А.В. Ревенков - Учебник - Теория и практика решения технических задач (1249576), страница 41
Текст из файла (страница 41)
д. Внедрение новшеств в ТС направлено на усиление ее полезных свойств. Все компоненты, как правило, не совершенствуются, совершенствуется один, а остальные изменяются так, чтобы была достигнута З82 Раздел 2. Приемы и иетоды решения технических задач согласованность их работы. Это приводит к неравномерности развития компонентов ТС. Закономерность взаимосвязанного развития нацеливает разработчика на проведение анализа последних достижений в смежных отраслях науки и техники для того, чтобы использовать их в своей разработке.
Однако Г. И. Иванов отмечает, что у этого закона есть еще один важный аспект [5Ц: «... Цицерон говорил: "Во всяком войске есть тот, кто идет впереди". В технической системе впереди идет рабочий орган.... Часто изобретатели совершают ошибку, упорно развивая двигатель, трансмиссию, управление, но не рабочий орган.
Никогда такая техника не дает значительного прироста экономического эффекта...». Действительно, история техники показывает, что существенный прорыв в техническом прогрессе всегда наблюдался при совершенствовании РО. И это, как правило, происходило при переходе на другой, более совершенный принцип действия. Например, замена хирургического скальпеля на луч лазера позволила осуществлять немыслимые ранее операции.
Пайку жалом паяльника все чаще заменяют бесконтактной лучевой пайкой или пайкой горячим воздухом. В металлообработке можно наблюдать, как интенсивно совершенствуются привод, трансмиссия, органы управления (см. например, рис. 7.31) — все это направлено на повышение производительности и расширение технологических возможностей обработки. Однако значительный вклад в повышение ГПФ давало совершенствование РО: внедрение твердого сплава в качестве режущей части (например, Т15К6), эльбора, применение инструмента с изменяемой геометрией, наложение ультразвуковых колебаний на режущий инструмент и, наконец, изменение принципа действия: электрофизические и электрохимические методы обработки, повышение технологических характеристик процессов объемного формования, порошковой металлургии для изготовления деталей.
Таким образом, желательно, чтобы концептуальное решение РО опережало в своем техническом развитии все остальные компоненты ТС, как в смысле уровня выполнения функции, так и по физическому принципу. При выполнении этого условия прогрессивное решение РО потребует согласования с ним технических характеристик всех остальных компонентов ТС, что также повлечет за собой их усовершенствование. Графически закономерность опережающего развития РО и свертивиния-развертывания представлена на рис. 7.32. При создании новых ТО использование этой закономерности предполагает исследование возможностей применения научных и технических достижений, полученных в других областях, особенно тех, которые к моменту начала создания ТО уже получили бурное развитие и имеют широкую производственную базу.
7. Принципы строения н закономерности развития технических систем 183 Качество выполнения ГПФ Рис. 7.33. Иллюстрация закономерности оцеренающего развития РО Пример 7.34. Самолет «Сталь-2». В начале 30-х г. ХХ в. был выпущен пассажирский самолет «Сталь-2». Основным конструкцнонным материалом была сталь «Энеж-6» в вице различных профилей. Обшивка самолетов была полотняная [96). Закономерность взаимосвязанного развития послужила Альтшуллеру основой для разработки сильного инструмента исследования технических решений. Его называют системным оператором или многоэкранным (полиэкранным) мышлением (рис. 7.33).
Прошлая Генезис Будущая надсистема Б о. « — — Э О о о о, о о М о и ю щ система Будущая система п Генезис Прошлая подсистема Будущая подсистема Рис. 7.33. Схема многозкранного мышления Альтшуллер отмечал: «Талантливое воображение одновременно зажигает три экрана: видны надсистема (группа деревьев)„система (дерево), подсистема (лист). Конечно, это минимальная схема. При необходимости включаются и другие экраны: наднадсистема (лес) и подпол- Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач система (клетка листа). А главное, все это видно в развитии, потому, что работают боковые экраны, показывающие прошлое и будущее на каждом уровне.
Девять (минимум девять!) экранов системно и динамично отражают системный и динамичный мир» [41. В качестве подсистем в первую очередь следует рассмотреть РО, ПЭ, ОУ, Тр, затем другие компоненты, выполняющие вспомогательные и дополнительные функции. Закономерность взаимосвязанного развития совместно с законом повышения степени идеальности и закономерностью свертывания — развертывания позволяет представить, каким должно быть идеальное техническое решение, ИКР, в каком направлении необходимо продвигаться от прототипа, в какой компонент надо стремиться свернуть ТС. 7.3.7.
Закономерноспзь спирального развитпия пзехники В истории развития техники многократно наблюдались случаи использования принципов действия, которые когда-то давно применялись, а затем от них отказались по каким-либо причинам. Но наступает время когда этот принцип действия или способ возрождается на новой основе, на более высоком техническом уровне. Например, реактивные снаряды использовались английским флотом в 1807 г. при штурме Копенгагена, русской армией во время Крымской войны в 1853 г.
при штурме крепости Ак-Мечеть. Затем этот принцип действия не получил широкого применения, практически был забыт до Второй мировой войны. Во второй половине Х1Х в. перестали использовать гладкоствольные орудия, заряжаемые с дула, — их заменили нарезные орудия, заряжаемые с казенной части. В 30-х годах ХХ в. появились гладкоствольные минометы, заряжаемые с дула.
