Етапи життєвого циклу технічної системи

Життєвий цикл технічної системи складається з ряду послідовних етапів (табл. 1), кожен з яких вимагає специфічного підходу до вирішення поставлених або, вірніше, виникаючих завдань.

Таблиця 1 – Розподіл основних етапів життєвого циклу

технічної системи між організаціями

Технічні протиріччя. Найчастіше проблемні ситуації виникають на стадії створення технічних систем. Вивчення проблемної ситуації передбачає виявлення технічних протиріч, які можуть бути адміністративними, технічними і фізичними.

Адміністративні протиріччя – це протиріччя, які виникають на початку технічної задачі, коли треба приймати рішення: ким робити, хто фінансує, де робити і т.д.?

Технічні протиріччя – це протиріччя, які виникають вже в процесі створення або зміни параметрів технічної системи.

Фізичні протиріччя – це протиріччя, які виникають при взаємно протилежних вимогах до системи або до її окремих частин (наприклад, легка і міцна, стійка і мала опорна поверхні і т.д.).

Необхідно чітко розрізняти протиріччя, які виникають на стадії розробки технічного завдання (ТЗ) на технічну систему і на стадіях проектування і конструювання, виготовлення й експлуатації. Стадія розробки «ТЗ» призначена для вирішення питань «чому», що відноситься до науково-технічних завдань, на інших стадіях вирішуються питання «як робити».

Технічна творчість. Процес створення нових технічних рішень називають технічною творчістю. Технічна творчість припускає перетворення вже відомих знань, вчень і досвіду в нові технічні системи. Технічна творчість дуже різноманітна і відбувається у всіх областях техніки, вона може бути умовно поділена на такі види діяльності: інженерно-дослідну, інженерно-конструкторську та інженерно-технологічну. У першому випадку встановлюються нові закономірності процесів і технічних систем, дається відповідь на питання «чому це відбувається?». У другому – створюються нові технічні системи у вигляді робочої документації, моделей, макетів, а в третьому – у вигляді реальних технічних систем.

У наукових дослідженнях застосовується система наукового експерименту, суть якого зводиться до широкого використання різних способів моделювання технічних систем і математичної теорії планування та обробки результатів експерименту.

У загальному випадку сучасні наукові дослідження будуються за схемою: експеримент – побудова моделі, інтерпретація моделі та прийняття рішення про направлення подальшого дослідження.

При виконанні наукових досліджень однією з найважливіших задач є надання достовірного техніко-економічного обґрунтування проектованої технічної системи, при цьому використовуючи мінімальні фінансові витрати.

Інженерно-конструкторська творчість може бути розділена на проектування і конструювання.

Проектування являє собою етап пошуку науково обґрунтованих, технічно здійсненних і економічно доцільних інженерних рішень.

Конструювання – це етап створення робочої документації на конкретне, однозначне технічне рішення, яке було прийнято при проектуванні. Дуже часто вже в процесі конструювання технічної системи може прийматися нове оригінальне рішення і процес проектування вже проводиться повторно. Можна вважати, що процеси проектування і конструювання є взаємозалежними і доповнюють один одного. У процесі конструювання створюються загальні види, складальні одиниці, вузли та деталі у вигляді, зручному для розмноження і подання у процесі виготовлення.

Якість та надійність технічної системи багато в чому залежить від етапу проектування. Безперечно, без якісно виготовленої робочої документації навіть кращий проект залишиться просто пропозицією. Якість конструкторської продукції багато в чому залежить від кваліфікації фахівців проектно-технологічного відділу і часу роботи над проектом.

Конструювання – це також технічна система (процес), а робоча документація – технічна система (об'єкт). Для цих систем також необхідно в обов'язковому порядку виконати техніко-економічну оцінку, проводити аналіз варіантного проектування і вибір найбільш ефективного. При цьому необхідно враховувати наступний усереднений розподіл витрат на виготовлення робочої документації (рис. 2).

Рисунок 2 – Орієнтовний розподіл витрат на зарплату при створенні технічних систем

Психологічні можливості людини-конструктора, можливості сприйняття та оперування описом окремих елементів в процесі їх перетворення обумовлює необхідність розчленовування уявлення про проектовані технічні системи на ієрархічні рівні і блоки. Принцип ієрархічності означає структурування уявлень про об'єкти проектування за ступенем деталізації опису.

Переваги такого підходу – зведення завдань більш складного рівня до низки завдань малої складності – не викликає сумнівів і тому фахівцями всього світу застосовується ЕСКД (єдина система конструкторської документації), яка встановлює наступну ієрархію технічної системи типу «об'єкт» машинобудування: деталі, складальні одиниці, комплекси, комплекти. За аналогією можна розчленувати технічну систему типу «процес» на операції, процедури, етапи та стадії.

