Лекция № 5 инженерные задачи

5.1. Классификация инженерных задач

Задача существует тогда, когда требуется перейти от одного состояния к другому, если существует более чем одно возможное решение, и если все возможные решения не очевидны. Мы привыкли (и так оно и есть) связывать образ инженера с созданием новых вещей здесь и теперь. Отсюда, инженерная задача имеет место, когда исходное состояние относится к действительному миру, а результирующее состояние - к возможному, будущему миру, т.е. инженер создает по словам Станислава Лема новую реальность.

Имеется, по крайней мере, два класса задач: поиска компромисса (оптимума) в рамках данных физических принципов действия и задач нахождения новых способов достижения результата - введение в рассмотрение новых вариантов путем изобретательства. Задачи конструкторские и изобретательские. Основная особенность этого различения - конструкторская задача исходит из имеющихся принципов, вариантов, а изобретательская нацелена на нахождение дотоле неизвестных вариантов.

Инженерная задача возникает всякий раз, когда требуется перейти от исходного состояния реальности A к желаемому состоянию реальности B, причём пути перехода заранее неочевидны, и их «цена» различна.

Конструкторская задача имеет место в том случае, если пути достижения состояния B в принципе ясны, и требуется  проектирование  изделия, технологии, системы мер.

Изобретательская задача имеет место в том случае, если конструкторская задача не имеет удовлетворительного решения, и требуется сотворить новый принцип достижения состояния В.

Задача проектирования - сложная комплексная задача, являющаяся совокупностью конструкторских задач, в которую могут иногда входить отдельные изобретательские задачи.

Задача изготовления - сложная комплексная задача, являющаяся совокупностью конструкторских задач, и, возможно, изобретательских.

Задача эксплуатации - является ли эта задача инженерной, или это задача техники?

Задача ликвидации - сложная комплексная задача, являющаяся совокупностью конструкторских задач, и, возможно, изобретательских.

Прямыми инженерными задачами являются конструкторские и изобретательские задачи стадий жизненного цикла изделия.

Обратные задачи - по элиминации нежелательных эффектов (НЭ) на разных стадиях жизненного цикла ТС делятся на четыре группы:

1. конструкторские задачи по ремонту и предотвращению НЭ;

2. выявление причин «брака функционирования» ТС в конкретном окружении (наблюденного НЭ) - инженерно-исследовательские задачи 1-го типа;

3. нахождение технических решений (ТР), устраняющих выявленный НЭ, - изобретательские задачи;

4. прогноз совокупности возможных НЭ (в особенности опасностей и аварий) - инженерно-исследовательские задачи 2-го типа.

5.2. Аналитическая работа при проектировании

В процессе анализа происходит отработка конструктивных вариантов, устанавливаются их размерные, динамические, энергетические и другие характеристики, кроме этого, оцениваются технико-экономические показатели, позволяющие сравнивать варианты между собой.

Всю совокупность аналитических работ при проектировании можно подразделить на два вида анализа: инженерный и технико-экономический.

В ходе инженерного анализа проводятся теоретические и экспериментальные исследования. В процессе теоретических исследований разрабатываются математические модели: формулы, неравенства, уравнения и т. п. Любая модель является идеализированным приближением к реальным процессам, протекающим при функционировании машины. Реальные физические явления, с которыми имеют дело инженеры, очень сложны и их никогда нельзя математически описать точно и в полном объеме. Поэтому всегда делаются допущения и обобщения, а также пользуются аппрок­симацией.

Для построения математических моделей от исследователя требуются не только глубокие знания, но и определенный опыт и интуиция. Искусство разработки моделей заключается в умении найти компромисс: с одной стороны модели должны быть достаточно детальными и сложными, чтобы отражать существо задачи и чтобы найденные с ее помощью результаты имели смысл, а с другой — модели должны быть достаточно простыми, чтобы было легко и удобно ими пользоваться в практической деятельности.

Надежное же суждение о правильности полученных числовых результатов расчета получают в ходе проведения экспериментов на опытных стендах, опытных образцах техники или уменьшенных моделях.

Инженерный анализ должен быть дополнен технико-экономическим; только на основе результатов того и другого анализов можно перейти к оптимизации, общей оценке и принятию окончательного решения.

Сложившаяся практика исследовательских и конструкторских организаций такова, что к технико-экономическому анализу обращаются на завершающих стадиях конструирования, когда конструкция почти готова и нужно «экономически» доказать ее целесообразность. Бывает и так, что никто из специалистов-разработчиков не думает делать экономический анализ, но вдруг ставится задача: рассчитать экономический эффект и в некоторых случаях лимитную цену. И тогда начинаются трудности с расчетами: не хватает каких-то данных, неизвестны способы расчета, не знают, где получить нужную информацию и насколько надежны полученные сведения и т. д. Этих проблем не будет, если технико-экономический анализ планируется и проводится на ранних этапах проектирования. В творческой бригаде разработчиков должен быть среди прочих специалистов и инженер-экономист.

Приближенные экономические оценки должны выполняться уже на стадии выбора идеи конструкции. Приступая к проработке конструкции, подразумевается, что новая идея (концепция) экономически целесообразна, т. е. все виды затрат на ее разработку и реализацию будут оправданы дополнительной прибылью. Прежде чем начать разработку конструкции, специалисты обсуждают и вопрос о том, насколько выгодной будет новая машина. Принимаемое при этом решение опирается на коллективный опыт, изучение состояния запросов потребителей, состояния хода разработки аналогичных машин в других фирмах и объединениях, решительность руководителей и специалистов пойти на некоторый риск. На протяжении всего процесса создания новой машины идет непрерывное отсеивание поступающих идей. Особенно много идей отсеивается на начальных этапах проектирования. Так, по данным американских предприятий из 60 идей, выдвигаемых на предпроектной стадии, остается для конструирования около десяти. В ходе конструирования отсеивается примерно 80% предлагаемых идей. И, наконец, примерно половина конструктивно проработанных идей и предложений, допущенных к осуществлению, не реализуется.

В технико-экономическом анализе новых конструкций машин могут использоваться наряду с математическими методами и экспертные методы.