Объекты научно-технической  деятельности

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 9Следующая ⇒

2.2.1. Технические системы (общие понятия)

По мере углубления знаний человека о природе, выяснения степени сложности мира и его элементов, обнаружения всеобщих связей между ними утверждается представление о мире как о едином целом – о системе. Поэтому одной из характерных особенностей науки и техники на современном этапе является широкое использование системного подхода, который ориентирует исследователя и инженера на раскрытие целостности объекта, выявление раз­нообразных связей, как внутренних, так и внешних, сведение в единую карти­ну всех знаний об исследуемом объекте.

Системный подход к развитию техники означает умение видеть, вос­принимать, представлять как единое целое исследуемую (создаваемую, проек­тируемую, совершенствуемую, восстанавливаемую) систему во всей ее слож­ности, со всеми связями, изменениями, сочетая разные, но взаимодополняю­щие друг друга подходы. Такими подходами являются следующие:

    компонентный,  изучающий  состав  системы  (надсистемы, подсистемы, элементы);             

   структурный  (взаимное расположение элементов в пространстве и во времени, связи между ними);

   функциональный  (функционирование  системы,  взаимодействие  ее  под-

систем, элементов);

   генетический  (история  развития  системы – возникновение и становление,

этапы изменения и совершенствования, смена разновидно­стей).

Природная способность системного мышления – редкий дар, но эту способность можно и нужно в себе создавать как исследователю, так и инженеру.

Системой называется некоторое множество взаимосвязанных элементов, обладающее свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов. Так, система «самолет» способна летать в воздухе, но ни один из ее элементов в отдельности не имеет такой возможности; система «локомотив» может осуществлять тягу поездов; система «компьютер»  выполняет арифметические и логические операции, перерабатывать информацию, но  ни  один  из  элементов  этих  систем  не  имеет  возможности самостоятельно вы­полнять указанные системные функции.

Системное свойство может быть полезным для человека (то свойство, ради  которого  система  создана)  и  вредным,  побочным, получившимся в ре­зультате создания системы наряду с полезным (достигаемым) свойством. Часто появление вредного свойства оказывается неожиданным. Много­численными  примерами  появления нежелательных свойств  являются  негативные эколо­гические  последствия  применения  многих   технических   систем (например, разрушение озонового слоя атмосферы под действием фреона, используемого в холодильниках и в ряде производств).

Элементы, составляющие систему, называются подсистемами, которые в свою очередь, являются системами для своих элементов-подсистем и т. д. На­пример, система «тепловоз» состоит из элементов-подсистем: ходовая часть, двигатель внутреннего сгорания, тяговая передача, кузов, вспомогательные  агрегаты и  оборудование.  В  свою  очередь тепловозный дизель состоит из ос­това, движущего механизма, устройств подготовки и подачи топлива, воздуха, охлаждения нагревающихся деталей и т. д.

Если  состав  подсистем  (элементов)  конкретной системы достаточно оп­ределен, то надсистемы у нее могут быть разные, в зависимости от точки зре­ния. Например, система «тепловоз» может считаться элементом надсистемы «парк тепловозов депо А» или же входящим в надсистему «совокупность ав­тономных локомотивов».

Бесчисленное многообразие систем следует разделить на природные и искусственные системы, созданные человеком, как правило, целе­направленно. Природных систем, разумеется, бесконечное множество.

Чело­вечество существует среди таких систем, как планета «Земля», материк «Евра­зия», гидросфера Земли, атмосфера Земли, флора, фауна – это все мы считаем макромиром, природой, частью (или подсистемой) которых является само человечество. Материальный мир Земли как системы, в которой мы живем, состоит из веществ и полей как элементов, которые состоят из химических элементов и далее – из молекул, атомов, элементарных частиц, что мы называ­ем «микромиром»; с другой стороны, Земля является подсистемой Солнечной  системы,  и  далее – Галактики, Метагалактики, Вселенной, что мы называем «мегамиром». В соответствии с этой иерархией процесс познания человеком природы направлен, с одной стороны, вглубь микромира, с другой – в область необъятного мегамира.

Предметом нашего изучения являются искусственные системы, создан­ные целенаправленно человеком, т. е. технические системы различного назна­чения. Техническая система (ТС) может состоять из элементов, каким-либо образом размещенных и связанных между собой в пространстве (устройств, деталей, материалов, веществ), или из элементов, связанных между собой во вре­мени (из технологических операций, процессов, способов). Например, технология изготовления статора асинхронного электродвигателя входит в надсистему «технология  изготовления  двигателя»  и  включает  в  себя  ряд  подсистем (элементов): «штамповка железа», «изготовление обмотки», «сборка», «прес­совка» и т. д.

Целью создания систем, развернутых во времени, является производство или обработка веществ, устройств, энергии или информации. Такие техниче­ские системы называются технологическими процессами (ТП). Соответствен­но система, развернутая в пространстве, создается для осуществления какого-либо действия, технологического процесса и называется техническим объек­том (ТО). В связи с этим все технические системы можно разделить на два класса: технические объекты и технологические процессы.  Таким  образом,  оба  вида  технических систем неразрывно связаны, дополняют друг друга. Между ними существует множество аналогий в развитии, поэтому они в дальнейшем будут рассматриваться параллельно.

Любая техническая система, точнее – технический объект, создается для  вы­полнения  некоторого  комплекса  полез­ных  функций и достижения определенных целей, среди которых можно выделить ос­новные, второстепенные, вспомогательные. Например, система смазки в ДВС создается для выполнения основной функции – обеспечения жидкостного трения между трущимися деталями, но, кроме этого она осуществляет защиту деталей от корро­зии, отвод тепла от трущихся пар, удале­ние от них продуктов износа, уплотнение газового стыка между поршнем и цилин­дром.

Любую  техническую  систему можно рассматривать как некоторый передаточ­ный механизм, реализующий определенную связь между ее входом и выходом (рис. 1). Связь эта осуществляется с помощью функциональных звеньев – преобразова­телей, превращающих действие на входе в действие  на  выходе  в техническом  объ­екте или состояние на входе в со­стояние на выходе в технологическом процессе.

Хим. энергия

топлива

Цилиндры

Потенц. энергия

сжатого и

нагретого газа

Кривошипно-

шатунный

 механизм

Мех. энергия

вращения

коленчатого вала

                                                        а

Хим.

энергия

топлива

Дизель

Мех.

энергия

М_крд n

Главный

генера-

тор

Эл.

энергия

I_r U_r

Тяговые

электрич.

 двигатели

Мех.

энергия

М_кр1 n₁

Зуб-чатая

передача

Мех.

энергия

М_кр2 n₂

Колесная пара

в сцеплении

 с рельсом

Мех.