Творець технічних систем (конструктор) завжди змушений у достатній мірі знати дійсність (властивості матеріалів, допуски і посадки, нормативні документи, основні методи розрахунків тощо) і в той же час він повинен створювати щось нове, тобто достатньою мірою володіти науковим передбаченням.

Логіку проектувальника технічних систем і її взаємозв'язок з етапами проектування можна представити наступною таблицею (табл. 2).

Таблиця 2

Стратегія проектування технічної системи залежить від багатьох факторів: її складності, кваліфікації і кількості інженерів-проектувальників, які одночасно працюють над одним завданням, строками виконання, наявності відповідних програм і т.і.

Сказане вище говорить про те, що як етапи процесу проектування і створення технічної системи, так і конструкторські етапи мають багатоваріантний характер, що створює передумови вибору оптимального рішення.

ВАРІАНТИ ЗАВДАНЬ

Варіант завдання студент вибирає за двома останніми цифрами залікової книжки.

Контрольні запитання:

1. Дайте визначення категорії «життєвий цикл» технічної системи.

2. Що включає в себе структура життєвого циклу?

3. Назвіть основні етапи життєвого циклу.

4. Які типи суперечностей виникають в проблемній ситуації?

5. Чим відрізняються адміністративні протиріччя від технічних?

6. На які види діяльності можна умовно розділити технічну творчість?

7. Що таке науково-дослідна творчість?

8. Що таке проектування і конструювання?

9. Від яких факторів залежить якість проектної документації?

10. Назвіть характерний розподіл витрат на створення технічної системи?

ПРАКТИЧНА РОБОТА

«ПОБУДОВА РЯДІВ ТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ»

Мета роботи: навчитися будувати ряди технічних систем.

Порядок виконання роботи:

1. Дати визначення поняттям: параметр, ряд, ряд переважних чисел, модульний ряд, ряд золотого перетину, ряд Фібоначчі.

2. Згідно з завданням визначити перші десять членів рядів: Фібоначчі, модульного, мультиплікаційного і переважного.

ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ

Модуль (від лат. мodulus – міра) – в архітектурі і будівництві вихідна міра, прийнята для вираження кратних співвідношень розмірів комплексів, споруд та їх частин. У якості модуля беруть міру довжини (фут, метр), розмір одного з елементів будівлі або розмір будівельного виробу. Застосування модуля додає комплексам, спорудам та їх частинам співмірність, полегшує уніфікацію і стандартизацію будівництва.

Принцип (від лат. рrincipium – основа, початок) – основне вихідне положення будь-якої системи, теорії, світогляду, внутрішньої організації і т.п.

Модульне проектування передбачає наявність набору конструктивних і функціональних модулів – типорозмірних рядів. При модульному проектуванні в основі лежить технічне завдання на технічну систему, яка створюється шляхом численних переборів конструктивних модулів (КМ) і функціональних модулів (ФМ). Створення технічних систем з вже встановленого, економічно обґрунтованого ряду конструктивних і функціональних модулів дозволяє вже на стадії проектування отримати найбільше зниження вартості як проектних робіт, так і робіт з виготовлення.

Параметр – величина, що характеризує будь-які властивості технічної системи.

Сукупність параметрів визначають технічну характеристику системи: продуктивність, потужність, габаритні розміри і т.п. Послідовність числових значень такого параметру в певному діапазоні його значень називається параметричним рядом. Як правило, технічна система характеризується великою кількістю параметрів, але можна виділити з них головний параметр (який визначає її функціональне призначення), основні та допоміжні. Різновидом параметричного ряду є типорозмірний ряд. Він створюється на базі головного параметра, основні параметри якого характеризують найбільш істотні властивості технічної системи, її конструктивно-технологічні особливості. Допоміжні параметри найчастіше носять інформаційний характер (маса, к.к.д. і т.п.).

Формуючи нові технічні системи, необхідно виходити з того, що вони повинні містити найменше число модулів для забезпечення мінімальних витрат на її виготовлення та експлуатацію. Для можливості збірки технічної системи необхідно узгодити розташування модуль-вузлів як по горизонталі (на одному рівні), так і по вертикалі (на інших рівнях). Всі відомі системи узгодження параметрів базуються на таких основних принципах: пропорційності, адитивності, мультиплікативності.

Принцип пропорційності полягає в тому, що основні параметри технічної системи пропорційні одному, що вважається головним.

Принцип адитивності (від лат. аdditivus – додає, отриманий шляхом додавання) базується на наступному – параметри Т-системи укладаються у ряд чисел, що утворюється шляхом послідовного додавання.

