Понедельник, 05.12.2016, 07:30
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту


Главная » Статьи » История. Философия

УЧЁТ СИСТЕМНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ В ИНЖЕНЕРНОМ МЫШЛЕНИИ И ПРОЕКТИРОВАНИИ

Э.Г. Винограй
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

УЧЁТ СИСТЕМНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ В ИНЖЕНЕРНОМ МЫШЛЕНИИ И ПРОЕКТИРОВАНИИ

Исследуются возможности применения системоорганизационных законов оптимизации к проблемам создания эффективной, конкурентноспособной техники.

Ключевые слова: системность, оптимизация, техноэволюция, инженерное мышление, технико-технологические комплексы нового поколения.

 

На современном этапе общественного развития назрела необходимость системной координации процессов техноэволюции. Всё более остро ощущается актуальность системного подхода к созданию технико-технологических комплексов новых поколений. Потребности модернизации технической базы производства инициируют переосмысление накопленного технико-инженерного знания с системных позиций. В перспективе такое переосмысление будет содействовать укоренению системных представлений в технических науках и инженерном мышлении.

На пути к этой перспективе исследователями многообразных проблем технической реальности и инженерии, методологами проектной, конструкторской, изобретательской деятельности уже сделано немало плодотворных шагов. К наиболее значительным достижениям отечественной инженерной мысли в направлениях системной теоретизации и конструктивизации технического знания можно отнести теорию изобретательства (ТРИЗ) выдающегося инженера и методолога Г.С. Альт- шулера [2-4], теоретический анализ закономерностей перехода к технолого- экономическим метасистемам новых поколений В.С. Мучника [20-22], теоретизацию представлений о техноценозах и техноэволюции в работах Б.И. Кудрина [1417], развитие В.А. Панфиловым системных представлений в теории технологического потока [23, 24], системную концепцию эволюционного синтеза антропогенных (социотехнических) объектов Е.П. Балашова [5] и др.

Большинство авторов монографий, статей, учебных пособий, осознающих потребность в системном подходе к познанию и проектированию современной техники, развивают свои методологические представления в техноинженерных концептах различного уровня общности. Наряду с анализом специфических системных закономерностей техники в этих работах в ряде случаев просматриваются попытки осмысления технической реальности с учётом закономерностей общесистемного уровня. Однако происходит это стихийно и фрагментарно из-за отсутствия развитой теоретико-системной базы для подобных исследований. Формирование такой базы в ряде наших работ [8, 9] создаёт основу для её систематического применения в теории и методологии инженерных исследований и проектирования. Цель настоящей статьи - наметить ключевые аспекты обогащения методологического инструментария современной инженерии системно-диалектическими конструктами.

Исходным пунктом кристаллизации системного аппарата инженерного поиска является акцентирование того обстоятельства, что при достигнутом уровне сложности современных технических комплексов всё более существенное влияние на их функционирование и развитие оказывают общесистемные закономерности. Возрастающая роль системно-динамических, сложностных факторов детерминации качества современной техники предполагает переход от традиционных, структуро- центрических версий восприятия технической реальности к развитым системно- диалектическим представлениям, отображающим закономерности взаимодействия структуры, динамики и организации сложного технического объекта в их единстве и развитии. Смысловым ядром данной концепции является понимание системы как организованного целого, функционирование и развитие которого обусловлено необходимостью разрешения актуальных противоречий (проблем) в заданных условиях среды. Данное определение задаёт координаты конструктивного понимания системности, согласно которому исходным системоконституирующим началом являются не структуры (схемы связей, типы взаимодействий и т.п.), а именно характер актуальных противоречий (проблем), которые инициируют формообразование и динамику объекта. При этом типы структур, способы действия, формы взаимодействия со средой и другие системные характеристики определяются логикой разрешения актуальных проблем, которые носят в системном исследовании детерминирующий характер и определяют все другие системные параметры. Исходя из этих системно-диалектических позиций, рассмотрим возможности применения ряда ключевых общесистемных принципов и закономерностей к исследованию, проектированию и оптимизации сложных технико-инженерных комплексов.

