Задачи научно-технической деятельности

В практике научной и инженерной деятельности постоянно возникают различные проблемы и задачи, которые можно разделить на следующие четыре вида:

улучшение известных устройств, технологии, метода;

выявление новых потребностей и формулировка новых функций су­щест-

вующего ТО;

разработка принципиально новых технических решений, не имеющих прототипов;

разработка ТО и технологий, предназначенных для выполнения извест-

ных функций, но основанных на новых принципах или использо­ва-
нии новых физико-технических эффектов.

Задачи инженерного и научного творчества, как правило, решаются итерационным путем, т. е. предпринимается несколько попыток приближения к искомому решению на основе имеющейся информации. При этом огромное значение имеет пра­вильная, конкретная, полная постановка задачи, которая состоит из двух этапов. На первом этапе выполняются следующие операции.

а) Описание проблемной ситуации в виде ответов на вопросы:

в чем состоит затруднение, недостаток существующего ТО или тех­нологии;

что требуется сделать для устранения проблемной ситуации, т. е. ка­кую потребность нужно удовлетворить;

что мешает устранению недостатка или достижению цели;

что дает решение задачи предприятию, народному хозяйст­ву, людям.

б) Описание функции (назначения) ТО с указанием

– выполняемого действия;

– объекта, подвергаемого действию;

– условий (качественно и количественно).
в) Выбор прототипа и составление списка требований.

Обычно в качестве основного прототипа указывают ТО (или техноло­гию), который требуется усовершенствовать. Кроме этого рекомендуется вы­брать еще один – два прототипа, имеющих аналогичное назначение и определенные преимущества по сравнению с исходным. При выборе дополнительных прото­типов рекомендуется использовать словари технических функций, междуна­родную классификацию изобретений (МКИ), патентные описания за последние 5 – 10 лет, каталоги выставок.

Список требований составляется в соответствии с техническим описани­ем ТО и включает в себя следующее:

функциональные требования (перечень количественных показателей действия, показателей объекта обработки, особых условий и ограничений, уровень надежности, вид и параметры используемой энергии);

дополнительные требования к потокам веществ, энергии, сигналов в элементах ТО, а также на входе и выходе; ограничения на эти потоки, вызванные взаимодействием ТО с подсистемой и окружающей сре­дой или связанные с их переработкой внутри ТО;

дополнительные требования, относящиеся к функциональным эле­ментам, из которых состоит ТО;
требования, связанные с условиями и ограничениями, накладывае­мыми на выбор основных материалов;

требования по массе, форме, габаритам и компоновке ТО и его элементов;

требования по возможности управления и регулирования, безопасности, устойчивости, серийности, взаимозаменяе­мости, стандартизации, унификации, условиям эксплуатации и транс­портировки и хранения.

Перечень требований является ядром технического задания на разработ­ку ТО (технологии).

г) Составление списка недостатков прототипа.

Как следует из закона прогрессивной конструктивной эволюции ТО, ка­ждый используемый ТО обычно имеет некоторые недостатки, устранение ко­торых обеспечивает получение улучшенной модификации ТО. При выполне­нии этой работы необходимо стремиться выявить все недостатки прототипа, которые могут быть устранены в новом изделии, т. е. для каждого прототипа следует указать

критерии развития (критерии качества) ТО;

показатели (параметры), не соответствующие требованиям обеспечения выполнения заданной функции с необходимым уровнем качества;

факторы, снижающие эффективность или затрудняющие использование прототипа;

показатели, которые желательно улучшить.

Для каждого критерия, показателя, параметра следует дать, по возмож­ности, количественную оценку с перспективой на будущее. Перечень тре­бующих улучшения критериев и параметров с их количественной оценкой называется списком недостатков прототипа; его необходимо упорядочить по степени важности устранения недостатков и выделить самые важ­ные, устранение которых является главной целью решения задачи.

д) Предварительная формулировка задачи – итог первого этапа. Кратко обобщаются результаты, полученные при выполнении операций 1 – 4. При этом задача традиционно содержит две части: «дано» и «требуется». Такое обобще­ние дает целостное и доступное представление о задаче, что способ­ствует продуктивной работе. Таким образом, в результате

дано:

качественное и количественное описание функции и ограничений, накладываемых на ее реализацию;

перечень и описание возможных прототипов и списки требований к ним;

списки недостатков прототипов;

требуется:

в процессе решения задачи так изменить прототип, т. е. найти такое новое техническое решение, которое бы реализовало требуемую функцию и не имело (или имело в меньшей мере) недостатки, прису­щие прототипу.

Постановка задачи – нелегкая, важная и ответственная работа. Всегда нужно помнить о том, что правильная постановка творческой инженерной задачи – это половина ее решения так же, как от формулировки вопроса зависит воз­можность правильного ответа. Правильная постановка задачи позволяет от­сечь многие бесперспективные и тупиковые направления поиска. Нередки случаи, когда решение задачи находят в процессе ее постановки, поэтому не следует экономить время и труд на анализ и постановку задачи.

Вторым этапом постановки задачи является ее уточнение, и здесь выполняются следующие операции.

Во-первых, проводят корректировку (улучшение) функциональной структуры ТО путем введения новых элементов или, наоборот, уменьшения числа элементов, перераспределения функций между элементами ТО (с уче­том последних достижений техники, изобретений и открытий новых физико-технических эффектов).

Во-вторых, проводится анализ вышестоящей по иерархии системы, в которую входит ТО, с целью выяснения возможности выполнения функции рас­сматриваемого ТО путем внесения изменений в смежные объекты надсистемы. Кроме того, выясняется, что мешает внесению необходимых изменений, нельзя ли устранить мешающие этому факторы.

В-третьих, устанавливаются конкретные причины недостатков прототипа ТО и возможные способы их устранения; выявляются противоречия развития ТО (когда улучшение одного показателя приводит к ухудшению других пока­зателей) и намечаются пути их устранения.

Результатом второго этапа постановки задачи является идеальное техни­ческое решение (ИТР), характеризующееся следующими уровнями показате­лей. В ИТР масса и размеры ТО должны быть минимальными, как и время обработки объекта. В ИТР КПД ТО приближается к 1,0 (или равен 1,0), а расход энергии минимизируется. В ИТР все части ТО все время выполняют полезную функцию в меру расчетных возможностей. ТО, имеющий ИТР, должен функционировать бесконечно долго без ремонта и остановок, без человека или при минималь­ном его участии. ТО с ИТР не оказывает никакого отрицательного влияния на человека и окружающую среду.

При формировании ИТР для соответствующего класса ТО рекомендуется
подробно описать (для реализации рассматриваемой функции) техническое решение бу­дущего, удовлетворяющего указанным свойствам ИТР.