для получения или преобразования механической энергии, относят к машинам. Их основу составляют механизмы, т.е. системы подвижно связанных между собой контактирующих твердых тел-звеньев, совершающих определенные механические движения. Так, к машинам относятся автомобиль (колесная машина), вертолет (лопастная машина) и т.п. Внешне разные машины могут содержать подобные или схожие механизмы. Основные функциональные части машины показаны на рис. 9.

Рис. 9. Машина и ее основные функциональные части

Технические системы, предназначенные для получения или преобразования иных видов энергии, относят к аппаратам. Их примерами могут служить телевизор (телевизионный аппарат, преобразует электромагнитные сигналы в визуально-звуковую информацию), телефон (телефонный аппарат, осуществляет взаимное преобразование звуковых и электрических сигналов), фотоаппарат, ракета (космический аппарат), реактор (ядерный или химический реактор, изменяющий посредством реакций свойство и/или состояние вещества) и т.д.

Технические системы вспомогательного назначения (контроль, управление, измерение, регулирование) относят к приборам. В зависимости от принципа действия их подразделяют на механические (гироскоп и т.п.), электрические (вольтметр и т.п.), оптические (микроскоп и т.п.) и т.д., а также на приборы комбинированного действия (оптико-электронные приборы и т.п.).

Выполнение машинами вспомогательных функций может вызывать необходимость введения в их состав электрических, оптических и иных устройств, а в состав аппаратов машинные агрегаты и механические конструкции, как, например, дисковод компьютера, стержневая конструкция опоры линии электропередачи. Отличия во вспомогательных функциях у одинаковых по назначению систем придают им индивидуальность.

Как промышленная продукция, технические системы и их элементы в зависимости от характера изготовления по ГОСТ 2.101 подразделяют на следующие виды:

• комплекс — два или более специфицированных (являющихся частями одной, общей системы и входящие в единую спецификацию) изделия, не соединенные на предприятииизготовителе сборочными операциями, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных функций;

• сборочная единица — изделие, которое состоит из отдельных частей, собирается на предприятии-изготовителе и может рассматриваться как самостоятельная конечная продукция;

• деталь — изделие, изготовленное из однородного по наименованию или марке материала без применения сборочных операций.

Часто используют понятие сборочного узла, занимающего промежуточное положение между деталью и сборочной единицей. Если сборочная единица выступает как конечный вид продукции какого-то производства, то сборочный узел является условной частью изделия, временно формируемой в процессе его сборки (например, дверь автомобиля, если в дальнейшем она поступает на завершающую сборку изделия).

Машины, аппараты и приборы могут входить в состав более сложных технических систем, но, с другой стороны, также могут состоять из отдельных взаимосвязанных частей. Набор часто применяющихся частей образует элементную базу предметной области — машиностроения, аппаратостроения, приборостроения. Элементы такой базы обычно характеризуются узким функциональным назначением, их целиком в состоянии разработать один специалист, либо он использует их в проектируемой системе в виде готовых изделий (сборочных единиц).

Элементы могут различаться по устройству, но иметь схожее назначение. Принято элементы с одинаковым назначением объединять в группы — резисторы, резьбовые соединения и т.п. Среди элементов выделяют типовые, т.е. общие и часто встречающиеся в разных устройствах (рассматриваются в общетехнических курсах), и специальные, имеющие специфическое применение (изучаются в спецкурсах, как, например, роторы, рельсы, лопатки и т.п.). Количество типовых элементов ограничено, однако все многообразие машин, аппаратов и приборов построено главным образом на применении этих элементов.

Элементная база машиностроения имеет ряд особенностей:

• достаточно большая часть ее элементов также входит в состав элементных баз аппаратои приборостроения, как, например, детали резьбовых соединений;

• на характеристики машин существенно влияют не только типы и расположение элементов, но и их размеры и технология изготовления. Изменением параметров одного и того же элемента возможно изменение его функционального назначения, как, например, колесо и маховик.

4.3. Модели разрабатываемых объектов

В практической деятельности возможно решение двух видов задач:

• разработка объекта (задача синтеза). Здесь конечный вид объекта еще неизвестен и приходится иметь дело с его приближенными представлениями;

• исследование реального объекта (задача анализа). Удобство проведения такого исследования людьми с разным уровнем квалификации требуют упрощения изучаемого объекта и исключения из рассмотрения второстепенных факторов.

Упрощенное представление реального объекта и/или протекающих в нем процессов называется моделью. Построение моделей — моделирование, облегчает изучение имеющихся в объекте объективных свойств и закономерностей. Моделирование является обязательной частью исследований и разработок, поскольку сложность любого материального объекта бесконечна вследствие неисчерпаемости материи и форм ее взаимодействия внутри себя и с окружающей средой.

Проектирование тесно связано с моделированием, так как не только включает в себя обе эти задачи, но и основывается на умении выбора и применения тех или иных видов моделей. Поэтому напомним основные понятия, используемые в моделировании.

Характеристики

Список файлов книги