Основы проектирования и конструирования (стр. 40 из 53)
Если при наличии необходимого научно-технического потенциала переход к новому техническому решению или принципу действия обеспечивает получение дополнительной эффективности, существенно превышающей дополнительные интеллектуальные и производственные затраты, то может произойти скачок к новому техническому решению или принципу действия и без исчерпания возможностей совершенствования старого технического решения. Нередко это приводит к параллельному развитию выполнения одинаковых функций на основе разных ФПД. Например: получение электроэнергии на тепловых и атомных электростанциях; совершенствование тепловозов и электровозов; строительство кирпичных и панельных жилых домов.
Большое практическое значение в рамках рассматриваемого закона имеет изучение закономерности изменения критериев развития на протяжении использования одного принципа действия, т.е. изучение S-функций.
Это позволяет установить, насколько недоиспользованы возможности реализованного в техническом объекте ФПД, Если эти возможности имеют значительные резервы, на основе прогнозирования, базирующегося на экстраполяции S-функции, можно сформулировать конкретное задание на улучшение основных показателей ТО.
Если же анализ показывает, что возможности применяемого принципа действия практически исчерпаны, делается вывод о необходимости поиска нового ФПД.
Для осуществления экстраполяции S-функции удобнее иметь не график или таблицу, а аналитическую аппроксимацию функции.
Известно несколько методов аналитического описания S-функции [17]:
логистическая функция или кривая Перля-Рица
;запаздывающая логистическая функция
;63-процентная функция
;формула Гомпертца
;формула Джонсена
;квадратичная логистическая функция
.В перечисленных выражениях K, b, c - константы, t - время. Недостатком этих формул является их "жесткость", обусловленная наличием трех констант, что снижает точность аппроксимации.
А.И. Попов и Е.Н. Капитонов в результате компьютерного анализа достаточно значительного количества статистических данных получили уравнение:
, (7.1)где К - коэффициент, характеризующий интервал изменения у между двумя перегибами S-функции; b - коэффициент, характеризующий продолжительность временного интервала (т.е. изменения аргумента t) между двумя перегибами S-функции; с - коэффициент, соответствующий времени появления первого перегиба S-функции; D - коэффициент, характеризующий исходное значение функции у.
Следует заметить, что прогнозирование по S-функции, называемое иначе статистическим прогнозированием, является наиболее старым и распространенным, но далеко не единственным методом прогнозирования.
Проблеме прогнозирования посвящена обширная литература, из которой упомянем, в частности, работы [17,18].
7.4.2 Закон стадийного развития техники (открыт С.С. Товмасяном)
Этот закон [16] отражает изменения, происходящие в процессе исторического развития как отдельных классов ТО, так и техники в целом.
Его можно сформулировать следующим образом. ТО, предназначенные для обработки материалов, имеют четыре стадии развития, связанные с реализацией четырех фундаментальных функций, (см. закон соответствия между функцией и структурой):
на первой стадии ТО реализует только технологическую функцию, стальное делает человек;
на второй стадии развития ТО реализует технологическую и энергетическую функции;
на третьей стадии добавляется функция управления;
на четвертой стадии добавляется функция планирования.
Переход к каждой очередной стадии происходит при исчерпании природных возможностей человека по дальнейшему увеличению производительности и др. качественных показателей, а также при наличии необходимого научно-технического уровня и социально-экономической целесообразности.
Хронологические рамки осуществления перечисленных стадий в мировой технике приведены в табл.7.1.
Таблица 7.1
Стадия развития техники
| Выполняемая функция | Начало стадии | |||
| Каменный век | XVIII век | Середина XX века | Конец XX века | |
| Технологическая | ТО | ТО | ТО | ТО |
| Энергетическая | человек | ТО | ТО | ТО |
| Управления | человек | человек | ТО | ТО |
| Планирования | человек | человек | человек | ТО |
Практическое использование закона стадийного развития связано с получением в процессе исследования технического объекта ответов на следующие вопросы:
На какой стадии развития находится изучаемый технический объект?