энергия

F_т V

                                                        б   

Рис. 1. Схема соединения функциональных звеньев в системах

и преобразования энергии в них: а – тепловозный дизель; б – тепловоз

Звенья, в свою очередь, состоят из функциональных элементов. Кроме основных функциональных элементов в системе всегда присутствуют и вспомогательные – так называемые системообразующие, которые обеспечивают сущест-вование   системы  как  целого  (корпуса, шасси, рамы и т. д.), а  также подсисте-

мы,  обеспечивающие  нормальную  работу  системы  (защитные,  сервисные  и  др.).

Техническая система называется полной, если она имеет все необходимое для выполнения своих функций без участия человека. Подавляющее большинство известных технических систем – неполные, т. е. функционируют с участием человека (оператора).

За реализацию (получение) полезных функций технической системы человеку необходимо расплачиваться. Факторы расплаты включают в себя различные затраты на создание, эксплуатацию, ремонт, утилизацию системы, т. е. все, чем общество должно расплачиваться за получение данной функции, в том числе и все создаваемые системой вредные последствия (пример автомобиля: cтоимость создания, эксплуатации, ремонта, вредное влияние на окружающую среду, затраты на гаражи, дороги; гибель людей на дорогах и т. п.).

Технические системы развиваются во времени. Развитие ТС – процесс перехода (перевода) из одного состояния в другое, от старого к новому, от прос-того к сложному, от низкого к высокому. Это раз­витие ТС оценивается увеличением «степени идеальности», т. е. отношения суммы полезных функции Ф_п к сумме n факторов расплаты Ф_р:

                                              ,                                                            (1)

которое следует всемерно увеличивать. При этом увеличение  И  возможно за счет увеличения числителя (полезные функции), а также уменьшения знаме­нателя (факторы расплаты), т. е.

                                 ∞, ∑Ф_п        ∞, ∑Ф_р        0.                   (2)

  Выражения (1), (2) в  самой  общей форме выражают вектор развития техники, создаваемой человеком для удовлетворения своих постоянно растущих по­требностей.

2.2.2. Стадии «жизни» развивающихся технических систем

История человечества свидетельствует о том, что создаваемые и исполь­зуемые орудия труда, технические средства со временем изменялись, виды техники  сменяли друг друга (например, для транспортной функции: катки – колесо – тачка – телега с лошадью – конка на рельсах – паровоз – тепловоз – электровоз – газотурбовоз). Множе­ство подобных примеров подтверждает, что орудия труда, технические сис­темы развиваются во времени. Что же движет процессом изменения техники, ее развития? Каково направление этого развития, что обеспечивает выживае­мость новых видов техники? Существуют  ли  устойчивые  закономерности раз­вития техники? Чтобы ответить  на  эти  вопросы, рассмотрим стадии «жизни» развивающихся технических систем.

Развивающаяся техническая система – достаточно сложная система, претерпевающая за  время своего  существования  ряд  последовательных модерни-

заций, либо ряд систем, сменяющих друг друга и связанных общностью главной функции, отличающихся друг от друга направленным изменением каких-либо параметров. В истории развития практически любой технической системы определенного функцио­нального назначения можно выделить аналогичные этапы.

1. Рождение системы. Новая техническая система появляется на опре­деленном уровне развития науки и техники, когда выполнены два главных условия: есть потребность в этой системе и имеются возможности ее реализации. Часто эти условия появляются одновременно, обычно при этом одно стимули­рует появление другого. Обстоятельства рождения новой технической систе­мы определяются уровнем ее новизны.

Наибольшей новизной обладает пионерная система, не имеющая аналогов, созданию которой нередко предшествуют многолетние мечты и чаяния человечества, отраженные в эпосе, фольклоре, сказках (ковер-самолет, сапо­ги-скоро-ходы, шапка-невидимка и т. п.), а также неоднократные неудачные попытки осуществления (легенда о Дедале и Икаре, попытки братьев Монгольфье использовать воздушный шар для полета в воздухе).

Принципиально новые системы создаются также для выполнения функ­ций, ранее  выполнявшихся  человеком  (например, суппорт), и для замены уже существующей   системы   (ламповый   триод    --------------------------------------- ►    полупроводниковый   тран­-

зистор).

Еще один вид новизны – принципиально новое применение существую­щих систем, часто дающих начало новой системе (при эксплуатации электро­лизных ванн для разложения воды на водород и кислород обнаружено повышение концентрации тя­желой воды; на этой основе создана система для получения тяжелой воды, не­обходимой для атомной промышленности).

2. Детство  технической  системы. Новая  система  обычно  весьма  прими­-

тивна, обладает массой недостатков, поэтому тут же начинается работа по ее совершенствованию: поиск наилучшей конструктивной реализации; выявление не предполагаемых ранее функциональных возможностей (творчество из­готовителя суммируется с творчеством эксплуатационника, ремонтника; новые свойства обнаруживаются  в  эксплуатации  во  взаимодействии  со  средой,  надсистемой и т. д.).

При этом новая система часто принимается не всерьез, иногда становит­ся игрушкой, забавой для аристократов и чудаков, поэтому развития почти нет, эффективность использования низка. На этом этапе главной движущей силой развития технической системы является личный интерес ее создателей (энтузиазм, тщеславие, спортивный дух, надеж­да на обогащение и т. п.). Сопротивление же обычно велико. Основная работа на первом этапе – снижение факторов расплаты: увеличение надежности, безаварийности, удобства и т. д. Когда полезность системы осознается общест­вом, а уровень факторов расплаты снижается до приемлемого, начинается но­вый этап в ее развитии.

       3. Период интенсивного  применения и развития технической системы. Ос-

новным содержанием этого этапа является быстрое, лавинообразное, напоминающее цепную реакцию развитие. Характерной чертой данного этапа развития становится активная экс­пансия новой системы – она вытесняет из экологических ниш другие, уста­ревшие, порождает множество модификаций и разновидностей.

     Так, к 1914 г. конструкции самолетов стали более отработанными, суще­ственно снизилось количество аварий. Начавшаяся мировая война повысила уровень допустимости факторов расплаты. Одновременно резко поднялась по­требность в самолете, появились новые функции,  связанные  с  его военным применением. Все это вызвало настоящий самолетный бум: открываются многочисленные авиационные конструкторские бюро, на самолетостроение выделяются значительные средства, идет обучение летчиков. В  результате  за  четыре года (1914 – 1918)  самолет превратился в мощную, надежную, эффективную боевую машину, его ско­рость увеличилась почти  вдвое. Самолет  на  этом этапе развития вытеснил аэ­ростаты и дирижабли, во многих случаях заменил дальнобойную и противотан­ковую артиллерию, начал выполнять транспортные, разведывательные и многие другие функции. Возникла специализация: истребители, бомбарди­ровщики, разведчики, самолеты сухопутные и морские, на колесах и на лы­жах, транспортные, связные и т. п.

