Критерии развития технических объектов

Размещено на http://www.allbest.ru/

62

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Требования к выбору и описанию критериев развития ТО

2. Функциональные критерии развития ТО

3. Технологические критерии развития ТО

4. Экономические критерии развития ТО

5. Антропологические критерии развития ТО

Заключение

Список использованных источников

Введение

Всё в природе подлежит изменению, всё может быть сосчитано. (Н.И. Лобачевский)

Забота о самом человеке и его судьбе должны быть в центре внимания при разработке всех технических усовершенствований. (А. Эйнштейн)

1. Требования к выбору и описанию критериев развития ТО

Среди параметров и показателей, характеризующих любой ТО, всегда имеются один или несколько таких, которые на протяжении длительного времени (иногда всей истории существования рассматриваемого класса ТО) имеют тенденцию монотонного изменения или тенденцию поддержания на определенном уровне при достижении своего предела. Такие параметры и показатели будем далее называть критериями развития ТО. Значение критериев развития особенно важно для специалистов, которые стремятся при разработке новых изделий превзойти уровень лучших мировых достижений или приобрести изделия на уровне лучших мировых достижений.

Поскольку любой ТО, как правило, имеет несколько критериев развития, то принцип прогрессивного развития для каждого нового поколения ТО заключается в улучшении одних и неухудшении других критериев.

Наборы критериев развития для различных классов ТО в значительной степени совпадают, поэтому в целом развитие техники в большой мере подчинено, можно сказать, единому набору критериев, определяющих развитие техники.

Этот единый набор включает следующие четыре группы критериев:

функциональные критерии, характеризующие важнейшие показатели реализации функции ТО;

технологические критерии, связанные только с возможностью и простотой изготовления ТО;

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

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

Сформулируем условия и требования, которым должны удовлетворять параметры, относящиеся к критериям развития ТО.

1. Условие измеримости. За критерии развития могут быть приняты только такие параметры ТО, которые допускают возможность количественной оценки по одной из шкал измерений: шкале отношений, шкале интервалов, шкале порядка. Предпочтение отдается шкале отношений, но, если она неприемлема, то школе интервалов и в последнюю очередь шкале порядка.

2. Условие сопоставимости. Критерий должен иметь такие единицы измерения, которые позволяют сопоставлять ТО для разных времен и стран. Лучше всего подходят безразмерные величины и удельные величины, с помощью которых можно сопоставлять ТО соответственно с различными функциями и с одинаковой функцией или близкими функциями.

3. Условие исключения. За критерии могут быть приняты такие параметры ТО, которые в первую очередь характеризуют его эффективность и оказывают определяющее влияние на его развитие. Если эти параметры не принимать во внимание при создании новых поколений ТО (такой мысленный эксперимент нетрудно провести), то это может привести к следующему;

возникновению нежелательных путей развития рассматриваемого класса ТО;

полному отсутствию развития;

значительно меньшей мере удовлетворения потребностей человека (пользователя) или вообще полному неудовлетворению.

4. Условие постоянства. За критерии могут быть приняты такие параметры ТО, для которых всегда имеет место условие исключения.

5. Условие минимальности и независимости. Вся совокупность критериев развития должна содержать только такие, которые не могут быть логически выведены из других критериев или не могут быть их прямым следствием.

После выделения набора критериев развития для интересующего класса ТО конструктор или изобретатель должен дать описание каждого критерия. Такое описание включает следующие сведения.

1. Сущность критерия, время и причины его возникновения.

2. Формула или способ измерения критерия, включая указание шкалы или единицы измерения.

3. Диапазон и характер изменения значений критерия во времени.

4. Оценка степени общности критерия по трехбалльной шкале:

а)критерий имеет отношение к рассматриваемому классу ТО с одинаковыми или близкими функциями;

б)критерий имеет отношение к нескольким классам ТО с различными функциями, но определенными общими свойствами;

в)критерий имеет отношение к ТО с любой функцией.

Оценка степени общности критерия указывает на возможности заимствования улучшенных технических решений из других областей техники.

5. Оценка изменения относительной значимости (актуальности) критерия в прошлом и обозримом будущем по трехбалльной шкале:

а) актуальность возрастает; б) остается неизменной;

в) снижается.

6. Основные способы и средства улучшения критерия.

2. Функциональные критерии развития ТО

Для каждого ТО функциональные критерии развития представляют собой количественную характеристику основных показателей реализации функции ТО, т. е. эти критерии выявляют на основе анализа описания функции ТО. Среди них можно выделить три группы критериев:

1. Критерий производительности. Он всегда может быть измерен или вычислен. Структура формулы для вычисления критерия и единица измерения производительности могут быть самыми различными. 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 ним относятся:

1) скорость обработки объекта (число оборотов или операций в единицу времени, скорость движения рабочих органов машины, транспортной машины, протекания химической реакции и т. п.);

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

3) степень механизации труда;

4) степень автоматизации труда;

5) непрерывность процесса обработки.