Фокусированность действий технического объекта на разрешение актуальных противоречий. Принцип фокусированного действия является главным системно-диалектическим конструктом, характеризующим организационный механизм системодействия. Суть этого принципа в том, что для разрешения актуальных противоречий (проблем) система действует подобно фокусирующей линзе: сосредоточивает потенциал своих компонентов, связей, действий, ресурсов - на достижение функциональных результатов, разрешающих эти противоречия. Чем выше сфокусированность параметров системы на достижение функциональных результатов, тем значительнее эффект её действия, тем полнее разрешаются её актуальные проблемы. Хорошая организация системы отличается от плохой, прежде всего, более высокой степенью сфокусированности системных параметров (целей, структур, способов действий, форм управления и др.) на достижение функциональных результатов [8, 9]. Тем самым критерий фокусированного действия задаёт основополагающий ракурс рассмотрения системных явлений [29]. Применение этого критерия к анализу технических объектов рассмотрим на двух уровнях, актуальных для оценки их системодействия: 1) в масштабе единичного технического объекта; 2) в масштабе народнохозяйственного применения техники.

При анализе технического объекта в масштабе единичного применения критерий фокусированного действия может быть использован как для оптимизации существующей конструктивно-технологической схемы объекта, так и для поиска принципиально новых схем и решений, обеспечивающих более эффективные формы фокусированного действия. Второй вариант ориентирует конструктора на выход за рамки устоявшихся схем, поиск альтернативных реализаций объекта.

Оптимизация объекта в рамках существующей конструктивной схемы заключается в поиске резервов сосредоточения его свойств, конструкционных характеристик, технологических способов действия, средств управления, способов взаимодействия со средой - на реализацию функций данного объекта. Актуальность исследования технических объектов с точки зрения полноты и точности сосредоточения функций инициировала возникновение особой прикладной инженерно- экономической технологии - функционально-стоимостного анализа (ФСА) [10]. Суть ФСА - в функциональном анализе деталей объекта с точки зрения соответствия/несоответствия их свойств функциональному назначению, поиска и устранения дисфункциональных свойств и эффектов, изыскания многофункциональных конструкционных решений, предотвращения излишней избыточности, актуализации латентных свойств и т.п. Опыт применения ФСА показал его значимость как инструмента упрощения и функционализации конструктивных решений, экономии ресурсов, расширения диапазона функциональных качеств машин, конструктивных узлов и деталей.

С позиций системно-диалектического подхода технология ФСА, акцентирующая внимание на функциональных инструментах фокусирования свойств технических объектов, может быть дополнена. Имеются в виду возможности наращивания фокусированности действий в ракурсе других системных параметров. К примеру, при анализе конструкционно-технологической схемы объекта имеет смысл обратить внимание на наличие у него наряду с явной, целенаправленно спроектированной структурой также и многообразных латентных структур, образуемых сопряжениями и неучтёнными взаимодействиями подсистем, коммуникационными сетями, вспомогательной арматурой, неучтёнными воздействиями внутренней и внешней среды и т.п. Наличие незапрограммированных, латентных структур и эффектов связано с действием диалектического закона отчуждения, присущего любой человеческой деятельности, в том числе проектной. Суть данного закона в том, что любая целесообразная деятельность порождает наряду с ожидаемым целевым результатом также и побочные результаты, которые могут оказаться нежелательными, противоречащими конструктивному замыслу.

Латентные структуры могут порождать в процессе функционирования неучтённые напряжения, колебания, коррозионные, габаритные, акустические и другие эффекты, способные достигать опасных значений в критических режимах работы комплекса. Так, например, в развитии авиации на рубеже предзвуковых скоростей авиаконструкторы столкнулись с грозным явлением флаттера, т.е. внезапно разрастающихся автоколебательных деформаций, вызывавших разрушения летательных аппаратов. Уже в ходе массовой эксплуатации реактивного пассажирского лайнера ТУ-104 не учтённые и не выявленные при лётных испытаниях латентные дисбалансы стали причиной ряда катастроф. Эффект расширения скафандра в космическом вакууме, не учтённый конструкторами, едва не стоил жизни космонавту А. Леонову, затруднив его возвращение в космический корабль после выхода в открытый космос и т.п. В условиях неизбежного присутствия латентных структур в сложных технических объектах обеспечение функциональной фокусированности данных объектов требует учёта и исследовательской систематизации многообразия латентных эффектов, выявившегося в ходе техноэволюции. Назрела необходимость коррекции существующих технологий инженерного проектирования с учётом опыта предотвращения дисфункциональных взаимодействий явных и латентных структур.