Главной  движущей  силой  развития  на этом этапе становится обществен­ная потребность, которая проявляется в виде определенного рода требований или претензий к системе со стороны надсистемы, окружающей среды.

Часто из-за взаимного влияния систем друг на друга возникает ускоренное развитие по типу положительной обратной связи – развитие  снаря­дов способствует ускоренному совершенствованию брони, а это, в свою оче­редь, вызывает ускорение развития снарядов и т. д.

     Аналогичные положительные обратные связи возникают в развитии конструкции и технологии производства изделий (новые конструктивные ре­шения требуют развития технологии, а улучшение технологии  позволяет  реа­лизовать  новые  конструктивные  решения). Такой процесс во многом схож с параллельным  развитием  (коэволюцией)  в  биологических  системах  типа  «хищник – жертва».

Силы торможения, характерные для предыдущего этапа, ослабляются и  постепенно  исчезают. Появляются  новые  тормозящие  развитие  факторы (не-

хватка  обученных  людей,  нужного оборудования, ресурсов, отсутствие теоре-

тического обоснования). В этом случае развитие замедляется, но ненадолго – общество мобилизует силы и средства для преодоления трудностей.

На этом этапе техническая система становится экономически выгодной и эффект  от  ее  использования возрастает из-за увеличения масштабов производства. Однако к концу этапа, несмотря на все возрастающий вклад сил и средств в развитие системы, улучшение ее важнейших характеристик замедляется. В развитии системы наступает следующий этап.

    4. «Старость» и «смерть» технической системы. Основным содержанием данного этапа является стабилизация, отсутствие роста параметров системы. Небольшой прирост их еще наблюдается в начале этапа, но в дальнейшем практически сходит на нет, несмотря на то, что вло­жение сил и средств растет. Резко увеличиваются сложность, наукоемкость системы, даже незначительное  улучшение параметров требует, как правило, серьезных исследований. Вместе с тем экономичность системы остается еще высокой, потому что даже небольшое усовершенствование, помноженное на массовый выпуск, оказывается эффективным.

Движущей силой развития на этом этапе остается потребность общества, хотя по ряду систем оно может быть вполне удовлетворено достигну­тым  уровнем  и  может не  нуждаться в улучшении. В этом случае затраты общества на развитие  системы  резко  снижаются, так  как они связаны именно с попытками

совершенст­вования,  а воспроизводство системы может быть достаточно дешевым, более того, затраты на него будут снижаться за счет повышения общего уровня тех­нологии.

Необходимо отметить, что отказ общества от направленного совершен­ствования старых систем вовсе не обозначает полного прекращения их разви­тия. Старые системы улучшаются как бы попутно  с  другими,  за счет появления новых ма­териалов, технологических возможностей, нового оборудования и т. п. В конце концов наступает застой; старая, отжившая система «умирает», заменяется принципиально новой, более прогрессивной, обладающей новыми возможно­стями для дальнейшего развития.

В  заключение необходимо привести несколько замечаний. Во многих случаях  новая  система,  способная  сменить  старую,  возникает практически од­новременно с ней. Например, казнозарядные орудия появились в XIV в. одно­временно с дульнозарядными, а сменили их в конце XIX в. после появления  бездымного пороха. Первый реактивный самолет впервые взлетел в 1910 г., а эра реактивной авиации началась после второй мировой войны.

Старая техническая система вымирает не совсем, остается в качестве вспомогательного средства, игрушки, спортивного снаряда или в специфиче­ской  экологической  нише (воздушные шары используются как зонды для ис­следования атмосферы, парусные суда применяются для исследования маг­нитного поля Земли).

Возникновение и развитие технической системы связаны с изобретениями соответствующего уровня и качества. Для рождения нужны немно­гочисленные изобретения высокого уровня, а для реализации – много изобре­тений  более  низкого  уровня.  Второй  всплеск числа изобретений вызван по­пытками продлить жизнь стареющей системы путем совершенствования в рамках старого принципа действия.

На последнем этапе рост полезных функций практически останавливает­ся при ускоряющемся росте факторов расплаты (затраты на совершенствова­ние), в результате чего идеальность технической системы начинает падать, т. е. ее развитие сменяется регрессом.

2.2.3. Уровни описания технических объектов и стадии научно-

инженерной деятельности

Ранее мы установили, что все многообразные технические системы под­разделяются на два класса: технические объекты и технологические процессы. Техническим объектом называется созданное человеком устройство, предназначенное для удовлетворения определенной потребности и выпол­няющее  для  этого  определенную  функцию (функции). Поскольку потребности человека разнообразны и многочисленны, перечень функций, которые нужно выполнять для их удовлетворения, исключительно широк, поэтому и количе­ство технических объектов для их выполнения велико. Все многообразие тех­нических объектов, созданных человеком, можно разделить на три категории: ТО, предназначенные для преобразования вещества (материала), энергии и информации.

Технологический процесс –  это способ, метод или программа преобра­зования вещества, энергии или информации из заданного начального состоя­ния в заданное конечное состояние с помощью соответствующих технических объектов.

Рассмотрим подробнее технические объекты. Для полной характеристи­ки конкретного технического объекта требуется его описание, включающее в себя следующие уровни информации:

            1) целевое  назначение  ТО,  потребность,  удовлетворяемая  данным  ТО, 

функция, выполняемая им;

 2) физическая операция, с помощью которой выполняется функция, т. е. превращение  (переработка,  преобразование)  вещества,  энергии  или  информации;

3) принципиальная схема ТО;

4) функциональная структура ТО (потоковая и конструктивная);

     5) техническое решение, т. е. конструктивное выполнение основных элементов, их компоновка и взаимодействие;

    6) рабочий проект ТО, т. е. комплект документов (чертежей и схем с указанием материалов, размеров, допусков и других технических требова­ний), необходимых для изготовления ТО.                                                                                                           
     В соответствии с уровнями технического описания ТО можно выделить
этапы в решении задачи создания конкретного нового технического объекта,
т. е. стадии научно-инженерной деятельности.                                               

     1. Осознание потребности и соответствующей функции, для выполнения которой требуется создание нового ТО, т. е. формулировка научно-техни-ческой идеи нового ТО. Сюда входят качественное описание, установление основных количественных характеристик действия, условий и ограничений, которые будут использованы в новом ТО.

     2. Выбор и обоснование физической операции превращения, преобразо­ва-

ния, переработки вещества, энергии или информации. Для этого используются физико-технические эффекты (законы механики, электродинамики, термодинамики, оптики, квантовой механики, ядерной физики и т. п.).

     3. Установление физического принципа действия на основе используемых физико-технических  эффектов,  разработка принципиальной схемы нового ТО.

   4. Разработка  функциональной  структуры  нового   ТО – конструктивной

и потоковой.

    5. Выбор  и  обоснование  технического  решения  (тип   конструкции,  ос­-

новные конструктивные элементы, их компоновка и взаимодействие, материалы, рабочие тела, виды энергии и энергоносители и т. п.).

