А.В. Ревенков - Учебник - Теория и практика решения технических задач (1249576), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Для этого целесообразно воспользоваться систематикой и иерархическим подходом, предложенным А. И. Половинкиным 190) (рис. 5.1). Основой функционирования любого ТО являются физико-технические эффекты (ФТЭ), которые используются для формирования физического принципа действия (ФПД) ТО. или П1 Выполняемая или ... функция р ~ФПД, ~ ~~~ ( ФПД Д,. ~ФПД, ! Рис.
5Л. Структура формирования технического объекта: 1 — Гт' — уровни принятия решений Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач 72 Физико-технический э44ект — известные из фундаментальных и прикладных наук явления, которые описываются соответствующими законами и закономерностями. Например, законы физического и химического взаимодействия, принципы и закономерности, разработанные в таких науках как материаловедение, детали машин, сопротивление материалов, электротехника и др, Физический лриицил действия — совокупность ФТЭ, (законов и закономерностей, описывающих физические, химические явления), а также правила и принципы, в соответствии с которыми сформирована структура взаимодействия веществ и полей.
ФПД используется для формирования физической операции. Физическая операция (ФО) — наименование выполняемых ТО или его компонентом операций по взаимодействию веществ и полей с указанием входных и выходных величин, и условий, при которых происходит выполнение этой операции, В основе ФО всегда лежит определенный ФПД.
ФО и сформулированная цель функционирования ТО представляет собой техническую фуккцию (ТФ), выполняемую ТО. Пример 5Л. Преобразование поля температур в геометрическое поле. На рис. 5.2 показано два технических решения, которые выполняют одинаковые ФΠ— преобразование поля температур в изменение формы тела, — но отличаются ФПД, ТФ и конструктивно-схемным решением. Рис. 5.2. Преобразование поля температур в геометрическое поле рабочим телом, применяе- мое в бытовых газовых плитах (о) и в электрических угюгах (б) Схема, изображенная на рис. 5.2, а, применяется в качестве термометра в бытовых газовых плитах.
Эффект преобразования поля температур в геометрическое поле (положение стрелки) достигается за счет формы тела (ФПД). Материал тела имеет большой коэффициент линейного термического расширения (ФТЭ). При этом выполняется функция измерения и указания температуры. На схеме, приведенной на рис. 5.2, б, показана биметаллическая пластина, используемая в электрических утюгах. Ее (ФПД) основан на трех ФТЭ: ° ФТЭ, — закон теплового расширения тел; ° ФТЭ7 — закон Гука; 5. Системный анализ технических объектов 73 ° ФТЭз — закон совместности деформаций, т. е.
правило поведения системы, состоящей из двух соединенных между собой разнородных материалов, при изменении температуры. Функция, выполняемая биметаллической пластиной — выключение и включение контактов. Пластина может быть элементом автоматики для регулирования температуры. ТФ совместно с описанием конструктивно-схемного решения составляют техническое решение (ТР). Техническое решение, воплощенное в конкретном конструкторско-технологическом решении (КТР), отражается в чертеже конструкции проектируемого ТО. Принципиальная электрическая схема устройства представляет собой конструктивное (основополагающее) решение. В ней, как правило, отражено разделение объекта на функциональные блоки, которые выполняют некоторые технические функции. Эту схему можно рассматривать как описание проектируемого устройства на уровне ТР.
Если ТО является технологический процесс формообразования детали, сборки, монтажа, контроля или испытаний, то ТР представляет собой модель описания ТО в виде схемы технологического процесса. Технологический процесс считается спроектированным, если определены не только последовательность действий, но и средства технологического оснащения (оборудование, инструмент, приспособление), режимы выполнения операций. Изучение приемов работы специалистов показывает, что при творческом поиске решений технических задач некоторые из них тяготеют к поиску способа выполнения заданной функции, а некоторые — к разработке устройства для выполнения функции. В связи с этим можно выделить два подхода, свойственные человеку: операционный и предметный, которые определяют направленность поиска при решении технической задачи (рис.
5.3). При операционном подходе инженер начинает решение поставленной задачи по созданию ТО с поиска ФТЭ и синтеза возможных ФПД, Задана функция Поис Синге Рис. 5.3. Использование операционного и предметного подходов при синтезе ТО 74 Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач и вариантов выполнения ФО. При этом, как правило, формируется несколько вариантов решения задачи, что приводит к задаче выбора решения на уровне ТФ (см. рис. 5.1). При поиске способов выполнения функции в рассуждениях преобладают такие категории мышления, как операции, действия, поэтому можно говорить об операционном стиле мышления человека. Такое операционное мышление характерно для технолога.