При осуществлении сравнительного анализа альтернативных конструктивных схем технического объекта критерий фокусированного действия ориентирует на выбор варианта с максимальным удельным весом активных элементов и операций, непосредственно обеспечивающих основные функции, и минимумом вспомогательных, холостых, промежуточных элементов и процессов. Реализация такого подхода нередко ведёт к крупным шагам в развитии техники. К примеру, совмещение ранее разрозненных технологических и транспортных операций лежит в основе ряда прогрессивных технико-технологических решений: роторных машин и роторно-конвейерных линий, металлургических комплексов непрерывной разливки стали и др. Так, роторные комплексы за счёт совмещения указанных операций и преодоления разрывов технологического процесса существенно сокращают длительность производственного цикла, отличаются компактностью, высвобождают ряд обычных машин и, в конечном итоге, могут содействовать кратному повышению эффективности массового производства [1, 20].

Существенным аспектом фокусирования свойств технического комплекса на обеспечение необходимых функций является реализация технических решений с учётом качественного своеобразия условий эксплуатации и специфических запросов потребителей. Как известно, функциональность свойств системы определяется не только их соответствием цели, но и конкретными условиями среды [25]. Адекватный учёт последних - необходимый фактор создания высокофункциональной, эффективной техники и её успешного применения в конкретных условиях. И наоборот, недостаточный учёт специфических условий применения технических систем - одна из распространённых причин снижения эффективности, надёжности, конкурентоспособности.

Применение критерия фокусированного действия к оптимизации создаваемой техники в народнохозяйственном масштабе означает ориентацию технико-технологических решений на достижение конечной народнохозяйственной эффективности. Данная ориентация может быть реализована в следующих формах. Во-первых, она обнаруживает актуальность создания в каждой из отраслей не просто отдельных эффективных машин, технических устройств и приборов, а именно функционально завершённых технико-технологических комплексов, нацеленных на всестороннее обеспечение достаточно крупных производственных функций. Соответствующие комплексы должны включать взаимоувязанную цепочку машин, оборудования, приборов, информационного обеспечения, охватывающих весь производственный цикл получения конечного продукта, включая вспомогательные и обслуживающие операции. Концепция функционально завершённых комплексов производственного оборудования, базирующихся на прогрессивных технических решениях, пронизывающих и преобразующих производственный процесс от начала до конца, была разработана В.С. Мучником [20-22]. Они получили название техно- лого-экономических систем, так как требуют системного преобразования не только технико-технологической базы производства, но и новой его организации и даже иных экономических отношений. Примерами таких систем является гибкие автоматизированные комплексы в машиностроении, включающие обрабатывающие центры с числовым программным управлением, транспортные роботы, программное и инструментальное обеспечение, устройства диагностики, измерения и корректировки режимов резания, автоматические системы смены инструмента и т.д. Другим примером может служить функционально завершённый комплекс литейно-прокатного производства в чёрной металлургии, включающий конверторное производство стали с непрерывной разливкой и регулируемой прокаткой металла. Антиподами концепции целостных технолого-экономических систем являются технологии, в которых машинные операции прерываются ручными, отдельные агрегаты не согласуются по техническим принципам, производительности, надёжности, где вспомогательные и диагностические операции, в отличие от основных, технически не обеспечены и т.п.