   6. Разработка  рабочего  проекта нового ТО (сборочные чертежи и детали-

ровка),  на  основании которого можно изготовить новый ТО на предприяти­ях.        

    Хотя все задачи, соответствующие перечисленным стадиям (уровням) инженерной деятельности, могут быть отнесены к творческим инженерным задачам, наиболее ярко выраженную принадлежность к таковым имеют последние из них (четвертая – шестая). Выделенные типы задач и последовательность их ре­шения имеют определенную идеализацию и условность, поскольку на практи­ке проектирование и конструирование идут итерационно с многочисленными возвратами, а решение смежных задач часто совмещается.

     Задачи поиска и выбора проектно-конструкторских решений имеют од­но интересное свойство: с повышением уровня задачи (от типа 6 до типа 1) ее успешное решение дает больший технико-экономический эффект, вызывает более заметный технический прогресс в данной области и обеспечивает разра­ботку изделий с большим сроком морального старения. Так, например, решение задачи 6 (совершенствование рабочего проекта) обычно улучшает интересующие технико-экономические показатели изделий на 10 – 15 %, решение задачи 5 (выбор нового технического решения) – на 20 – 30 %, задачи 4 (примене­ние более совершенной функциональной структуры) – на 30 – 50 % (иногда в несколько раз). Еще более существенным оказывается изобретение новых тех­нических систем, основанных на применении новых принципов действия, использовании новых физических операций, физико-технических эффектов.    

На фоне такого различия относительной значимости задач типов 1 – 6 представляются весьма парадоксальными следующие два факта:

     несмотря  на  происходящую научно-техническую революцию в выс­шей технической школе, как и 100 лет назад, будущим инженерам дают теоретические  знания  и прививают навыки в основном только для решения задач типа 6 – разработка проекта;

    существует  богатая  научно-методическая  литература для решения задач 4 – 6 и практически нет ее по задачам типа 1 – 3.

Этим  объясняется  торможение  НТП в стране, замедление использования результатов исследований, а также обосновывается необходимость развития  творческой  активности  у будущих  специалистов-инженеров  и  научных работников еще на студенческой скамье.

Важные и сложные задачи решаются инженерами при реализации рабо­чих проектов новых технических систем, т. е. при их изготовлении. При этом разрабатываются технологические процессы изготовления деталей, узлов, блоков технической  системы, ее сборки; выбираются и разрабатываются инструмент и технологическая оснастка; решаются задачи технологической подготовки и организации производственного процесса серийного выпуска новой техники, ее испытаний и контроля качества. На этом завершается создание нового тех­нического объекта.

Создание ТО является не единственной, а лишь начальной стадией его жизненного цикла, который включает в себя еще стадию активного использо­вания по функциональному назначению,  а  также  стадию  технического  обслу­живания и ремонта. Научно-техническое обоснование и организация работ по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту машин, оборудования и других ТО являются важнейшими сферами инженерной деятельности.

В период эксплуатации технических объектов решаются следующие творческие научно-инженерные задачи:

     анализ конкретных условий эксплуатации для их учета при выборе режимов работы ТО;

    изучение фактических режимов работы и интенсивности эксплуата­ции для их оптимизации;

   разработка технико-экономических, технологических и организационных мер, направленных на повышение производительности ТО; уменьшение расхода всех видов ресурсов в эксплуатации ТО; снижение вредного воздействия на окружающую среду; обеспечение безопасности людей, в том числе обслуживающего персонала при работе ТО.

   На стадии технического обслуживания и ремонта ТО наиболее важными видами научно-инженерных задач являются следующие:

   анализ надежности ТО и его элементов в конкретных условиях экс­п- луатации с определением количественных показателей безотказно­сти, долго-     вечности, ремонтопригодности и сохраняемости;

    разработка (для новых ТО) и совершенствование (для эксплуатируе­мых уже ТО) системы технического обслуживания и ремонта;

   оптимизация параметров ремонтного цикла  ТО  с учетом фактического уровня надежности, условий работы, интенсивности эксплуатации и требований безопасности и экологии для повышения технико-экономической эффективности;

   разработка методов и технических средств диагностирования, настройки, испытаний и контроля качества ремонта ТО;

   создание технологических процессов восстановления отказавших и изношенных элементов ТО для увеличения ресурса и восстановления работоспособности и исправности ТО;

    разработка и совершенствование системы материально-технического обес-печения технического обслуживания и ремонта ТО;

    решение организационных и экономических вопросов технического
обслуживания и ремонта.

2.2.4. Критерии развития техники – критерии качества

Созданная умом и талантом ученых и инженеров, трудом техников и ра­бочих современная техносфера включает в себя чрезвычайно многочисленные и очень разнообразные технические объекты и технологические процессы. Каждая из этих технических систем служит для выполнения конкретной функ­ции, необходимой для удовлетворения той или иной потребности человека, общества. Поэтому каждая из них обладает некоторыми потребительскими и иными качествами, обеспечивающими выполнение указанных функций и удовлетворение соответствующих потребностей. Если же уровень этих ка­честв, свойств не удовлетворяет возросшим потребностям, то начинаются по­иски путей совершенствования технической системы, и это является главным движущим фактором развития системы. Таким образом, критерии качества технических систем являются в то же время и критериями их развития.

Несмотря на исключительное разнообразие технических систем наборы критериев их качества (развития) для различных технических объектов во многом совпадают, поэтому в целом развитие техники в значительной мере подчинено, можно сказать, единому по структуре набору критериев, оп­ределяющих вектор ее развития, состоящему из четырех групп [4]:

    функциональные критерии, характеризующие важнейшие показатели
выполнения функции ТО;

    технологические, связанные только с возможностью и про­стотой изготовления ТО;

    экономические, определяющие только экономическую це­лесообразность  реализации  заданной  функции  с помощью рассматриваемого ТО;

    антропологические, связанные с вопросами человеческого фактора или воздействия положительных или отрицательных факторов на людей и окружающую среду, вызванного созданным ТО.

Параметры, описывающие количественно соответствующие критерии, должны удовлетворять следующим условиям:

     измеримости (параметры должны допускать возможность количественной оценки по шкалам измерений:  шкалам  отношений, интервалов и порядка);

     сопоставимости  (параметры  должны  иметь  такие  единицы  измерения,

которые  позволяют  сопоставлять  ТО  с  одинаковой  функцией назначения
для различных стран и периодов времени; лучше всего подходят безраз-
мерные, удельные и относительные величины);

     постоянства;

     минимальности и независимости (вся совокупность парамет­ров  должна  содержать  только  такие,  которые  не  могут  быть логично выведены  из  других  в  этой  совокупности  или  не могут быть их прямым следствием).