Пример 7.35. Авиационная фанера — комнознтный материал (КМ). До середины 20-х годов ХХ в. основными конструкционными материалами самолетов были сосна, авиационная фанера и полотно 19б1. Для изготовления фанеры использовались казеиновые и альбуминовые клеи. В районах с повышенной влажностью конструкции поражались гнилостными грибками. Для борьбы с этим явлением были изысканы антисептики лля пропиткн древесины. В середине 20-х годов ХХ в. началось производство металлических конструкций, которые постепенно, по мере развития производства алюминиевых сплавов и освоения технологии изготовления конструкций вытесняли деревянные.
Потребовалось более 20 лет упорной работы ученых, чтобы преодолеть трудности, связанные с освоением и применением высокопрочных сплавов. В середине ХХ в. начали применять композитные материалы; сначала для изготовления деталей интерьера самолета, затем — для изготовления силовых конструкций. Но фанера тоже композитный материал, только его так тогда не называли.
7. Принципы строения и закономерности развития технических систем В конце 30-х годов ХХ в. была создана бакелитовая фанера, в которой использовался фенольно-формальдегидный клей. Была разработана технология изготовления обшивок самолета методом выклейки из древесного шпона на синтетических клеях, с применением резиновых мешков, при помощи которых создавалось давление при склейке.
К этому же времени относится создание высокопрочного древесного пластика — дельты-древесины, представляющей собой склеенный фенольно-формальдегидным клеем марки ВИАМ-Б-3 слоистый материал из березового шпона. Этот материал обладал высокой удельной прочностью, и применялся для изготовления лонжеронов самолетов-истребителей. Таким образом, основы технологии изготовления конструкций из современных композитных материалов закладывались еше в 30-х годах ХХ в. В настоящее время применяются волокнистые композитные материалы на основе стеклянных, углеродных, органических волокон с использованием различных связующих: эпоксидных, фенольных, полиэфирных и других смол. Армированные КМ представляют собой металлическую или полимерную матрицу, упрочненную высокомодульными волокнами бора и углерода, карбидов и нитридов металлов, а также высокопрочными волокнами металлов или дисперсными частицами кислородных соединений, которьге обладают высоким модулем упругости, прочностью, жесткостью, жаропрочностью.
Например, композитный материал — алюминий, армированный бороволокном (50 % объема), обладает прочностью 110...1200 МПа (110...120 кг/ммз). (У самых высокопрочных конструкционных алюминиевых сплавов 500...550 МПа (50...55 кг/ммз).) Его модуль упругости составляет 250000 вместо 70 000 МПа, а предел усталости — 600 МПа, вместо 150...160 Мпа у применяемых в настоящее время алюминиевых сплавов.
Развивается система методов прогнозирования сроков службы полимерных материалов. Без этого невозможно широкое применение КМ в конструкциях. В армированных КМ принципиально новым является то, что материал становится все более конструктивно чувствительным. Если раньше одним из основных требований к материалам было обеспечение максимальной равномерности свойств во всех направлениях, то главным условием дальнейшего совершенствования конструкции является использование анизотропии для формирования механических свойств в нужном направлении с учетом особенностей работы конкретных конструкций.
Размещением и ориентацией в пространстве армируюших волокон можно существенно улучшить работоспособность конструкции. Анизотропия свойств материала, с которой ранее боролись, в настоящее время становится средством для создания принципиально новых конструкций. Таким образом, развитие техники идет„образно говоря, по спирали, возвращаясь в своем развитии к старым решениям, но на следующем витке — на более высоком техническом уровне. Недаром в жизни быту- Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач 186 ет афоризм «Все новое — это хорошо забытое старое». Поэтому каждому специалисту необходимо знать историю развития техники не только в своей области, но и в смежных отраслях, систематизировать принципы действия, которые применялись в различных технических решениях, в том числе, и ранних, и это позволит находить новое их применение.
Вопросы для самопроверки 1. В чем заключается эвристическая ценность таких идеализирующих абстракций как идеальный конечный результат, идеальное техническое решение? 2. В чем разница конструктивного и функционального подходов повышения идеальности? 3. Перечислите приемы функционального подхода для повышения идеальности ТО. 4. В чем заключается сущность принципа соответствия функции и структуры? 5. В чем разница проявления принципа энергетической проводимости для ТО 1-й и 2-й групп? б. В каких аспектах можно рассматривать принцип энергетической проводимости? 7.
В чем эвристическая ценность принципа энергетической проводимости? 8. Назовите виды согласований в ТО. 9. В чем заключается эвристическая ценность принципа согласования-рассогласования? 10. В чем заключается принцип П. Кюри? Как его использовать при решении задач? 11. Как используется закономерность стадийного развития при решении технических задач? 12. Какое практическое значение имеет знание закономерности конструктивной эволюции? 13. В чем сущность динамизации ТС? 14. В чем заключается закономерность перехода с макро на микроуровень? 15. Что означает выражение: «вытеснение человека из ТС»? 16. Приведите примеры свертывания-развертывания ТС и поясните смысл этого перехода.
17. Что дает знание закономерности свертывания-развертывания? 8. ПРОТИВОРЕЧИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ Решение любой технической задачи начинается с анализа проблемы. Результатом этого анализа является постановка и формулировка задачи, которую нужно решать.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
