Основы проектирования и конструирования (стр. 41 из 53)
Для конструктора и изготовителя этот закон имеет важное значение, поскольку он представляет собою основу определения границ допускаемых изменений материального комплекса с позиций эффективности технических средств.
В машиностроении оценка допускаемых отклонений от номинальных параметров, является предметом изучения отдельной научной дисциплины "Основ взаимозаменяемости". Здесь учитывается, с одной стороны, возможность применяемого технического оборудования обеспечить ту или иную точность выполнения операции, с другой стороны, возможность ТО, изготовленного с определенными отклонениями от номинальных характеристик, выполнять заданные функции.
Чтобы предвидеть отклонения свойств изделий, необходимо понимать, что производство представляет собою стохастический процесс. Стохастический или случайный процесс является результатом действия множества элементов со случайными свойствами - элементов, которые однако можно описать не случайным образом, а на основе теорий вероятностей.
Доступный пример стохастического процесса - поведение студентов. Оно носит случайный характер. Пример - очередность выхода из аудитории после звонка. Длительное наблюдение позволит предсказать некоторую вероятность этой очередности [16].
Допуски и посадки, определяемые в соответствии с законом относительного постоянства, лежат в основе стандартизации типовых деталей и инструмента, применяемого в различных отраслях производства. Научно-технический прогресс способствует повышению точности процессов и изделий. Поэтому действие закона связано с развитием техники.
7.4.5 Закон возрастания разнообразия технических объектов
Разнообразие технических объектов, составляющих техносферу мира, страны или отрасли, а также разнообразие отдельного класса технических объектов, имеющих одинаковую обобщенную функцию, в связи с необходимостью наиболее полного удовлетворения человеческих потребностей, обеспечения наиболее высоких темпов повышения производительности труда и улучшения других критериев прогрессивного развития техники со временем монотонно и ускоренно возрастает по экспоненциальному графику
,где N0 - количество разновидностей технических объектов, составляющих техносферу в целом или отдельный класс ТО, в момент, принятый за начало отсчета; Nt - то же через время t после начала отсчета; t - время (в годах); k - эмпирический коэффициент.
Возрастание происходит за счет появления новых потребностей-функций, качественной и количественной специализации функций, а также за счет дифференциации технических объектов, выполняющих качественно и количественно одинаковую функцию, но имеющих различия по конструкции.
Это - эмпирической закон, выведенный на основе большого статистического материала. В качестве иллюстрации в табл.7.2 приведены данные по количеству моделей легковых, включая гоночные, спортивные и рекордные, и грузовых, включая седельные тягачи и самосвалы, автомобилей.
Эти данные, заимствованные из работы [20], подтверждают ускоренный рост разнообразия выпускаемых ТО.
Нарушения общей тенденции, приходящиеся на годы гражданской войны, последовавшей после Октябрьской революции 1917 г., и на годы Великой Отечественной войны (1941 - 1945) легко объяснимы. Выпуск бронетехники и специальных машин военного назначения в табл.7.2 не учтен.
Возрастание разнообразия технических объектов, как и объектов природных, не может происходить безгранично. Вспомним, например, что все многообразие и многоцветие природы слагается из химических элементов, которых, немногим более сотни. Поэтому, наряду с законом возрастания разнообразия технических объектов, в природе и технике действует излагаемый ниже закон ограниченного разнообразия.
Таблица 7.2
Количество моделей автомобилей, выпускаемых отечественными автозаводами в 1896 - 1983 г. г.
| Годы | Количество выпускаемых моделей | |
| легковые автомобили | грузовые автомобили | |
| 1896 - 1900 | 2 | 0 |
| 1900 - 1910 | 10 | 4 |
| 1911 - 1917 | 13 | 4 |
| 1922 - 1932 | 5 | 8 |
| 1933 - 1941 | 20 | 36 |
| 1941 - 1945 | 6 | 5 |
| 1946 - 1956 | 53 | 40 |
| 1957 - 1969 | 74 | 67 |
| 1970 - 1982 | 38 | 68 |
7.4.6 закон ограниченного многообразия
Применительно к технике закон может быть сформулирован следующим образом.