Общая  схема  структуры  набора  критериев  качества  (развития)  и соот­-

ветствующих параметров различных ТО представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структура набора критериев качества (развития)

Дадим некоторые пояснения и комментарии к элементам приведенной на схеме структуры критериев и параметров, характеризующих эти критерии количест­вено.

Среди  критериев  качества  и  развития  любого  технического  объекта ос­новными являются функциональные, которые характеризуют вы­полнение им соответствующей функции, ради которой он создан. Многообра­зие технических объектов не позволяет перечислить все возможные функцио­нальные критерии, поэтому рассмотрим три основных группы – производи­тельности, точности, надежности.

Критерий производительности представляет собой интегральный пока­затель уровня развития техники, который непосредственно зависит от ряда па­раметров, определяющим образом влияющих на производительность труда.  Эти  параметры  представляют  собой как бы частные функциональные критерии, к которым относятся:

мощность, грузоподъемность, вместимость  и  другие объемные параметры, характеризующие объем выполняемой работы;

     скорость переработки материала, энергии или информации  (число оборо-

тов или операций в единицу времени, скорость перемещения транспортной
машины или скорость движения рабочих органов стан­ка, скорость протека-
ния химических реакций и т. п.);

     физические  и  химические  параметры (температура, давление, напря­жение),  определяющим  образом  влияющие  на  интенсивность  обра­ботки исходного объекта;

     степень механизации труда и автоматизации процесса;

     непрерывность процесса обработки (переработки).

Точность выполнения техническим объектом заданной функции являет­ся важнейшим требованием, так как неточность, как правило, приводит к браку, что влияет на производительность труда. Критерии точности, в зависимости от функционального назначения технического объекта, включают в себя следующие частные критерии точности: измерения, попадания в цель, перемещения, обработки материала, потока энергии и информации. Для этих частных критериев имеются эффективные способы и средства измерения и количественной оценки точности выполнения заданной функции.

Надежность современных технических объектов, выполняющих слож­ные, важные и ответственные функции, является важнейшей составной частью их качества. Поскольку надежность является комплексным свойством практи­чески всех технических объектов, для ее оценки используют следующие част­ные критерии или количественные показатели – безотказности, долговечно­сти, ремонтопригодности и сохраняемости.

Наряду с перечисленными критериями производительности для многих технических объектов характерными являются специальные критерии (напри­мер, для локомотивов это сила тяги, для экскаватора – емкость ковша, для прокатного стана – крутящий момент валков, для осветительного прибора – световой поток и т. п.).

Группа технологических критериев характеризует главным образом всестороннюю экономию живого труда при создании технического объекта и подготовке его к эксплуатации. Кроме того, эти критерии оценивают эффективность использования  материалов,  зависящую  от технологических факторов, что дополнительно вносит определенную долю в экономию живого труда. Можно  выделить следующие технологические критерии.

      Критерий трудоемкости создания ТО –  это отношение суммарной тру­доемкости Т_с проектирования, изготовления и подготовки к эксплуатации из­делия к его главному показателю эффективности Q . Главный показатель эф­фективности  ТО  выбирают  из  совокупности  критериев его  качества таким образом, чтобы критерий трудоемкости объективно отражал прогрессивное развитие рассматриваемого ТО. Например, для локомотива в качестве главно­го показателя эффективности можно взять мощность, силу тяги и скорость.

Критерий технологических возможностей отражает простоту и принци­пиальную  возможность  изготовления  данного ТО. Известно,  что  любой  ТО может содержать несколько типов элементов, комплектующих (агрегатов, узлов, деталей): стандартных, унифицированных (заимствованных из существующих ТО), оригинальных, требующих разработки, новых материалов, новых технологий.

Величина  критерия  технологических  возможностей  определяется соот­ношением в конструкции ТО числа элементов перечисленных типов. Чем больше доля стандартных и унифицированных элементов, тем выше технологические возможности изготовления нового объекта. Критерий технологических возможностей отражает фактор наследст­венности в технике, т. е. тенденцию в наибольшей мере сохранять и использо­вать проверенные практикой функциональные элементы, отработанную тех­нологию и существующее технологическое оборудование. Этот критерий на­чал оказывать влияние на развитие техники с конца XVIII в., когда значительно возросла сложность ТО и в достаточной степени развилось «машинное производство  машин»,  орудий  труда  и  оружия,  выпускаемых большими се­риями.

Критерий использования материалов связан с тем, что в процессе обра­ботки исходного материала (отлитые заготовки, сортовой и листовой прокат, трубы, специальные профильные заготовки) появляются обрезки, стружки и другие отходы. В связи с этим потери, например, черных материалов в маши­ностроении составляют 20 – 25 %, отходы металла в стружку при обработке ре­занием – до 25 %. В целом доля по­лезно использованного металла не превышает 0,55.

Критерий расчленения ТО на элементы отражает уровень простоты (или сложности) структуры, компоновки ТО из элементов, на которые расчленена данная техническая система. В процессе разработки и доводки нового изделия экономичнее и проще устранять недостатки многочисленных, но более простых деталей, чем малочисленных, но сложных узлов или изделия в целом. Большее расчленение ТО на узлы и детали облегчает и расширяет унификацию и стан­дартизацию с присущими им преимуществами, позволяет чрезмерно сложные   (с точки зрения изготовления) по конструкции элементы собирать из простых однотипных элементов. С другой стороны, при чрезмерно мелком дроблении ТО на элементы многие из этих достоинств оборачиваются недостатками. Та­ким образом, для каждого ТО имеется некоторый оптимальный  уровень его расчленения  на  узлы  и  детали,  который  значительно упрощает технологию разработки, доводки, изготовления, ремонта и модернизации изделий, являет­ся основой для унификации и стандартизации.

   Экономические критерии качества и развития ТО характеризуют уровень различного рода затрат, необходимых для создания технического объекта. Наиболее значимым из них является критерий расхода материалов, ориен-тирующий на всестороннюю экономию материалов при разработке и изготовлении ТО.

    Критерий расхода материалов определяется как отношение массы ТО к его главному показателю эффективности, т. е. представляет собой удельную массу материалов на единицу показателя эффективности. В ходе развития технических систем различного назначения критерий расхода материалов не­изменно  снижался.  Так,  например, удельная масса поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) за период с 1900 до 1960 г. уменьшилась с 250 до 0,7 кг/э.л.с.

Критерий расхода энергии характеризуется отношением суммы затрат
энергии на создание ТО и расхода энергии за время эксплуатации к объему
эффекта за время эксплуатации ТО. Поскольку большинство конструктивных мероприятий  по  улучшению  критерия расхода  энергии  сводится  к повышению доли энергии, используемой непосредственно для выполнения полезной рабо­ты, то в инженерной практике широко используют еще одну модификацию этого критерия, называемую коэффициентом полезного действия. Эта моди­фикация критерия расхода энергии оценивается отношением полезной работы (энергии) к затраченной работе (энергии).