Определим критерии пп. 3)--5), которые в отличие от критериев пп. 1), 2) являются комплексными и зависят от многих факторов.

Критерий механизации равен отношению механической работы, выполняемой только ТО, ко всей механической работе, выполняемой суммарно ТО и человеком (коллективом людей) при получении определенной продукции.

Критерий автоматизации равен отношению числа управляющих операций, выполняемых только ТО, к общему числу управляющих операций, выполняемых суммарно ТО и человеком при получении определенной продукции.

Критерий непрерывности процесса обработки, связанный с получением определенной готовой продукции, равен отношению числа операций, выполняемых с использованием непрерывных процессов, к общему числу операций с использованием непрерывных и прерывистых процессов воздействия на предмет обработки. Под непрерывными процессами здесь понимаются вращательное, поступательное и поточное движения без существенного снижения скорости или безостановочная обработка; под прерывистыми процессами -- возвратно-поступательное движение, операции с остановками или прерываниями технологического процесса при переходе к следующей операции и т. п.

Критерии точности включают следующие частные критерии:

точности измерения;

точности попадания в цель;

точности обработки материала или вещества;

точности обработки потока энергии;

точности обработки потока информации.

Критерии надежности включают частные критерии:

безотказности;

долговечности;

сохраняемости;

ремонтопригодности.

3. Технологические критерии развития ТО

Группа технологических критериев главным образом обеспечивает всестороннюю экономию живого труда при изготовлении ТО и подготовке их к эксплуатации. Кроме того, эти критерии направлены на экономию материалов, зависящую от технологических факторов, что опять же вносит определенную долю в экономию живого труда. Можно выделить четыре основных технологических критерия.

1. Критерий трудоемкости изготовления ТО. Критерий равен отношению суммарной трудоемкости Т_с проектирования, изготовления и подготовки к эксплуатации изделия к его главному показателю эффективности Q, т. е. представляет собой удельную трудоемкость изготовления на единицу получаемой эффективности:

Кт = Tc/Q.

Главный показатель эффективности Q выбирают таким образом, чтобы критерий К_т объективно отражал прогрессивное развитие рассматриваемых ТО.

Критерий трудоемкости является одним из самых древних, поскольку он действует и в сильной степени влияет на развитие ТО, начиная с каменного века, с первых искусственно изготовляемых орудий -- ручных рубил. Актуальность этого критерия на протяжении всей истории техники всегда была и остается весьма высокой и неизменной.

2. Критерий технологических возможностей. Любой ТО, разработанный только с учетом функциональных и антропологических критериев (требований), может содержать не более пяти типов элементов (агрегатов, узлов, деталей):

A_с -- стандартные или покупные элементы, получаемые в готовом виде;

А_у -- унифицированные элементы, заимствованные из существующих ТО;

A_H1 -- оригинальные (новые) элементы, изготовление которых не вызывает затруднений (могут быть изготовлены на имеющемся оборудовании), но требует разработки и отработки технологии их изготовления;

А_H2 -- оригинальные элементы, изготовление которых вызывает значительные, но преодолимые трудности (требуется разработка новой технологии с предварительным изготовлением сложной технологической оснастки, приобретение дефицитного оборудования и т, п.);

А_Н3 -- оригинальные элементы, изготовление которых вызывает принципиальные, пока непреодолимые трудности (отсутствует в принципе или нельзя приобрести необходимое технологическое оборудование или подходящие материалы, требуется предварительное проведение НИР и ОКР и т. п.).

Критерий технологических возможностей, который должен отражать простоту и принципиальную возможность изготовления ТО, можно определять по формуле:

где Е=1, если А_Н3=0; У=0, если А_Н3>0.

Критерий технологических возможностей отражает фактор наследственности в технике, аналогичный фактору наследственности в живой природе, определяемому законом Дарвина. При переходе от одного поколения ТО к другому данный критерий заставляет в наибольшей мере сохранять и использовать проверенные практикой функциональные элементы, отработанную технологию их изготовления и существующее технологическое оборудование. Поскольку за каждое конструктивное изменение в новом поколении ТО приходится «платить» значительными дополнительными затратами, связанными с изменением технологического процесса и созданием соответствующего технологического оборудования, приспособлений и инструмента, тем более имеется риск, что новые элементы не оправдают себя на практике.

3. Критерий использования материалов. Для изготовления элементов ТО используют различные природные материалы, отлитые заготовки, сортовой и листовой прокат, трубы различных профилей, специальные профильные заготовки (валы, шары, шестерни и т. п.) и др. В процессе обработки исходного материала и заготовок появляются обрезки, стружка и другие отходы, в результате чего масса готовых деталей и, соответственно, ТО получается меньше массы израсходованных материалов. В связи с этим потери, например, черных металлов в машиностроении составляют 20--25 %, отходы металла в стружку при обработке резанием --до 28 %, т. е. 4,5 млн. тонн в год. В целом коэффициент использования металла не превышает 0,55.

Поскольку доля отходов в большей мере зависит от технологических процессов и технологического оборудования, существует и действует технологический критерий использования материалов, равный отношению массы изделия G к массе израсходованных материалов Р (при этом покупные комплектующие элементы не учитываются):

К_им= G/P.

Критерий К_им можно назвать коэффициентом полезного использования материалов, поскольку по содержанию, характеру и диапазону изменения он близок к энергетическому коэффициенту полезного действия.

4. Критерий расчленения ТО на элементы. Почти каждый ТО можно выполнить из существенно меньшего числа элементов (узлов и деталей), чем он сделан на самом деле. Например, некоторые простые узлы можно изготовить в виде одной неразъемной детали, отдельные узлы объединить одной станиной и т. п. Такая минимизация числа элементов дает, казалось бы, определенный выигрыш ва счет исключения элементов сопряжения и соединения (уменьшается общая масса изделия, повышается его жесткость и надежность, уменьшается трудоемкость механической обработки и сборки и т. д.).

Однако такое кажущееся упрощение конструкции, наряду с указанными положительными моментами, часто приносит несоизмеримо большие потери. Дело в том, что большее расчленение часто сокращает время и трудоемкость разработки и доводки изделия в целом, поскольку в каждом новом изделии, как бы хорошо оно ни было спроектировано, имеются более или менее совершенные узлы. Поэтому в процессе разработки и доводки нового изделия экономичнее и проще устранять недостатки отдельных более простых узлов, чем -сложных узлов или изделия в целом. Большеё 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.

Следует также отметить, что при чрезмерно мелком дроблении ТО на элементы многие из этих достоинств оборачиваются недостатками.

Таким образом, всегда существует оптимальное расчленение ТО на узлы и детали, которое значительно упрощает технологию разработки, доводки, изготовления, ремонта и модернизации изделий, является основой для унификации и стандартизации.

4. Экономические критерии развития ТО

1. Критерий расхода материалов. Всесторонняя экономия материалов при разработке и изготовлении ТО вызвана рядом факторов. К основным причинам уменьшения расхода материала относятся:

снижение стоимости ТО, поскольку стоимость материалов в ТО составляет 25--65 % их себестоимости;

снижение транспортных и погрузочно-разгрузочных расходов при перевозке исходного сырья и материалов для изготовления ТО и при транспортировании готовых ТО к месту их использования;

экономия энергии при эксплуатации ТО (таких, как транспортные, обрабатывающие и другие машины и устройства), в которых значительная часть энергии затрачивается на обеспечение поступательного, возвратно- поступательного, вращательного и других видов механического движения.

Критерий расхода материала К_м равен отношению массы технической системы G к ее главному показателю эффективности Q:

К_м= G/Q,

т. е. представляет собой удельную массу материалов на единицу получаемой эффективности.

2. Критерий расхода энергии. При изготовлении и (или) эксплуатации ТО, как правило, расходуется определенное количество энергии. Поскольку удовлетворение возрастающих потребностей людей обычно жестко ограничивается имеющимися энергетическими возможностями, то указанные затраты энергии всегда стремятся свести к минимуму. В связи с этим существует и действует критерий расхода энергии:

где W_n -- полная затрата энергии за время эксплуатации ТО; Е -- затраты энергии при изготовлении ТО; Т -- время эксплуатации ТО.

3. Критерий затрат на информационное обеспечение. 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. Эти затраты становятся сопоставимыми с затратами на материалы и энергию, а прибыли от них быстро возрастают. В связи с этим появилась необходимость введения критерия затрат на информационное обеспечение в виде отношения

К_ио = S/Q,

где S -- затраты на подготовку и обработку информации, включающие стоимость или эксплуатацию вычислительной техники, разработку (или аренду) программного и информационного обеспечения и т. д.

4. Критерий габаритных размеров ТО. Снижение габаритных размеров ТО и их элементов связано в первую очередь с получением следующих выгод:

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

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

увеличение полезного объема в ТО типа летательных и космических аппаратов, судов, подводных лодок и т. п.;

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

сокращение расходов по транспортированию ТО. Критерий габаритных размеров равен отношению основных габаритных размеров технического объекта V к его эффективности

К_г = V/Q.

5. Антропологические критерии развития ТО

Группа антропологических критериев обеспечивает по возможности наибольшее соответствие и приспособление ТО к человеку, снижение дискомфорта и повышение положительных эмоций, снижение или исключение вредных и опасных (непосредственных или посредственных) воздействий ТО на человека.

1. Критерий эргономичности ТО. Эффективность многих ТО в значительной степени зависит от того, насколько они приспособлены к психофизиологическим качествам человека-оператора, использующего этот ТО или управляющего им при воздействии на предмет обработки, т. е. насколько в системе человек--машина использованы физические, психические и интеллектуальные возможности человека.

Свойство системы человек-машина изменять свою эффективность в зависимости от степени использования возможностей человека-оператора называют эргономичностью. Эффективность ТО при этом в первую очередь выражается через функциональные критерии развития ТО, например, производительность, надежность, точность и др.

Критерий эргономичности для конкретного ТО равен отношению реализуемой эффективности системы человек-- машина к максимально возможной эффективности этой системы.

Критерий эргономичности можно интерпретировать как коэффициент полезного действия человека в системе человек--машина, тем более, что граница и характер изменения значений этого критерия такие же, как у энергетического коэффициента полезного действия.

2. Критерий красоты ТО. Эстетическое влияние ТО здесь понимается шире, чем принято в дисциплине по технической эстетике и художественному конструированию.

3. Критерий безопасности ТО. Многие ТО, а также выпускаемая ими продукция и используемое сырье оказывают или могут оказать на работающих и окружающих людей различные вредные или опасные воздействия:

повреждение или поражение органов, приводящие к временной потере трудоспособности;

тяжелые повреждения или поражения, приводящие к постоянной потере трудоспособности (перевод на инвалидность);

смертельный исход (исходы).

В связи с этим существует критерий безопасности, под действием которого ТО в своем развитии имеет тенденцию понизить или исключить вредные и опасные воздействия на окружающих людей.

Следует заметить, что когда ведется оценка вредных действий ТО на окружающих людей, то часто наряду с рассматриваемым ТО аналогичные вредные воздействия оказывают и другие существующие ТО. В таких случаях рассматривают вопрос не только о невозможности создания проектируемого ТО, но и об исключении существующих ТО, которые имеют свою долю в нарушении нормативов.

Критерий безопасности имеет отношение ко всем классам ТО, которые своим функционированием, выпускаемой продукцией или используемым сырьем оказывают или могут оказать на окружающих людей вредное или опасное воздействие.

4. Критерий экологичности. Критерий экологичности, или критерий сохранения окружающей среды, должен регулировать взаимоотношения между естественной природой и ТО с точки зрения комфортности и возможности жизни людей.

Критерий экологичности в общем виде можно выразить зависимостью:

К_эк= (S_н + S_K)/S₀,

где S_H -- площадь территории (суши и воды), на которой по одному или нескольким факторам имеются недопустимые (выше нормы, но ниже критических) загрязнения или изменения; S_K -- площадь территории, на которой по одному или нескольким факторам имеются критические загрязнения и изменения, при которых жизнь человека становится смертельно опасной или невозможной; S₀ -- вся площадь страны (или интересующего региона, области и т. д.), которая должна быть постоянной величиной.

К факторам загрязнения и изменения среды относятся:

1)Инородные примеси, вносимые в атмосферу, воду и землю в виде новых веществ, физических полей и воздействий; различные газы и пыль, выделяемые заводами и транспортными машинами; загрязнение воды и земли промышленными сбросами, пестицидами; радиоактивное, шумовое и тепловое загрязнение среды и многое другое.

2) Изменения в неживой природе в виде отклонений от естественной нормы концентрации веществ, характеристик физических полей и воздействий, рельефа и структуры поверхности земли и др.

3) Изменения в живой природе в виде отклонений от естественной нормы числа особей существующих видов на единицу площади, исчезновения существующих видов или появления новых.

экономический антропологический функциональный критерий

Заключение

Критерии развития являются важнейшими показателями, или критериями качества, т. е. имеют большое значение при оценке качества ТО. Значение критериев развития особенно важно для специалистов, которые стремятся при разработке новых изделий превзойти уровень лучших мировых достижений или приобрести изделия на уровне лучших мировых достижений. Для решения этих задач критерии развития играют роль компаса, указывающего направления магистрального прогрессивного развития изделий и технологий.

Поскольку любой ТО, как правило, имеет несколько критериев развития, то принцип прогрессивного развития для каждого нового поколения ТО заключается в улучшении одних и неухудшении других критериев.

Наборы критериев развития для различных классов ТО в значительной степени совпадают, поэтому в целом развитие техники в большой мере подчинено, можно сказать, единому набору критериев, определяющих развитие техники.

Список использованных источников

Половинкин А.И. Основы инженерного творчества-- 2-е изд. М.: Высшая школа, 1988, 352 с

Размещено на Allbest.ru