Многообразие, являющееся необходимым условием существования единства сложных технических средств и способов их действия, должно иметь границы.
Правда, известно, что увеличение различий между характеристиками изделий объективно обусловлено требованием их общественно-технической адекватности в непрерывно усложняющемся мире, где действует закон возрастания разнообразия технических объектов.
Но, с другой стороны, чем шире используется данное техническое средство, тем в большей мере приобретает значение закон ограниченного разнообразия. Пример - изготовление разными заводами телевизоров с унифицированными схемами.
Закон проявляет себя в унификации и стандартизации.
7.4.7 Закон возрастания сложности технических объектов
Качественную историческую картину возрастания сложности ТО описал К. Маркс. Об этом шла речь выше. Ориентировочную количественную картину дает табл.7.3.
Таблица 7.3
Возрастание сложности ТО
| Время | Приближенное число классов ТО | Среднее число деталей в наиболее сложных ТО |
| 100 000 лет назад | 5 | 1 |
| 10 000 лет назад | 50 | 10 |
| 1000 лет назад | 1000 | 100 |
| Настоящее время | 50000 | 10000 |
Несколько более подробную градацию ТО по сложности с прогнозом на будущее дал Г.Н. Поворов [16], см. табл.7.4.
Таблица 7.4
Сложность систем по Г.Н. Поворову
| Уровень сложности | Примеры ТО | |
| 1. | Простые предметы | Одноэлементные орудия раннего каменного века (рубило и др.). |
| 2. | Превращающиеся предметы | Использование огня при изготовлении керамической посуды. |
| 3. | Сложные предметы | Составные орудия из жестко соединенных деталей (ткани). |
| 4. | Простые системы | Машины и устройства с числом элементов 10 ¸ 103 и определенным детерминированным их взаимодействием (машины XV - XVI в. в) |
| 5. | Сложные системы | Технические системы с числом элементов 104 ¸ 107 и выше с массовым случайным их взаимодействием, например АТС. |
| 6. | Превращающиеся системы | Системы, способные к росту, развитию, самоорганизации. Число элементов 108 ¸ 1030. |
| 7. | Парадоксальные системы | Системы столь обширные и сложные, что они способны управлять пространством и временем, и изменять космические формы своего бытия. Число элементов 1030 ¸ 10200. |
А.Н. Половинкин [16] предпринял попытку вывести универсальный показатель сложности.
Показатель сложности S определяется положительным числом, большее значение которого соответствует более сложному ТО.
Анализ показывает, что интегральный показатель S имеет две функциональные связи:
, (7.2) 
, (7.3)где Y = (y1, y2... yn) - кортеж, каждая компонента которого представляет собою практически важный показатель, на который может оказать существенное негативное влияние возрастание сложности ТО.
X = (x1, x2... xm) –
кортеж, каждая компонента которого представляет собою параметр сложности, изменение которого влияет на S, и, соответственно, на компоненты Y.
Отметим, что кортеж - это упорядоченный набор из n элементов, называемых его компонентами или координатами. Наиболее естественной интерпретацией кортежа является вектор n-мерного пространства или упорядоченная совокупность его координат.
Посредством кортежа удобно характеризовать объекты, описываемые при помощи п независимых друг от друга признаков.
Компоненты Y:
у1 - трудоемкость разработки ТО;
y2 - трудоемкость изготовления, сборки, отладки ТО;
y3 - трудоемкость эксплуатации и обслуживания;
y4 - трудоемкость ремонтных работ;
y5 - трудоемкость обучения специалистов.
Компоненты X:
x1 - число деталей в ТО;
x2 - число соединений между деталями;
x3 - число различных материалов и веществ, используемых при изготовлении ТО;
x4 - суммарное число входов и выходов потоков вещества, энергии, информационных сигналов;
x5 - число физических, химических и биологических эффектов, используемых в ТО;
x6 - средняя относительная точность изготовления деталей, к которым предъявляются наиболее высокие требования;
x7 - относительная точность главных функциональных показателей ТО.
Представляется целесообразным дать обобщенную формулу, показателя сложности:
.Отсюда формулировка закона:
Сложность технических объектов с одинаковой функцией, равная показателю