Принцип мультиплікативності (від лат. мultiplicus – множити, що отримується шляхом множення) полягає в тому, що параметри виробу укладаються в ряди чисел, що утворюються шляхом множення на постійний множник.

Метод пропорційності заснований на припущенні, що все розміри технічної системи пов'язані один з одним кількома функціональними залежностями. Звідси – можливість висловлювати всі розміри через головний параметр. Наприклад, для бульдозера можна записати наступні співвідношення тягового зусилля, ваги, параметрів відвалу через потужність двигуна; для екскаватора – параметри бази, ковша, довжини робочого устаткування та інші через місткість ковша.

Метод відносних розмірів застосовується в різних варіантах та в різних галузях. Його недоліком є недостатня точність і умовність застосовуваних розмірів. В даний час метод пропорційності знаходить широке застосування при виборі параметрів найпростіших технічних систем (болтів, гайок, різців і т.п.).

Адитивні системи узгодження в кінцевому підсумку використовують визначені ряди чисел, найбільш поширеними з яких є: числа Фібоначчі, золотого перетину, модульні і переважні числа. Теорія чисел Фібоначчі (італійський математик Леонардо Пізанський) була розроблена ще в 1202 році. Ряд Фібоначчі – це послідовність чисел, в якій кожен наступний член ряду дорівнює сумі двох попередніх:

Ряди та їх властивості дуже різноманітні і залежать від виду перших двох членів. Найбільш широко використовується цілісно числовий ряд Фібоначчі: 1; 1; 2; 3; 5; 8; 13; 21; 34; 55; 89; 144 і т.д. Як видно, значення членів ряду спочатку ростуть повільно, а потім їх зростання стає стрімким. Наприклад, дванадцятий член ряду а₁₂ = 377, тобто у багато разів перевищує значення першого члена а₁ = 1.

Ряд золотого перетину (золотий ряд) являє собою послідовність чисел, яка підпорядковується закону

Золотий перетин – це такий пропорційний розподіл відрізка (рис. 1) на нерівні частини, при якому весь відрізок так відноситься до більшої частини, як сама велика частина відноситься до меншої, або іншими словами, менший відрізок так відноситься до більшого, як більший до всього

a: b = b: c або с: b = b: а.

Рисунок 1 – Схема розбиття відрізка по методу золотого перетину

Прямокутник з таким відношенням сторін стали називати золотим прямокутником. Він також володіє цікавими властивостями. Якщо від нього відрізати квадрат, то залишиться знову золотий прямокутник. Цей процес можна продовжувати до нескінченності. А якщо провести діагональ першого і другого прямокутника, то точка їх перетину буде належати всім одержуваним золотим прямокутникам.

При створенні технічних систем в будівництві широко використовуються модульні системи. У простому вигляді ряд, побудований за модульною системою, представляє ряд, побудований за арифметичною прогресією

,

де – лінійний модуль; – член ряду.

Ряди, побудовані на основі залежності арифметичної прогресії, мають дещо більше розбіжностей в числах перших членів ряду і загущеність в зоні великих величин. Іноді значення лінійного модуля .

Щоб зменшити кількість членів великих значень ряду, можуть бути використані модульні системи східчасто-арифметичної прогресії: одно-, двох- навіть трьохмодульні.

Мультиплікаційні ряди в основному базуються на використанні закономірностей геометричних прогресій

,

де – знаменник прогресії; – номер -го члена ряду.

Змінюючи значення першого члена ряду і знаменника прогресії, можна створити незліченну кількість числових рядів. В даний час рекомендуються до використання чисельні ряди, у яких в якості знаменника ряду використовується число рівне або .

При створенні технічних систем протягом ряду століть використовуються чисельні ряди, у яких знаменником є число рівне . Розглядаючи питання про вибір чисельних рядів для створення різноманітних технічних систем, аналізу піддавалися ряди, в яких застосовувалися різні значення біля кореня .

У 1953 році багатьма країнами було прийнято до використання міжнародну систему побудови числових рядів. Ці чисельні ряди отримали назву рядів переважних чисел (табл. 1).

Ряди переважних чисел (РПЧ) представляють собою десяткові ряди геометричної прогресії виду

,

тобто знаменник ряду ,

де – номер ряду = 5; 10; 20; 40 і 80.

Таблиця 1 – Основні ряди переважних чисел

Примітка. Розрахункові величини чисел, зазначені в таблиці, являють собою величини, обчислювані з точністю до 5-ї значущої цифри; при цьому похибка в порівнянні з теоретичною величиною становить менше 0,00005

Залежно від узгодження параметрів Т-систем необхідно використовувати той чи інший номер ряду. Наприклад, для призначення головного параметра – місткості ковша екскаватора одноківшового застосовується ряд R5, відповідно знаменник ряду дорівнює і ряд по ємності ковша (м³) представляє: 0,15; 0,25; 0,4; 0,65; 1,1; 1,6; 2,5.