Критерий затрат на информационное обеспечение относится к наиболее «молодым» среди прочих критериев качества и развития. Это объясняется тем, что в последнее время в связи с широким использованием вычислительной техники появились и возросли затраты на подготовку и обработку информа­ции при создании и эксплуатации многих ТО.

Критерий габаритных размеров ТО связан с естественным стремлением их снижения для получения следующих выгод:

    уменьшение  площади  и  объема  зданий и помещений, в которых по­стоянно или временно размещаются ТО;

    уменьшение площади земли, занимаемой непосредственно ТО или зданиями, в которых находятся ТО;

    сокращение расходов по защите ТО (расходы на материал корпуса, кожухов, чехлов, лакокрасочные и теплоизоляционные покрытия и т. п.) и по уходу за ними;

   сокращение расходов на транспортировку ТО.

Величина критерия определяется отношением габаритных размеров тех­нического объекта к главному показателю его эффективности, в этом смысле данный показатель аналогичен критерию расхода материалов.

Группа антропологических критериев нацелена на обеспечение по воз­можности наибольшего соответствия и приспособления ТО к человеку, сни­жения дискомфорта и повышения положительных эмоций, снижения или иск- лючения  вредных  и  опасных  (непосредственных  или  опосредованных)  воздействий ТО на человека и окружающую среду.

Критерий эргономичности определяет эффективность технических объ­ектов, которая в значительной степени зависит от того, насколько они приспо­соблены  к  психофизическим возможностям человека – оператора, т. е. на­сколько в системе «человек – машина» использованы физические, психические и интеллектуальные возможности человека,

     Критерий   красоты   технического   объекта   связан   с  его  эстетическим

влиянием, которое здесь понимается шире, чем принято в дисциплине по тех-
нической эстетике и художественному проектированию.

     Критерий  безопасности  ТО  направлен  на  понижение  или  исключение

вредных  и  опасных  воздействий  на  обслуживающих  и  окружающих  людей.

Критерий безопасности определяется числом вредных и опасных факторов и соотношением фактических и предельно допустимых (нормативных) величин воздействия этих факторов.

Критерий экологичности (сохранения окружающей среды) служит для регулирования взаимоотношений между естественной природой и ТО с точки зрения комфортности и условий жизни людей. До начала XIX в. крите­рий экологичности практически не использовался в связи с ничтожным объе­мом техносферы и ее влияния на окружающую среду. С расширением техни­ческой революции в XIX в. это влияние стало заметно возрастать, а в XX в. по ряду параметров достигло критического уровня, что вызвало появление проблемы охраны окружающей среды и необходимость ее решения.

Роль  и  значение  рассмотренных  четырех групп  критериев  развития (кри­териев качества) технических объектов можно кратко выразить в следующем виде:

     функциональные  критерии  характеризуют  потребность человека   в соз-

дании данного типа технических объектов, их  необходимость  и полезность;

    технологические  – возможность создания новых ТО и наличие комплекса необходимых для этого условий (техно­логий, оборудования, материалов);

    экономические – экономическую   целесообразность создания и использования  нового  ТО в виде соотношения факторов расплаты и полезного эффекта;

     антропологические критерии характеризуют последствия использо­-
вания нового ТО в первую очередь с точки зрения допустимости степени
влияния на безопасность и сохранение естественной внешней среды.

     2.2.5. Закономерности развития техники

     На основе качественного анализа стадий «жизни» технических объектов
определенного функционального назначения и критериев качества можно сделать  вывод  о том, что они со временем изменяются, совершенствуются, т. е. развиваются. И этот процесс развития имеет вполне определенную тенденцию и стабильность во времени, так как происходит под воздействием стремления человека к удовлетворению своих постоянно растущих потребностей (как по их количеству, так и по качеству).   

Очевидно, что эффективность и результативность современного творчества ученых и инженеров по совершенствованию имеющейся и  созданию новой техники в значительной степени зависят от полноты учета ими эволюции техники в прошлом, от знания законов и закономерностей ее развития, изменения крите­риев качества, которые могут быть установлены на основе анализа истории уже состоявшегося развития различных технических объектов.                    

Изучение эволюции техники позволяет выявить и описать положитель-­
ный опыт эффективного решения возникавших ранее задач инженерного
творчества, а потом использовать его в решении современных задач. Анализ
конструктивной эволюции  позволяет  осмыслить  в  деталях и «пропустить че­рез себя» процесс получения выдающихся изобретений, углубленно изучать работу и опыт выдающихся конструкторов и ученых. Изучение эволюции дает основу для формирования закономерностей строения и развития техники, знание которых облегчает нахождение новых, эффективных и перспективных технических решений.      

В связи с этим можно заключить, что наивысший уровень научно-инженерного творчества заключается в выявлении и формулировании законов и закономерно­стей строения и развития ТО и сознательном их использовании в поиске улучшенных технических решений.

     Итак, технические системы (объекты) развиваются в соответствии с законами развития техники. Закон –  это необходимое, существенное, устойчивое, по­вторяющееся отношение между явлениями в природе, обществе, технике. Рассмотрим ряд требований к законам, которые позволяют из бесчисленного множества разных отношений выявить действительно существенные, устойчивые, повторяющиеся.

1. Законы развития технических систем должны отражать действительное развитие техники и, следовательно, выявляться и подтверждаться на базе достаточно большого объема па­тентной и технической информации, глубокого исследования истории развития различных технических систем.

    2. Закон развития техники должен быть выявлен и подтвержден на базе
фонда технической информации и изобретений достаточно высокого уровня, так как изобретения низких уровней практически не меняют ис­ходную систему и фактически не развивают ее.

    3. Законы развития технических систем не должны противоречить зако­-
нам диалектики.

     4. Законы  развития технических систем должны помогать находить новые  конкретные  инструменты решения задач, прогнозирования раз­вития ТО, т. е. обеспечивать получение на их основе конкретных выводов и рекомендаций.

     5. Каждый   выявленный  закон  должен  допускать  возможность его про­-

верки на практике по материалам патентного фонда.

     6. Выявленные   законы   и   закономерности   должны  иметь «открытый»

вид, т. е. допускать дальнейшее совершенствование по мере развития техники и накопления новых патентных материалов.

Итак, шесть требований: отражение реальности, существенность, сис­темность, инструментальность, возможность проверки и открытость.

Кратко охарактеризуем лишь некоторые законы и закономерности развития техники, которые уже сформулированы и находят применение в практике научной и инженер­ной работы.

1. Наиболее важным и общим законом развития техносферы в целом яв­ляется закон прогрессивной эволюции техники. Действие этого закона в мире техники аналогично действию закона естественного отбора Дарвина в живой природе. Он отвечает на вопросы, почему происходит переход от предшест­вующего поколения ТО к следующему (улучшенному) поколению; при каких условиях, когда и какие структурные изменения происходят при переходе от поколения к поколению. Закон прогрессивной эволюции техники имеет сле­дующую формулировку.

