Все существующие на сегодняшний день технические системы подразделяются на два класса: технические объекты и технологические процессы. Техническим объектом принято считать созданное человеком устройство, предназначенное для удовлетворения определенной потребности и выполняющее для этого определенные функции. Так как потребности человека разнообразны и многочисленны, перечень функций, которые нужно выполнять для их удовлетворения, достаточно 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, 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, 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 разработки 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, преобразования, переработки того или иного вещества, энергии или информации. Для этого используются физико-технические эффекты, а именно – 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 и их компоновка, материалы, рабочие тела, виды энергии и энергоносители и т. п.).
6. Разработка конкретного рабочего проекта нового ТО (сборочные чертежи и деталировка), 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 определенные 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 шестой задачи (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 весьма парадоксальными представляются 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 объясняются торможение научно-технического прогресса в стране и 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 ТО) системы технического обслуживания и ремонта;
оптимизация параметров ремонтного цикла ТО с учетом фактического уровня надежности, условий проводимой 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 при эксплуатации и изношенных элементов ТО с целью увеличения ресурса и восстановления работоспособности и исправности ТО;
разработка и совершенствование системы материального и технического обеспечения технического обслуживания и ремонта ТО;
решение организационных и экономических вопросов для технического
обслуживания и ремонта.
Квалифицированное решение данных задач – определяющий показатель профессионализма и деловых качеств инженеров, специалистов, технических работников.
8. СТРУКТУРА, МЕХАНИЗМЫ И МЕТОДЫ
НАУЧНО-ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