Предметный подход ориентирован на разработку устройства с заданными свойствами, на решение проектно-конструкторских задач. При предметном подходе человек в большей степени мыслит категориями предметов и свойств, которыми они должны обладать.
Он ориентирован на анализ конструктивной схемы устройства, выбор материалов, формы, взаимного расположения компонентов ТО. Такое предметпое мышление характерно для конструктора. Способ мышления на подсознательном уровне существенным образом определяет целевые установки человека в процессе решения задачи. При предметном подходе разработчик внутренне согласен с принятым ФПД и выбранной ФО. Он не производит поиск решения в этой области, а ищет хорошее конструкторское решение.
Поэтому операционный подход способствует проработке более широкого спектра возможных вариантов решения проблемы. Вследствие этого можно предположить, что операционный подход способствует получению более сильного решения. Полезность модели ТО, представленной на рис. 5.1, состоит, во-первых, в том, что она предоставляет определенные категории мышления при решении технической задачи. Во-вторых, эта модель упорядочивает мышление, позволяя вьщелить основные этапы решения задачи (см. рис. 5.3). В-третьих, обозримость модели позволяет увидеть, что выбор вариантов ТО может осуществляться на четырех уровнях (см.
рис. 5.1): 1 — на уровне ФПД вЂ” синтез ФТЭ для формирования ФО; П вЂ” на уровне ТФ вЂ” выбор цели функционирования (выполняемой функции); И1 — на уровне ТР— выбор конструктивного (основополагающего, схемного) решения; 1У вЂ” проектирование конструкции (выбор КТР) или технологии— определение средств технологического оснащения. С помощью представленной на рис. 5.1 модели ТО можно наметить план решения задачи.
С одной стороны, не следует разбрасываться по выделенным уровням, т. е. четко представлять себе на каком уровне осуществляется поиск решения. С другой стороны, для каждого варианта нижнего уровня нужно просматривать возможные варианты верхних уровней, вплоть до технического решения. Далее основное внимание уделено процедурам поиска технических решений, что соответствует этапу концептуального проектирования.
Проблемы конструирования и проектирования технологических про- К Системный аналит технииеских объектов цессов рассматриваются в соответствующих специальных учебных дисциплинах. Изображенная на рис. 5.1 модель открывает направления поиска возможных решений. Например, если для решаемой задачи можно сформировать л вариантов ФПД, сформулировать р целей функционирования ТО и разработать г вариантов конструктивных решений, то число возможных вариантов технических решений составит л р.~. Если разработать хотя бы по 2 варианта на кахСдом уровне, можно в итоге получить 8 вариантов технических решений.
5.2. Модели системного анализа технических объектов Системное мышление формирует в сознании некоторые модели, позволяющие структурировать изучаемые объекты. При решении технических задач используется большое количество различных моделей. Рассмотрим модели, которые связаны с исследованием объектов как некоторой системы. Объектом моделирования могут быть как исследуемые или проектируемые ТС вЂ” конструкции и технологии, — так и проблемы и задачи, которые требуется решить. Разработка технического устройства часто начинается с разработки модели задачи в виде черного ящика (рис.
5.4). Под черным ящиком понимается ТО, который нужно создать для выполнения некоторой полезной функции. Название модели образно подчеркивает полное отсутствие сведений о внутреннем содержании «ящика», о его составе и связях между компонентами. Модель в виде «черного ящика» формируется у всех людей, которые пользуются, например, бытовой техникой, такой, как телевизор, холодильник, часы и др. Человек вникает в условия эксплуатации ТО, ос- Н аде истома рис. 5.4.
Модель то в виде черного явгика Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач 76 ваивает кнопки и ручки управления. Но он не задумывается о принципе работы устройства, какие физические процессы в нем происходят при его работе, какова его структура. Для того чтобы создать ТО, необходимо разобраться, как работает «черный ящик», и построить некоторые его модели. Для «ящика» известными являются: характер управляющего воздействия (вход); требуемые выходные реакции (выход); характер возможных внешних воздействий; ресурсы надсистемы — наличие материальных ресурсов (энергия, вода, воздух и т. и.), которые можно использовать для поддержания работоспособности создаваемого устройства и управления им; требования к качеству выполняемой функции, управления, контроля, диагностики работоспособности и т.
п. Основной смысл построения модели черного ящика — изучить взаимодействие объекта с надсистемой, внешней средой, в которую входит рассматриваемый объект как компонент, и понять, какие управляющие сигналы должны поступать на вход объекта, и в какие выходные сигналы они должны преобразоваться. Системный анализ заключается в выявлении полного перечня возможных внешних воздействий, управляющих команд и выходных реакций, соответствующих всем возможным вариантам работы системы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