Во-вторых, ориентация на достижение конечной народнохозяйственной эффективности требует исходить при сопоставлении проектных решений не только из стоимости изготовления машин и технических комплексов, но учитывать затраты и, соответственно, эффективность всего их жизненного цикла, включающего наряду с производством также эксплуатацию, ремонт, модернизацию, наконец, утилизацию. «Если взять, к примеру, трактор или автомобиль, то затраты на их производство составляют только 3-4 % совокупности затрат, которые несёт общество, за весь их жизненный цикл. Это затраты на обслуживание, текущий и капитальный ремонт и ряд других. Израсходовав, к примеру, на модель нового. трактора лишние 50 руб. и улучшив его надёжность в процессе эксплуатации, мы получим годовую экономию 500 руб. (Данные приведены в денежных единицах советской эпохи - Э.В.) И это довольно типичный пример». [1, с. 19]. Таким образом, с позиций критерия народнохозяйственной эффективности оптимизация создаваемых технических объектов должна осуществляться с учётом всех этапов их жизненного цикла.

Третьим условием достижения конечной народнохозяйственной эффективности создаваемой техники является адекватное ограничение разнообразия и обеспечение сопряжимости различных её видов. В последние годы исследователи техноценозов (по аналогии с биоценозами) обратили внимание на то, что в мире технических систем разрастается опасное явление - «ассортица». Суть его - в чрезмерном росте разнообразия выпускаемых изделий, многократно превышающем разумные пределы. Избыточная «ассортица» увеличивает непроизводительные затраты, снижает производительность труда эксплуатационного персонала [15, 17]. К тому же, нередко машины, создаваемые различными фирмами и корпорациями, не стыкуются по многим сопрягающим и качественным параметрам в целостные технические комплексы, что наносит в масштабах страны значительный ущерб. Как заметил Б.И. Кудрин, если не принять мер, противодействующих этому процессу, то станет невозможным не только качественное проектирование, но и просто нормальная работа предприятий [16].

Комплексность при создании и оценке технических объектов. Актуальным направлением применения принципа комплексности к созданию конкурентоспособной техники является разработка критериальной базы оценки качества технических объектов на основе всестороннего учёта их взаимосвязей с практически значимыми сферами природной и социальной среды. Отображение этих взаимосвязей в форме социально-аксиологических характеристик техники позволяет сформировать комплекс оценочных критериев качества технических объектов:
- конструктивно-технологические критерии: производительность объекта, качество производимого продукта (функционального эффекта), надёжность (безотказность, долговечность, ремонтопригопригодность), степень многофункциональности, уровень автоматизации, безопасность (включая защищённость от несанкционированных или алогичных воздействий), компактность, простота в эксплуатации, транспортабельность;
- экономические критерии: соотношение «стоимость - качество» технического объекта, срок окупаемости, энергоэкономность, эксплуатационные затраты;
- экологические критерии: степень полноты использования сырья, процент вредных отходов, степень опасности отходов, наличие средств утилизации отходов, размер возможных затрат по возмещению экологического ущерба;
- эргономические критерии: степень согласованности с физическими и психическими возможностями человека, степень удобства в применении;
- эстетические критерии: художественный уровень технических объектов (дизайн), согласованность облика технических объектов с другими компонентами предметной среды;
- медико-биологические критерии: наличие вредных воздействий (вибрация, шум, химические и биологические воздействия, электромагнитные поля, ионизирующие излучения и т.п.) и степень их опасности для здоровья человека;
- социальные критерии: соответствие/несоответствие потребностям гармоничного развития личности.

Рассмотренный комплекс критериальных показателей качества технических объектов даёт актуальные ориентиры как для практического проектирования, так и для выбора адекватных решений при техническом перевооружении производства. Предложенная систематизация критериев оценки технических объектов могла бы оказаться актуальной и для использования в сфере инженерного образования.

Расширение кругозора студентов технических вузов в ракурсах освоения конструктивно-технологических, экономических, экологических, эргономических, эстетических критериев качества техники, а также медико-биологических и социальных оценок её воздействия - могло бы стать одним из значимых аспектов совершенствования инженерного образования.