Для технических объектов с одинаковой функцией переход от поколе­ния к поколению вызван устранением выявленного главного дефекта (дефек­тов), связанным, как правило, с улучшением критериев развития (качества), и происходит при наличии необходимого научно-технического уровня и соци­ально экономической целесообразности следующими наиболее вероятными путями иерархического исчерпания возможностей конструкции:

А) при  неизменных  физическом  принципе действия (ПД) и техническом решении (ТР) улучшаются параметры эффективности ТО до приближения их к максимально возможному значению;

       Б) после  исчерпания  возможностей  цикла А происходит переход к более рациональному техническому решению (структуре), после чего развитие опять идет по циклу А, т. е. путем улучшения параметров. Циклы А и Б повторяются до  приближения  к  глобальному  экстремуму  по  структуре  ТР  при  сохранении ПД;

В) после исчерпания возможностей циклов А и Б происходит переход к более рациональному физическому принципу действия, после чего развитие опять идет по циклам А и Б. Циклы А, Б, В повторяются до приближения к глобальному экстремуму по принципу действия для множества известных фи­зических эффектов, использующих те или иные законы природы.

Суть закона прогрессивной эволюции техники можно проиллюстриро­вать развитием и последовательными сменами энергетических установок автономных локомотивов (рис. 3). Первым типом локомотивной энергетической установки была поршневая паровая машина паровоза, использующая водяной пар (рабочее тело), получаемый  в  котле за счет сжигания топлива в топке. Паровая

машина является одной из разновидностей тепловых двигателей, использующих

Рис. 3. Схема смены поколений ТО и повышения их эффективности

химическую энергию топлива, выделяемую при его сжигании. За бо­лее чем полуторавековой период применения коэффициент полезного дейст­вия паровоза возрос от 2 – 3 % до 9 – 12 за счет изменения параметров пароси­ловой установки (повышение давления и температуры пара, применение паро­перегревателей и компаундного расширения, совершенствование парораспределения, применения конденсации пара и др.). При этом неиз­менным оставалось техническое решение – рабочее  тело  (пар) получалось из воды, на что затрачивалась значительная доля химической энергии сжигаемого в топке топлива, которая бесполезно выбрасывалась в атмосферу  с  отработавшим  паром.  Это  был главный дефект применяемого в паровозе технического решения.

Переход от паровозов к тепловозам осуществлен за счет замены паросиловой установки двигателем внутреннего сгорания (дизелем), в котором применено новое техническое решение – получение рабочего тела из воздуха и продуктов сгорания топлива в рабочей полости цилиндра. При этом отсутствуют

потери энергии на процесс «жидкость – пар», т. е. тепло тратится лишь на повышение температуры и давления рабочего тела. Это позволило в несколько раз повысить КПД тепловоза по сравнению с КПД паровоза. В дальнейшем за счет применения ряда конструктивных усовер­шенствований, направленных на улучшение параметров (повышение степени сжатия, применение непосредственного впрыска топлива для внутреннего смесеобразования, самовоспламенения, различных схем наддува и др.), коэффициент полезного действия тепловозов был повышен от 0,15 – 0,20 до 0,35 – 0,4. В ходе развития тепловозной тяги к настоящему времени выявился дефект те­пловозов – ограничение дальнейшего роста агрегатной мощности дизеля по габаритам и массе, что вызвано в основном наличием у него возвратно-по­ступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма.

Этот дефект может быть устранен заменой дизеля на газотурбинный двигатель, в котором использованы такие технические решения, как сжигание топлива в отдельной камере сгорания и преобразование потенциальной энергии рабочего тела в механическую энергию в каналах между лопатками вращающегося ротора. Это по­зволяет резко снизить массу и габаритные размеры энергосиловой установки, уменьшить ее сложность и существенно снизить трудоемкость и стоимость технического обслуживания и ремонта, повысить надежность. Таким образом, развитие энергосиловых установок автономных локомотивов за два века свя­зано с изменениями технических решений в рамках тепловых   двигателей  (па­ровая  машина          двигатель  внутреннего  сгорания          

газотурбинный двигатель) и более многочисленными конструктивными изменениями в рамках каждого технического решения, направленными на улучшение параметров.

Дальнейшее развитие энергосиловых установок автономных локомоти­вов можно ожидать в виде смены принципа действия, использования иных физико-технических эффектов, в частности:

     применение  атомных  энергетических установок, где используется не хи-

миическая  энергия топлива, а энергия распада  атомов радиоактив­ных веществ;

         применение топливных элементов, позволяющих осуществлять прямое преобразование химической энергии в электрическую, минуя этап получения тепловой и механической энергии;

     применение магнитогидродинамических генераторов (МГД-генерато-ров), также преобразующих потенциальную энергию плаз­мы, полученной в камере сгорания, непосредственно в электрическую энергию.

     2. Закон стадийного развития техники характеризует расширение функций, передаваемых от человека техническим объектам.                                                     

Все многообразие функций, выполняемых в процессе целесообразной деятельности человека, можно разделить на четыре фундаментальные функ- ции: технологическая,  энергетическая,  управления  и  регулирования, планирования.

Суть данного закона состоит в следующем: технические объекты с определенной функцией (например, обработки материала, транспортировки груза и т. п.) имеют четыре стадии развития, связанные с последовательной реализацией с помощью технических средств четырех фундаментальных функций и последовательным исключением их из технологического процесса человека. Например, на первой стадии руки человека как рабочий орган заменяются техническим объектом в виде специально созданного инструмента (скребок, рубило, резец и т. п.); на второй стадии мускульная энергия человека заменяется некоторым источником энергии (водяное колесо, ветряной двигатель и т. д.), что иллюстрируется табл. 1.

                                                                                                        Т а б л и ц а  1

Расширение функций, выполняемых ТО

Фундаментальные функции

Начало стадий и распределение функций,

выполняемых человеком и ТО

до появ-

I стадия,

II стадия,

III стадия,

IV стадия,

ления

каменный

XVIII в.

середина

конец XX  в.

ТО

век

ХХ в.

  Технологическая

чел.

ТО

ТО

ТО

ТО

  Энергетическая

чел.

чел.

ТО

ТО

ТО

  Управления и регулирования

чел.

чел.

чел.

ТО

ТО

  Планирования

чел.

чел.

чел.

чел.

ТО

Этот закон отражает революционные изменения, происходящие в про­цессе развития как отдельных классов ТО, так и техники в целом (рис. 4). На существование этого закона указывали еще К. Маркс и В. И. Ленин.

Переход к каждой очередной стадии происходит при исчерпании при­родных возможностей человека в улучшении показателей выполнения соот­ветствующей фундаментальной функции в направлении дальнейшего повы­шения  производительности  труда  и  качества  производимой  продукции,  т. е.