Ограничивают ли возможности человека существенное улучшение основных показателей ТО?
Имеются ли необходимые научно-технические возможности для перехода на следующую стадию?
Имеется ли социально-экономическая целесообразность перехода на следующую стадию [15, 16] ?
Следует обратить внимание на тот интересный факт, что, чем больше функций передается от человека к технике, тем глубже инженер должен знать эргономику - науку о физических и психический возможностях человека.
Из закона стадийного развития техники вытекают две важные закономерности:
Каждая стадия развития техники, как правило, имеет два периода развития: сначала основная фундаментальная функция реализуется с помощью универсального технического средства, затем происходит дифференциация и специализация технических средств. Так, на первой стадии развития техники был пройден путь от общего рубила до 500 разновидностей одних только молотков; на второй стадии от мускульной энергии пришли к современному разнообразию источников энергии; на третьей - от универсальной ЭВМ к специализированным ЭВМ и микропроцессорам.
При этом на каждой новой стадии резко возрастает относительное разнообразие технических объектов и область их применения в связи с появлением широких возможностей конструктивного изменения и приспособления подсистемы, реализующей очередную фундаментальную функцию, и комбинирования этой подсистемы с различными вариантами других подсистем технического объекта.
Чем большее число фундаментальных функций реализовано с помощью технических средств, тем меньше ограничений накладывают естественные возможности человека, тем больше возможностей открывается для совершенствования технического объекта и тем выше темпы технического прогресса.
В качестве иллюстрации на рис.7.4 показана динамика регистрации изобретений в СССР в период с 1925 г. по 1992 годы.
Рис.7.4 Динамика изобретательства в СССР
7.4.3 Закон расширения множества потребностей-функций
Для открытия новых направлений развития техники важно предусмотреть появление новых потребностей в обществе. В этом отношении полезен закон расширения множества потребностей-функций. Выше приводилась формулировка этого закона, данная К. Марсом.
Современная формулировка звучит следующим образом.
При наличии необходимого потенциала и социально-экономической целесообразности возникшая новая потребность удовлетворяется с помощью впервые созданных технических средств; при этом возникает новая функция, которая затем существует до тех пор, пока ее реализация будет обеспечивать сохранение и улучшение жизни людей. Число таких потребностей-функций монотонно возрастает по экспоненциальному закону
,где Р0 - число потребностей-функций к моменту t = 0; a - эмпирический коэффициент; t - время в годах [15, 16].
Полезно отметить, что трудом ряда ученых (А. Маслов и др.) удалось установить приоритет потребностей, который позволяет судить о направлениях развития техники.
А. Вечные потребности, значимость которых всегда остается неизменно высокой:
Обеспечение пищей.
Обеспечение жильем.
Обеспечение одеждой.
Обеспечение оборонной техникой.
Защита от преступных нападений.
Защита от природных катастроф.
Защита от болезней и болевых ощущений.
В. Вечные потребности, значимость которых сильно возросла в XX в:
Защита от больших искусственных катастроф и локальных аварий в промышленности, на транспорте и т.д.
Получение новой информации, сбор, хранение, обработка и передача информации.
Красота окружающей среды.
Обеспечение индивидуально и общественно полезного досуга людей.
С. Новые потребности, возникшие во второй половине XX в. и по значимости близкие к вечным.
Защита от глобального уничтожения человечества.
Обеспечение нормальной пресной водой.
Обеспечение нормальным воздухом.
Обеспечение нормальных условий сна.
Все это обобщенные первичные потребности, которые имеют многоуровневое иерархическое разделение на частные первичные потребности. Они, в свою очередь, вызывают вторичные потребности 1-го уровня в производстве ТО, далее 2-ой уровень и т.д.
7.4.4 Закон относительного постоянства
Этот закон можно сформулировать следующим образом: не существует изделий, не имеющих отклонений относительно некоторого материального образца. Ошибкой считается лишь превышение допустимого отклонения.