Эффект «решающего звена» и его использование при создании прогрессивной техники. Принцип выделения «главного («ведущего», «решающего») звена» базируется на закономерной для сложных систем функциональной неравноценности различных элементов и связей, различной степени их влияния на конечный результат. «Решающие звенья» - это такие пункты, которые имеют первостепенное значение для функциональной результативности системы и где, следовательно, первоочередное приложение усилий и ресурсов может дать наибольший эффект. Наиболее существенными для технических объектов являются такие типы «решающих звеньев», как «слабейшие», «ведущие» и «массовые».

«Слабейшие звенья» ограничивают функциональные возможности и общую эффективность технического комплекса. Системная значимость выявления и первоочередного укрепления «слабейших звеньев» организованного объекта получила отражение в «Тектологии» А. Богданова в форме «закона наименьших». Согласно данному закону устойчивость (функциональность) целого ограничена прочностью (функциональностью) «наислабейшего звена» [7]. Закон наименьших определяет одно из базовых условий организационной оптимизации технического объекта, а именно необходимость относительной равнофункциональности его компонентов, отсутствия как «слабых звеньев», ограничивающих общую функциональность (производительность) комплекса, так и избыточно «сильных звеньев», потенциал которых не может быть полностью использован в силу ограничений со стороны других, функционально более слабых компонентов. Другим следствием данного закона является вывод о первостепенной значимости «усиления» мест повышенной уязвимости объекта. К примеру, при создании боевого самолёта эпохи Второй мировой войны - штурмовика ИЛ-2 - главный конструктор С.В. Ильюшин отказался от привычной для штурмовой авиации идеи сплошного бронирования, чрезмерно утяжелявшего машину, снижавшего её манёвренность, ограничивавшего мощность вооружения. С.В. Ильюшин принял решение защитить надёжной бронёй прежде всего наиболее уязвимые с точки зрения живучести конструктивные элементы: кресло лётчика, двигатели, топливные баки, бомбовые отсеки. Такой подход позволил существенно снизить вес самолёта, создав возможность установки мощного вооружения и сочетания высоких боевых качеств штурмовика с его живучестью.

«Ведущие звенья» технического комплекса - это те компоненты, в которых концентрируются основные технологические процессы. Качество ведущих звеньев определяет общий качественный результат, эффективность и надёжность функционирования технического комплекса в целом. Обобщение закономерностей техно- эволюции показывает, что ведущие звенья технических комплексов концентрируют в себе основные противоречия их развития, связанные с коренным качественным совершенствованием. В.А. Панфилов, определяющий «ведущие звенья» как «центр системы», считает, что в нём «...сконцентрированы разнообразные аспекты основного ... противоречия технологического потока (производительность - качество). Разрешение именно этого противоречия ведёт к развитию системы., определяет перспективу превращения её в «.систему более высокого уровня целостности» [24, с. 67]. Дальнейшей конкретизацией инженерного смысла идеи «ведущего звена» является обоснованная в концепции В.С. Мучника закономерность перехода к малооперационным технологиям качественно нового уровня через «усиление» или «преобразование главной операции». Согласно этому автору, сосредоточение инженерных поисков на возможностях усиления главных операций является перспективным способом создания качественно новых технологий, отличающихся сокращённым операционным циклом и более высоким энергетическим напряжением технологического пространства. «Состав операций, их взаимодействие друг с другом предопределяются главным технологическим преобразованием предмета труда, а потому смена главной операции изменяет набор всех других операций, обновляет структуру всей технологической системы . В металлургии, например, «усиление» агломерации (окомкование мелкой руды с частичным восстановлением железа) преобразовалось в производство металлизованных окатышей. Они содержат 92-97 % железа и пригодны для непосредственной выплавки стали в электропечах, минуя доменное производство. Исключаются выжиг кокса, доменное производство, сокращается потребность в угле на тонну стали, а при переходе к непрерывной разливке стали исключается и обжим слитков на блюминге со всеми промежуточными процессами. Метасистема металлургии реализуется как малостадийная технология» [22, с. 64-67].

Продолжение

Категория: История. Философия | Добавил: x5443x (15.03.2016)
Просмотров: 123 | Теги: техноэволюция, инженерное мышление | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016