эффективности, а также при наличии необходимого научно-технического  уров-ня и социально-экономической целесообразности.

Появление на каждой стадии технических систем и объектов, выпол­няющих вместо человека все более сложные фундаментальные функции, не приводит сразу к прекращению использования «старых» технологий произ­водства, а постепенно их вытесняет, уменьшает их долю. Так, до сих пор не забыты древние орудия труда – лом, лопата, молоток; не искоренен ручной труд, несмотря на механизацию; подавляющее число ТС и ТО работают с уча­стием человека-оператора,  несмотря  на   автоматизацию  многих  производственных

процессов.

Таким образом, в истории развития производства можно выделить сле­дующие этапы в совершенствовании производства и характера труда, начала которых определяются на соответствующих стадиях.

     1. Применение орудий труда – инструментов – вместо рабочих органов человека (рук, зубов, ног) – начало этапа инструментализации трудового процесса человека.

     2. Использование источников энергии вместо мускульной энергии челове­-

ка – начало этапа механизации труда, производства.

     3. Применение регуляторов и автоматов для регулирования и управле­ния машинами в связи с несовершенством органов чувств человека (зрения, слуха), его низким быстродействием, слабой реакцией или чувствительностью – начало этапа автоматизации производства.

     4. Создание производств, управляемых автоматизированными система­ми

управления производством (АСУП) без участия человека на базе использования мощных самообучающихся компьютерных техноло­гий – начало этапа интеллектуализации техники путем широкой компьютеризации и информатизации.

Как  видно из анализа последовательных переходов от стадии к стадии в развитии технических систем, наблюдаются следующие устойчивые тенден­ции:

     повышение  важности и ответственности функций, выполняемых техническими системами и техническими объектами;

     повышение степени  полноты   создаваемых  и применяемых технических

систем, увеличение доли технических систем, функционирую­щих  без участия человека;

     возрастание зависимости человека от техники;

     увеличение  вредного  воздействия  техносферы   на  окружающую  среду

и природу в целом.

      3. Закон  соответствия  между  функцией и структурой ТО имеет предыс­торию в приложении к живым организмам. На протяжении многих веков уче­ные изучали и обсуждали на философском уровне многочисленные факты удивительных соответствий между выполняемыми функциями любого органа животного, человека и их структурой (строение, «конструкция», «конструктивные признаки»). Такие же соответствия отмечались в деталях и узлах создаваемых и используемых машин. На современном инженерном уровне закон соответствия между функцией и структурой технического объекта имеет следующую формулировку.

Каждый элемент ТО или его конструктивный признак имеют хотя бы одну частную функцию по обеспечению реализации заданной функции ТО, т. е. исключение эле­мента или признака приводит к ухудшению какого-либо показателя ТО или к прекращению выполнения им заданной функции. Совокупность всех таких соответствий в ТО представляет собой функциональную структуру и отражает системную целостность ТО и способность его выполнять функции, ради кото­рых он создан. В соответствии с этим законом человеко-машинные системы для обеспечения реализации конечной, итоговой функции должны иметь в своей структуре элементы для выполнения технологической, энергетической функций и функций управления и планирования (и не иметь «лишних» элементов).

4. В основе перечисленных и частично проанализированных законов развития техники лежит не только стремление «переложить» на плечи техни­ческих объектов все большую часть функций, ранее выполняемых человеком, повысить производительность, эффективность и качество продук­ции и услуг, но и удовлетворение все новых потребностей, которых у человека раньше не было. По мере полного удовлетворения ранее существовавших по­требностей человека (физиологических, культурных, научно-познавательных, эстетических) возникают новые потребности и возрастают требования к объе­му и качеству их удовлетворения. Эта тенденция, подтвержденная  в  ходе  на­учно-технического прогресса и ее нынешней стадии – научно-технической ре­волюции, описывается законом расширения потребностей-функций,  который  относится  в  целом  к техносфере страны, человечества.

К  рассмотренным  законам  развития  техники  следует  добавить  ряд более «узких», частных законов:

     закон   гомологических   рядов   ТО   (аналогия с периодической системой

элементов Д. И. Менделеева);

      корреляции параметров однородного ряда ТО (например, мощностных рядов двигателей внутреннего сгорания);

     симметрии технических объектов.

Процессы, наблюдаемые в ходе развития техники и описываемые пере- численными законами, имеют ряд следствий, которые можно характеризовать как тенденции или закономерности. Среди них в первую очередь необходимо назвать

     резкое  возрастание  во  времени  количества  видов, типов создаваемых и

  применяемых  ТО и их серийности, т. е. интенсивное расширение техносферы;

     повышение сложности технических систем и объектов как по числу элементов в ТО, так и по их взаимодействию, структуре;

     повышение  требований  к  уровню  надежности  и  особенно  к  безотказ-

ности ТО;

     увеличение вредного влияния расширяющейся техносферы на человека, окружающую среду, природу в целом, т. е. обострение экологи­ческой проблемы;

     экспоненциальный рост потребного объема интеллектуальной (научно-технической, проектно-конструкторской и технологической, изобретательской) деятельности.

    Быстрый рост сложности изделий по числу деталей и используемых физических эффектов, расширение номенклатуры используемых материалов и комплектующих элементов, увеличение разнообразия самих технических систем, сокращение времени их создания и морального старения, возрастание объема патентной и научно-технической информации привели к тому, что необходимый объем работ по созданию новых, улучшенных проектно-конструк-торских и технологических решений с середины ХХ в. повышается за каждые 10 лет  примерно в 10 раз. Однако  это  не  согласуется  с темпом роста фактического творческого потенциала, т. е. фактического числа научных и инженерно-технических  работников  соответствующей  квалификации  (табл. 2).

Т а б л и ц а  2

Динамика параметров научно-технического прогресса

Параметры

научно-технического прогресса

Значения параметров по годам

в относительных единицах

Требуемый объем НИР и ОКР

(научно-технического творчества)

Фактический объем кадрового

потенциала (численность)

3

9

20

20

Налицо резкое отставание увеличения кадрового потенциала от роста потреб­ностей в нем. Картина на самом деле еще более тревожная, если учесть, что только 20 % из имеющихся инженерно-технических работников занимаются творческой работой и имеют соответствующую подготовку. Такое положение требует принятия чрезвычайных мер по резкому повышению качества подго­товки специалистов, способных решать возникающие творческие задачи, а также по расширению применения вычислительной техники в решении творческих научных и инженерных задач.

3.  РОЛЬ  ТВОРЧЕСКОЙ  АКТИВНОСТИ  В  ИНЖЕНЕРНОЙ  И

НАУЧНОЙ  РАБОТЕ. СТРУКТУРА, МЕХАНИЗМЫ  И  

МЕТОДЫ  ТВОРЧЕСКОЙ  ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры