Тема №7: «Властивості технічних систем»

Мета: ознайомлення з проблематикою та категоріями властивостей технічних систем і аналізом категорій властивостей технічних систем.

План

7.1. Проблематика властивостей технічних систем

7.2. Виробничі властивості Be

7.3. Ергономічні властивості Erg

7.4. Естетичні властивості Аu

7.5. Маніпуляшйні властивості Di

7.6. Характеристики поставок і планування LP

7.7. Характеристики відповідності правовим нормам GN

7.8. Технологічні властивості Fe

7.9. Економічні властивості We

7.10. Якість виготовлення Не

 

7.1. Проблематика властивостей технічних систем

При виборі, оцінці, порівнянні технічних систем необхідно відповісти на питання, що починаються словом «який, яка ...», наприклад:

яка продуктивність, яка маса, габаритні розміри, яка швидкість переміщення, який колір TS і т.д.

Відповідь на деякі питання, стосовно конкретної TS буде такою: ковш має масу 2 т, ширину захвату 0,8 м, довжину 6,47 м. Така характеристика TS є однозначною, конкретною і абсолютною. Але для будь-якої TS можна привести і відносну характеристику. Наприклад, ковш має низьку потужність електродвигунів. Така характеристика вже неоднозначна; вона відносна, оскільки невідомо, яка потужність розуміється під словом «низька». Щоб уникнути невизначеності при визначенні властивостей TS рекомендується наводити абсолютні показники властивостей. Наприклад, потужність електродвигунів складає 2x75 КВт.

Ці приклади лише у загальних рисах змальовують проблематику властивостей технічної системи і їх оцінки.

Відмітимо, до речі, що ми вже визначали властивість як ознаку об'єкта (в нашому випадку - технічної системи), Ознакою можуть слугувати, наприклад, здатність поводитися певним чином або задовольняти якій-небудь вимозі. Через ті або інші властивості дається характеристика технічної системи. При цьому для об'єктивного аналізу важливо, щоб оцінювані властивості і критерії оцінки могли бути визначені кількісно.

Не виключено, що широке тлумачення поняття «властивість», що включає функцію, продуктивність, розміри, зручність обслуговування, транспортабельність, технологічність і т.п., спочатку представлятиме відомі труднощі для інженера; проте в процесі більш глибокого вивчення і використовування таке тлумачення цього поняття стає природним і звичним.

Далі необхідно твердо з’ясувати, що найважливіше, чим можна характеризувати технічну систему, - це наявність у неї бажаних властивостей, оскільки технічна система, є лише виконавцем необхідної робочої функції і відповідно передбачуваної поведінки.

У взаємозв’язку з функцією знаходиться цілий ряд інших властивостей: зручність експлуатації і обслуговування, ремонтопридатність і т.д. Разом з цим є безліч інших властивостей, якими повинна володіти технічна система (наприклад, визначені міцність, габарити, форма), щоб забезпечувалося бажане функціонування. Замовляючи технічну систему, визначається не тільки те, що ця система повинна виконувати, одночасно встановлюються її бажані властивості. На етані постановки завдання прийнято називати бажані властивості технічної системи вимогами.

Так. щоб відповідати вимогам, що пред’являються, технічна система повинна не тільки виконувати бажану робочу функцію, але і володіти певною мірою певними властивостями. Технічна система завжди є носієм самих різних властивостей, але тільки міра цих властивостей (цінність) має вирішальне значення. Сукупна цінність системи, що володіє числовими і різноманітними властивостями, визначається поєднанням оцінок всіх цих властивостей (табл.. 7.1.).

Таблиця 7.1.

Категорії властивостей технічних систем

 

 

7.2. Виробничі властивості Be

Бажане перетворення операнда здійснюється за допомогою дії технічної системи. Придатність технічної системи для використання характеризується групою властивостей, які називають виробничими, наприклад: надійність, безпека, термін служби, витрата енергії і матеріалів, займана площа, ремонтопригодність, можливість регулювання і т.д. Оскільки виконання системою робочої функції фактично є попередньою умовою, значення виробничих властивостей зростає.

Вимоги до виробничих властивостей із часом змінюються; вони різні залежно від галузі техніки. Там, де в ролі оператора процесу або операнда виступає людина, повинні пред’являтися високі вимоги до надійності і безпеки. У процесі прискореного розвитку техніки змінюються уявлення про самий відповідний термін служби якої-небудь системи; так, часто вже неприйнятна вимога, що яка-небудь деталь повинна мати якомога більш тривалий термін служби, оскільки багато машин застарівають швидше ніж зносяться. Інша тенденція спостерігається у відношенні до габаритів і маси. Приміщення, що надаються у розпорядження стають все меншими і обходяться все дорожче. Тому зменшення розмірів і маси технічної системи виступає як важлива вимога.

У процесі експлуатації технічна система звичайно є джерелом шуму, тепла, вібрації; вона забруднює повітря, виробляє шкідливі відходи, від яких потрібно позбавлятися. Із розповсюдженням технічних систем ці так звані побічні виходи починають приймати катастрофічні розміри і перетворюватися на загрозу людству. До цього часу результати цих властивостей технічних систем часто ігнорувалися, оскільки переважали економічні міркування. Проте якщо ми хочемо «пережити» створені нами машини, то необхідно, щоб ці вимоги враховувалися відповідним чином вже на етапах проектування і конструювання.

Виявлення виробничих властивостей технічної системи викликає певні труднощі, перш за все на стадіях ескізного і технічного проектування, оскільки ці властивості звичайно виявляються у всій своїй повноті лише після тривалого періоду експлуатації системи. Тому конструктору слід протягом довгого часу контролювати роботу створених їм технічних систем і аналізувати причини виникнення незадовільних виробничих властивостей. Лише це джерело інформації разом із вивченням виробничих властивостей інших аналогічних машин може, забезпечити конструктору необхідний ступінь розуміння цих властивостей.

 

7.3. Ергономічні властивості Erg

Ергономічні властивості характеризують зручність і безпеку роботи оператора (людини) з технічною системою. Перетворення здійснюються, як указувалося вище, взаємодією пари людина - технічна система.

Одержуваний результат залежить від злагодженості спільної роботи цих учасників технічного процесу. Суспільство також зацікавлено в тому, щоб людині при цьому не наносилося ніякої шкоди. Недавно з'явилася самостійна наукова дисципліна - ергономіка, яка вивчає відносини в системі людина - машина. Практичним аспектом цих відносин займаються прикладна ергономіка і психотехніка, що спирається на антропологію, фізіологію, психологію, біологію, соціологію, фізику і кібернетику. Завдання дослідження відносин в системі людина-машина включають вивчення впливу часу і руху у виробничому процесі на людину, сприйняття органами чуття, обробку даних і ухвалення рішень, робочі, ефективні і граничні навантаження (час, зусилля, температура, тиск, прискорення, випромінювання, голод), порушення нормальної орієнтації (акустичної, оптичної і тактильної), адекватність реакцій, адаптацію і т.п.

Ергономіка не обмежується технікою безпеки і умовами роботи; вона також шукає межі людських здібностей в екстремальних ситуаціях.

Зрозуміло, ряд завдань ергономіки істотний тільки для певних галузей техніки, наприклад авіації і космонавтики. Проте існує безліч загальних питань, наприклад проектування технічних систем із таким розрахунком, щоб вони забезпечували людині з середніми здібностями оптимальні умови обслуговування і управління. В ідеалі робота не повинна стомлювати оператора ні фізично, ні психічно.

Конструктор ставить перед людиною в системі людина – машина певні завдання; отже, йому повинні бути добре відомі всі достоїнства і недоліки складових системи. Конкретні висновки, які конструктор може зробити на основі результатів ергономічних досліджень, можуть бути представлені, наприклад, у такому вигляді:

- можливості різних частин тіла людини стосовно виробничого процесу;

- розміри людини (антропометрія);

- продуктивність праці людини в різних навколишніх умовах;

- розташування вимірювальних приладів і органів управління з розрахунком досягнення оптимальної продуктивності системи, людина – машина.

 

7.4. Естетичні властивості Аu

Тенденція до об’єднання властивостей практичної корисності технічної системи з естетичними властивостями (тобто об'єднанню користі і краси) сходить до початків створення перших машин і виявилася вже на етапі ремісничого виробництва [5]. Проте форми старих робочих машин, як правило, не поєднуються з сучасним розумінням користі.

Пізніше, проблема зовнішнього вигляду технічної системи, що розробляється, розв’язується за допомогою простого правила, яке свідчить: «все, що доцільне, — красиво». Лише декілька десятиріч тому ця група проблем почала формуватися в окрему дисципліну, що має на меті виявлення закономірних зв’язків між відчуттям прекрасного і зовнішнім виглядом конструкції TS, При цьому йдеться не стільки про відчуття прекрасного і хороше самопочуття як наслідок естетичного сприйняття, скільки про більш практичні результати цього сприйняття.

Вплив естетичної дії на розумову і фізичну діяльність був доведений на прикладі підвищення продуктивності при одночасному зниженні фізіологічної утомленості організму. Для надання істотного сприятливого впливу на стан і здібності людського організму необхідно використовувати всі засоби стимулювання сприйняття органами чуття.

Рекомендації із цього приводу зібрані в правилах технічної естетики; вони покликані додати системі, що розробляється, естетичні властивості.

Головними елементами за допомогою яких створюються естетичні властивості, є:

– симетрія (центральна, двостороння, осьова) (рис. 7.1);

- ритм як доцільне чергування тіл, площин, кольорів, структур;

- розчленовування (у горизонтальному або вертикальному напрямі);

- пропорційність (відповідність технічної системи людині і оточенню);

- контраст (матеріалів, форм, розмірів, кольору, світла);

- композиція (форм, ліній, кольору).

Іншими елементами, які використовуються для досягнення бажаних результатів естетичної дії (будь то для заспокоєння, зосередження уваги, задоволення, відчуття гармонії, зібраності, радості і т.д.), є:

- форма (плавна або з різкими переходами);

- матеріал (дерево і метал у різних випадках і поєднаннях дають різний естетичний ефект);

- структура матеріалу (природний або оброблений);

- розмір і об'єм;

- лінія (горизонтальна, вертикальна, похила, пряма, ламана, крива);

- колір (тон, вид поверхні - матова, блискуча);

- текст (шрифт, колір, розміщення);

- світло (яскраве, розсіяне, світлотінь).

Рис. 7.1. Симетричні вироби

 

З урахуванням всього сказаного засобами естетики можна значно підвищити сукупну цінність TS. Зрозуміло, значення в принципі вірного підходу не слід перебільшувати, тобто не слід зосереджувати всі зусилля тільки на вирішенні завдання красивого зовнішнього вигляду. Для кожної технічної системи можна знайти оптимальне співвідношення між технічними (виробничими), ергономічними і естетичними властивостями (рис. 7.2). Тепер виникає питання, наскільки в силах конструктора при розробці технічної системи самостійно справитися з цим завданням, тобто чи необхідна йому при цьому допомога фахівця з технічної естетики. У будь-якому випадку конструктор повинен знати, окрім спеціальних технічних питань, принципи і правила ергономіки і естетики.

Проблемами зовнішнього вигляду технічної системи звичайно займається дизайнер. Він мас справу з питаннями не тільки естетики, але і ергономіки технічної системи, оскільки йдеться про відносини між людиною і машиною. Тому необхідна співпраця дизайнера і конструктора при створенні нової TS.

Рис. 7.2. Співвідношення властивостей-технічних систем

 

7.5. Маніпуляшйні властивості Di

Технічна система виготовляється на підприємстві. Аж до її введення в дію у замовника вона піддається тривалим і утомливим маніпуляціям. Спочатку вона переміщається з місця виготовлення; потім вона повинна бути піднята за допомогою крана достатньої вантажопідйомності і розміщена не складі, не зайнявши при цьому дуже багато місця; далі вона повинна бути доставлена замовнику за допомогою транспортного засобу. При цьому вона піддається переміщенням і поштовхам, дії погодних умов і умов зберігання. Вона повинна бути доставлена на робоче місце і змонтована в найкоротший строк; нарешті, вона повинна бути введена в експлуатацію. Усі ці процеси, умовно названі маніпуляціями, пред’являють високі вимоги до технічної системи.

Тому розроблена технічна система повинна володіти такими властивостями, які дозволили б їй пройти маніпуляцій ні процеси з мінімальними витратами. Відомо, що витрати на складування, упаковку, транспортування і монтаж залежать від об’єму і маси виробу і позначаються на його вартості. Таким чином маніпуляційні властивості характеризують зручність маніпулювання (переміщення складування) при виробництві, доставці і монтажі TS.

Механічне обладнання

Нижче вказані деякі особливості технічної системи, що виконують вплив на характеристики зберігання, упаковки і транспортування виробу, а також приведені відповідні рекомендації:

1. Габарити виробу є. найважливішим параметром для маніпуляцій них процесів; вони не повинні по можливості перевищувати допустимі для вантажних перевезень габарити.

2. Форма виробу може істотно впливати на зручність транспортування і навантажувально-розвантажувальних робіт; якщо у виробу є якісь частини, що виступають, то це позначається на транспортних і пакувальних витратах; необхідно передбачити можливість розбирання виробу для транспортування.

3. Вага виробу не повинна перевищувати вантажопідйомності підйомно-транспортних засобів; при необхідності слід розібрати виріб на зручні для транспортування блоки.

4. Крихкі частини виробу, які можуть бути пошкоджені при транспортуванні, повинні конструюватися з урахуванням їх демонтажу і окремої упаковки.

5. Матеріали, які можуть бути пошкоджені в несприятливих умовах транспортування (низька температура, трясіння, висока вологість), повинні бути вказані в специфікації разом із відповідними запобіжними засобами.

6. Міцність виробу повинна бути достатньою для виконання передбачених маніпуляційних операцій.

Кожна технічна система повинна бути забезпечена вантажним крюком або іншими пристосуваннями для такелажних робіт.

Характеристики упаковки, транспортування і зберігання особливо істотні для виробів серійного і масового виробництва. Маніпуляційні операції з такими виробами повинні бути ретельно продумані.

 

7.6. Характеристики поставок і планування LP

Термін поставки і готовності виробу вважають важливою властивістю, що має часто вирішальне значення при виборі виробника. З іншого боку, цей термін важливий і для підрядчика (конструктора), бо він обкреслює тимчасові рамки для виробництва (конструювання) TS.

Інший важливий аспект роботи конструктора – кількість виробів, які передбачається виготовити за виконуваним проектом. Цей чинник впливає на процес розробки конструкторської документації, а також на сам процес конструювання. Тут можливі такі випадки:

а) виготовляється один або невелика кількість виробів. У цьому випадку на ретельність формальної обробки креслень не звертається великої уваги. З іншого боку, виникає проблема втілення заданої функції і бажаних властивостей оскільки дуже часто не надається можливість виготовити і перевірити дослідний зразок;

б) при розробці виробу для серійного або масового виробництва велика увага надається кресленням. Коли вся технічна документація готова, для перевірки виконання виробом заданої функції виготовляється дослідний зразок або серія зразків (настановна серія). У рамках процесу підготовки виробництва закупляється або виготовляється також велика кількість спеціальних інструментів, устаткування і інших допоміжних засобів. Характеристики поставок і планування, незалежно від типу виробництва (одиничного, серійного або масового), істотно впливають на сукупну якість, а також на окремі властивості виробу.

 

7.7. Характеристики відповідності правовим нормам GN

У будь-якій державі існують правові норми, у рамках яких регламентуються відносини виробників і споживачів. Відповідність технічної системи правовим нормам є однією з важливих її властивостей.

Конструктору необхідно знати всі закони і постанови, що стосуються використовування сконструйованого виробу, як в своїй країні, так і в країні споживачі (при розробці виробу на експорт). Цей аспект часто не враховується належним чином, наслідком чого бувають випадки відмови від виробу або виникнення конфліктних ситуацій. Аналогічним чином конструктор повинен знати патентне право і патентну ситуацію в своїй країні і в тій країні, де технічна система, що розробляється ним, буде експлуатуватись. У разі потреби, щоб не порушити авторське право, конструктор повинен консультуватися з патентними фахівцями. Крім того, законодавство кожної країни вимагає, щоб продукція виготовлялася відповідно до прийнятих технічних правил і норм, положень з охорони праці і інструкцій із техніки безпеки.

Розглянуті вище властивості відносяться до категорії зовнішніх властивостей і цікавлять головним чином того, хто збирається користуватися виробами. Він бажає щоб придбаний ним виріб мав необхідну функцію, параметри, привабливий зовнішній вигляд, ергономічні властивості і т.д. Маніпуляційні властивості і питання дотримання правових норм торкаються також і виробника. Нижче розглядаються дві категорії властивостей, що представляють особливий інтерес для виробника.

 

7.8. Технологічні властивості Fe

Технологічні властивості характеризують можливість і зручність виробництва і введення в експлуатацію TS. Технологічні властивості дають уявлення про те, яким чином може бути виготовлений сконструйований виріб. Скільки операцій потрібно для виготовлення деталі потрібної форми. Яка трудомісткість виконання операцій? Яка технологічна підготовка необхідна для виконання завдання і т.д. Усі ці і багато інших аналогічних питань вельми цікавлять виробника, оскільки надають визначаючий вплив на витрати виробництва.

Вимоги до технологічних властивостей міняються залежно від типу виробництва (одиничне, серійне або масове) і технічного рівня виробництва.

Вибір того або іншого конструктивного рішення залежить також від термінів розробки і виготовлення, оскільки деякі технологічні процеси можуть виявитися неприйнятне тривалими. Так, наприклад, замість литої конструкції може виявитися доцільним застосувати зварну.

У будь-якому випадку з погляду технологічних властивостей дуже важливий спосіб виготовлення TS. Технічний прогрес змінює погляди із цього приводу, що можна продемонструвати на такому прикладі. Свого часу зважаючи на трудомісткість виготовлення і обробки литих конструкцій перейшли до зварних і збірних. Проте порівняно недавно завдяки прогресу, досягнутому в ливарній справі, і появі нових матеріалів знову повернулися до вживання відливок, які стали тепер дешевше і якісніше за зварні і збірні конструкції. Перехід до автоматизованого виробництва і особливо до механізованого і автоматизованого монтажу обумовлює виникнення нових вимог до технологічних властивостей деталей.

 

7.9. Економічні властивості We

Економічні властивості об'єднують ряд вже описаних властивостей у єдиний показник. Вони представляють з одного боку, витрати, з іншого - дохід. Витрати виникають на стадіях розробки конструкції, підготовки виробництва, виготовлення, реалізації і експлуатації виробів.

Для економічної оцінки виробництва необхідно знати собівартість технічної системи, що використовується. Для виробника собівартість є головною економічною властивістю. Вона охоплює всі прямі витрати на створення технічної системи, такі, як витрати на матеріали, оплату праці, дослідження, розробку, випробування, підготовку виробництва, споживання енергії в процесі виробництва і т.п.

 

7.10. Якість виготовлення Не

Недостатньо лише добре сконструювати виріб; він повинний бути і якісно виготовлений, що позначається на його функціонуванні. Якість виготовлення є лише результатом ефективного виробництва, яке є самостійним завданням, оскільки виробничий процес можна здійснити по-різному.

Злагоджений і кваліфікований робочий колектив, мабуть, зможе, спираючись на прості конструкторські креслення, виготовити якісну продукцію, тоді як посередня бригада робітників, навіть використовуючи відмінні конструкторські креслення, не застрахована від невдачі. Назва фірми, якщо вона зарекомендувала себе у споживачів, слугує в деякій мірі гарантом якості.

Конструктор у процесі своєї роботи повинен зважати на чинники впливу характеру виробництва на якість виробу. Такими чинниками є кваліфікація операторів і технічна оснащеність підприємства.

Конструктор повинен пристосовувати технічні вимоги креслень до цих чинників. Таким чином, контакт конструктора з виробництвом важлива умова отримання якісного виробу.

Висновки: Для того, щоб технічну систему можна було застосовувати, вона повинна мати певні, наперед установлені властивості.

Властивість як категорія, що визначає кожну технічну систему, і що відноситься до її суті, займає центральне місце в обґрунтовуванні необхідності створення нових і збереженні існуючих технічних систем.

 

Контрольні запитання.

1.Перерахуйте категорії властивостей технічної системи.

2.Що характеризують виробничі властивості технічних систем?

3.Що характеризують ергономічні властивості технічних систем?

4. За допомогою яких основних елементів створюють естетичні властивості технічних систем?

5.Що характеризують маніпуляційні властивості технічних систем?

6.Що характеризують технологічні властивості технічних систем?