При призначенні головного параметра самохідних стрілових кранів (вантажопідйомності) також прийнято ряд R5 і вантажопідйомність крана (т) представляє: 4; 6; 10, 16, 25; 40; 64; 100; 160; 250 і т.д.

У багатьох країнах існують національні стандарти на ряди переважних чисел (РПЧ). У них внесені зауваження за ступенем округлення чисел з тих чи інших членів ряду, по з'єднанню деяких позитивних якостей ряду з позитивними якостями рядів на основі арифметичної прогресії та ін.

ВАРІАНТИ ЗАВДАНЬ

Студент вибирає варіант завдання за останніми двома цифрами залікової книжки (табл. 2 і 3).

Таблиця 2 – Варіанти завдань для ряду Фібоначчі і модульного ряду

№ залікової книжки	Фібоначчі	модульного	№ залікової книжки	Фібоначчі	модульного

Таблиця 3 – Варіанти завдань для мультиплікаційного і

переважного рядів

№ заліової книжки	мультипліка-ційний	переважний	№ заліової книжки	мультипліка-ційний	переважний
				ряд					ряд
		1.2		R5			2.2		R20
		1.2		R10			2.2		R40
		1.2		R20			2.2		R5
		1.2		R40			2.2		R10
		1.2	1,6	R5			2.2		R20
		1.2	1,6	R10			2.2		R40
		1.2	1,6	R20			2.2		R5
		1.2	1,6	R40			2.2		R10
		1.2	2,5	R5			2.2		R20
		1.2	2,5	R10			2.2		R40
		1.5	2,5	R20			2.5	1,6	R5
		1.5	2,5	R40			2.5	1,6	R10
		1.5		R5			2.5	1,6	R20
		1.5		R10			2.5	1,6	R40
		1.5		R20			2.5	2,5	R5
		1.5		R40			2.5	2,5	R10
		1.5	6,3	R5			2.5	2,5	R20
		1.5	6,3	R10			2.5	2,5	R40
		1.5	6,3	R20			2.5		R5
		1.5	6,3	R40			2.5		R10
				R5			3.5		R20
				R10			3.5		R40
				R20			3.5	6,3	R5
				R40			3.5	6,3	R10
				R5			3.5	6,3	R20
				R10			3.5	6,3	R40
				R20			3.5		R5
				R40			3.5		R10
				R5			3.5		R20
				R10			3.5		R40
				R20			4.5		R5
				R40			4.5		R10
			1,6	R5			4.5		R20
			1,6	R10			4.5		R40
			1,6	R20			4.5		R5
			1,6	R40			4.5		R10
			2,5	R5			4.5		R20
			2,5	R10			4.5		R40
			2,5	R20			4.5	1,6	R5
			2,5	R40			4.5	1,6	R10
				R5				1,6	R20
				R10				1,6	R40
				R20				2,5	R5
				R40				2,5	R10
			6,3	R5				2,5	R20
			6,3	R10				2,5	R40
			6,3	R20					R5
			6,3	R40					R10
				R5					R20
				R10					R40

Контрольні запитання:

1. Дайте визначення поняттям «модуль» і «принцип».

2. Що передбачає модульне проектування?

3. Що називається параметром?

4. Чим відрізняється головний параметр від допоміжного?

5. Складіть схему формування типорозмірних рядів.

6. На чому базуються відомі методи узгодження параметрів технічних систем?

7. У чому суть принципів пропорційності, адитивності і мульти-плікативності?

8. Який основний недолік методу відносних розмірів?

9. У чому суть чисельного ряду Фібоначчі?

10. У чому суть ряду «золотого перетину»?

11. На чому ґрунтуються мультиплікаційні ряди?

12. Що являють собою ряди переважних чисел?

13. Назвіть основні ряди переважних чисел?

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Васильев А.Л. Модульный принцип формирования техники.- М.: Издательство стандартов, 1989.- 240 с.

2. Воробьев Н.И. Числа Фибоначчи.- 5 изд.- М.: Наука, 1984.- 144 с.

3. Пенчук В.А. Теория технических систем и история инженерной деятельности. Учебное пособие.- Макеевка: ДонНАСА, 2006. – 243 с.

4. Ряды. Дороговцев А.Я. Киев.: Изд-во объединения «Вища школа», 1978.- 112 с.

5. Хубка В. Теория технический систем: Пер. с нем. – М.: Мир, 1987.- 208 с.

НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ

Поиск по сайту: