/
Author: Дитрих Я.
Tags: конструктивные элементы несущие конструкции проектирование инженерия конструирование инженерное дело издательство мир
Year: 1981
Text
Я. ДИТРИХ
" ПРОЕКТИРОВАНИЕ
И КОНСТРУИРОВАНИЕ
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД
Janusz Dietryeh
SYSTEM I KONSTRUKCJA
Wydawnictwa Naukowo-Techniczne-
Warszawa 1978
ДДРУНОХ
ЯблЮт&ц; Н&1Йснаяьнсго
тарного yi гзарастэту
"ХПГ
’ Н'4’1
JPHWC
Я. ДИТРИХ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
И КОНСТРУИРОВАНИЕ
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД
Перевод с польского
канд. техн, наук Л. В. Левицкого,
канд. экон, наук ю. А. Чванова
под редакцией
Д-ра техн, наук, проф. В. М. Бродянского
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР»
1981
ев* «
ББК 30.2
Д 49
УДК 624.072.22
Дитрих Я.
Д 49 Проектирование и конструирование: Системный подход.
Пер. с польск. — М.: Мир, 1981.—456 с., ил.
В книге известного польского ученого излагается методология инженерного твор-
чества, дается цельное представление о методах, задачах и средствах проектирова-
ния и конструирования в свете современных требований.
Для проектировщиков, конструкторов, системотехников н экономистов, а также
для преподавателей и студентов вузов.
30100-159
041(01)81 159'81, ч' 1
21090000 00
ББК 30.2
Редакция литературы по новой технике
© Copyright by Wydawnictwa Naukowo-Techniczne,
Warszawa, 1978
© Перевод на русский язык, «Мир», 1981
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
Методология творческой инженерно-технической деятельности
еще недостаточно хорошо разработана и описана, несмотря на рез-
кое повышение во всем мире интереса к этой области научи. Он
объясняется прежде всего тем, что полноценная инженерная дея-
тельность в наше время может быть обеспечена лишь на базе
широкого образования, включающего не только фундамен-
тальную физико-математическую, но и столь же основательную
методологическую подготовку в области техники и технических
наук. Это требует, в частности, научной и методической разработ-
ки общих теоретических основ проектирования и конструирования.
В настоящее время такие курсы в учебных планах высших
технических учебных заведений за редким исключением отсутст-
вуют. Дисциплины проектно-конструкторского профиля вначале
обычно содержат сведения по деталям машин и аппаратов, а за-
тем— материал, соответствующий отраслевому направлению. При
этом изложение построено, как правило, на многочисленных при-
мерах отдельных решений, позволяющих сформулировать конкрет-
ные рекомендации. Это, несомненно, важно и нужно, но информа-
ция такого рода без усвоения общих, фундаментальных положений
может оказаться недостаточной для решения новых, сложных за-
дач.
Специалист, не имеющий основательной методологической
подготовки, не может должным образом ориентироваться в непре-
рывно обновляющемся многообразном мире техники даже в отно-
сительно локальной области, не говоря уже о межотраслевых
задачах.
Для подготовки и повышения квалификации инженеров в ме-
тодологическом плане необходима соответствующая научная и
учебная литература. Несмотря на появление в последние годы как
ряда работ советских авторов, так и переводов иностранных книг,
относящихся к инженерному творчеству, а также к основам и ме-
тодологии проектирования и конструирования, положение в этой
области все еще остается неудовлетворительным.
Отечественная литература этого направления в основном по-
священа отдельным вопросам, связанным с инженерным творче-
ством (методике изобретательской деятельности, информационно-
му обеспечению, методам оптимизации и др.), или носит отрасле-
вой характер (главным образом механико-машиностроительный).
6 Предисловие редактора перевода
Это, естественно, сужает возможности широкого подхода к мето-
дологии.
С другой стороны, многие глубокие и интересные исследования
советских авторов, в которых разрабатываются общие вопросы
техники, научно-технического прогресса и системного подхода
(Мелещенко Ю. С., Юдин Э. Г., Иванов Б. И. и Чешев В. В., Вол-
ков Т. Н. и др.), не связаны непосредственно с инженерными зада-
чами проектирования и конструирования, а полученные в них
важные обобщения в прикладных исследованиях используются
недостаточно широко.
Книги западных специалистов по методологии проектирования
и конструирования, переведенные на русский язык, содержат мно-
го ценного материала и практически полезных обобщений. Однако
взгляды их авторов (Д. Диксон, П. Хилл, Дж. Джонсон, А. Крик
и др.) во многом определяются интересами капиталистического
производства и в силу этого ограниченны, а иногда и просто не-
правильны.
Таким образом, не только существует необходимость, но и
вполне назрела возможность написания таких книг, в которых
задачи проектирования и конструирования были бы рассмотрены
с современных системных позиций.
Предлагаемая вниманию читателей книга польского ученого
проф. Я. Дитриха — одна из первых работ именно такого направ-
ления. Она основана на цикле лекций по основам конструирова-
ния, читаемых в течение ряда лет автором и его сотрудниками в
Силезском политехническом институте (г. Гливице, ПНР) и рабо-
тах Я- Дитриха, опубликованных ранее.
Автор имеет большой опыт научной, проектной и педагогиче-
ской деятельности. Он хорошо знает обширную литературу, отно-
сящуюся к вопросам проектирования и конструирования. Поль-
ская научная школа методологии проектирования, возглавляемая
Я- Дитрихом, пользуется широкой известностью.
Рассматриваемая книга характеризуется рядом особенностей.
Первая из них —тщательная разработка понятийного аппара-
та, включающая специальный краткий словарь науки технического
творчества, в котором собраны и разъяснены основные понятия и
соответствующие им термины, используемые автором в дальней-
шем. К анализу основных понятий и терминов автор неоднократ-
но возвращается по ходу изложения материала.
Такое внимание к вопросам терминологии сначала может пока-
заться чрезмерным; однако оно вполне обоснованно. Известно, что
об уровне развития любой науки можно судить по состоянию ее
терминологии. Действительно, только полнота и четкость терми-
нологии непосредственно и надежно свидетельствуют о том, что
понятийный аппарат данной науки достаточно хорошо разрабо-
тан. В свою очередь широкая постановка любой проблемы во всех
Предисловие редактора перевода 7
случаях должна опираться на тщательно разработанный комплекс
основных понятий.
Положительная черта подхода Я. Дитриха — четкое разделе-
ние понятий, относящихся к сфере абстракции, и понятий, соот-
ветствующих конкретным объектам. Такие понятия, как «система»
(по терминологии автора — результат проектирования, служащий
основой конструирования) и «конструкция» (результат конструи-
рования) отнесены к первым, а технические объекты («техниче-
ские средства») и техническая документация («записи проектов и
конструкций») — ко вторым. Я. Дитрих вводит и ряд новых, часто
непривычных терминов — «артефакт», «коммуникат» и др.
Создание новой или существенное уточнение и усовершенство-
вание уже существующей терминологии в любой области науки
и техники — задача чрезвычайно сложная. Автор хорошо это пони-
мает, отмечая, что в его словаре «лишь некоторые объяснения
терминов отвечают требованиям формальной точности». Неко-
торые предложения автора спорны. Тем не менее очевидно, что
Я. Дитриху удалось сделать существенный вклад в дело уточне-
ния общетехнической терминологии.
История развития науки и техники показывает, что, независи-
мо от индивидуальных взглядов различных авторов, со временем
среди новых терминов происходит «естественный отбор» — часть
из них прививается, часть отмирает, а некоторые существенно
меняют либо форму, либо содержание. Так, по-видимому, будет и
в данном случае.
Вторая особенность книги — постоянный акцент на необходи-
мости системного подхода к проектированию и конструированию,
важности учета всех существенных социально-технических связей
создаваемого технического объекта с окружением. Автор — не-
примиримый противник локального, частного подхода к задаче,
замыкания в узкой, ограниченной сфере и столь же активный сто-
ронник системного проектирования.
Третья особенность книги связана с тем, что автор уделяет су-
щественное внимание морально-этическим аспектам инженерной
деятельности. Он подчеркивает ответственность инженера перед
обществом не только за качественное проведение проектно-конст-
рукторских работ, как таковых (аналогичная ответственность за
добросовестную работу в сфере своей специальности лежит на
каждом члене общества). Вопрос ставится Я. Дитрихом намного
шире. Он указывает на необходимость правильного и ответствен-
ного определения общественной потребности в создании того или
иного технического объекта с учетом его технико-экономических
характеристик, расхода природных ресурсов, влияния на окру-
жающую среду и общество. Все это требует от инженера широко-
го кругозора и гибкого мышления, основанного, по терминологии
Я. Дитриха, на широком «поле видения». В критическом взгляде
на «точку зрения» позиция автора соответствует ироническому
"8 Предисловие редактора перевода
высказыванию великого немецкого математика Д. Гильберта:
«...каждый человек имеет определенный горизонт. Когда он су-
жается и становится бесконечно малым, то превращается в точку.
Тогда человек говорит: «Это моя точка зрения».
Наконец, для книги характерна дидактическая направленность,
тщательное и подробное изложение материала, неоднократные
повторения основных положений, обилие примеров и наглядных
графиков. Если высококвалифицированному читателю такой стиль
иногда несколько мешает, то студентам и молодым инженерам,
напротив, он позволяет относительно легко усваивать непривыч-
ные положения, довольно трудные для понимания в сжатом изло-
жении. Выделение основных положений текста, часто в виде крат-
ких лозунгов или афористичных правил, тоже способствует усвое-
нию мыслей автора. Материал излагается на основе четкой систе-
мы, благодаря чему большой объем теоретических и практических
вопросов проектирования и конструирования укладывается в удоб-
ную для усвоения форму.
Важное достоинство книги заключается в том, что она знако-
мит читателя с цельным, системным представлением о задачах,
методах и средствах проектирования и конструирования. В то же
время — это не сборник готовых рецептов; книга направлена на
формирование у читателя системного проектно-конструкторского
мировоззрения.
Ряд положений книги, в частности отношение автора к произ-
водственной деятельности, как к чисто исполнительской, представ-
ляется дискуссионным. В некоторых местах такого рода, где это
представлялось необходимым, даны примечания редактора. Одна-
ко даже те (сравнительно немногочисленные) утверждения авто-
ра, которые вызывают возражения или требуют уточнений, инте-
ресны и полезны как основа для формирования новых идей.
Стремление автора к четкости формулировок и понятий иногда
усложняет изложение. Однако это не умаляет перечисленных вы-
ше достоинств книги, полезной для широкого круга читателей, —
в первую очередь проектировщиков, конструкторов и плановиков,
а также научных работников, преподавателей и студентов техни-
ческих вузов.
В конце книги добавлен библиографический список литерату-
ры на русском языке, относящейся к теме книги, а также краткий
толковый словарь используемых терминов и обозначений матема-
тической логики.
Д-р техн, наук, проф.
В. Бродянский
ВВЕДЕНИЕ
Область деятельности проектировщиков и конструкторов не-
разрывно связана с двумя важными понятиями — система и кон-
струкция. Оба они определяют существенные свойства техниче-
ских средств, из которых создается техносфера, обусловливающая
возможность развития человеческого общества. В результате со-
временной научно-технической революции происходит непрерывное
усложнение техносферы. По мере возрастания сложности техно-
сферы усложняются и проблемы удовлетворения материальных
потребностей человека. Все это повышает ответственность творцов
техносферы — проектировщиков и конструкторов, которые обяза-
ны давать правильные ответы на тщательно выявленные и точно
определенные потребности. Технические системы и конструкции —
результаты инженерной деятельности — и представляют собой та-
кие ответы.
Энергетическая революция должна превращаться в информа-
ционную революцию.
В предыдущих промышленных революциях инженер-творец
сыграл огромную (хотя и не всегда удачную) роль. Он не всегда
понимал сущность объекта своей деятельности, как и не всегда
сознавал, к чему сводится ответственность творцов техносферы;
он, как правило, не отдавал себе отчета ни в значении техниче-
ских средств, ни в своей общественной роли.
Автор стремится определить сущность технических проблем и
следствия, вытекающие из четкого ее определения.
Все чаще отмечается тот факт, что совершенствование сущест-
вующего состояния техносферы требует более глубокого понима-
ния значения информации, т. е. того, что уменьшает степень
незнания. Из этого можно сделать вывод: необходимо понимать
техническую информацию как результат научно-технической дея-
тельности. Таким образом, свойства и особенности технических
средств, создаваемых инженерами, представляют собой техниче-
скую информацию (коммуникат), благодаря которой становится
возможным изготовить изделие и обеспечить его функционирова-
ние как технического средства.
10
Введение
Проект в определенном смысле может быть противопоставлен
изделию, ибо проект — это абстракция, а изделие как материальный
объект — конкретность.
Уже по прочтении этих первых предложений легко заметить,
что многим терминам здесь придаются несколько иные значения,
чем те, которые мы привыкли встречать в повседневной деятель-
ности или в различных публикациях1’. Ниже широко используется
термин «изделие», ибо логично определять, что изготовитель
изготавливает изделия. В основе двух различных терминов — про-
ект и изделие — заложен смысл творческой технической деятель-
ности. Проект является результатом умственной деятельности в
сфере информации, а изделие — это результат деятельности в сфе-
ре материальных объектов, т. е. в сфере массы и энергии.
Проектирование и конструирование представляют собой дея-
тельность с замыслами. Изготовление и эксплуатация — это дея-
тельность с изделиями. Указанные области инженерной деятель-
ности дополняются исследованиями. Исследовательская деятель-
ность в области технических средств переплетается с действиями
над материальными объектами. Однако в этой деятельности нас
прежде всего интересуют проекты, рассматриваемые как резуль-
таты умственного труда, основывающегося на экспериментальных
данных. Результаты научных и практических исследований при-
водят к созданию проекта, т. е. новой информации.
Система и конструкция представляют собой содержание проекта.
Машины, помещения и вся техносфера — это изделия, которые изго-
товлены по предварительно разработанным проектам.
В обиходной речи часто можно встретить термин «стальные
конструкции», т. е. стальные изделия, используемые в строитель-
стве. В данном случае термин «конструкция» понимается как неч-
то конкретное, а не как абстракция. Можно показать, что в нашем
(да и не только в нашем) языке термин «конструкция» многозна-
чен и представляет собой омоним. Если кто-то говорит, что та или
иная машина — его конструкции, то это вовсе не означает, что он
владелец этой конструкции. Это свидетельствует лишь о том, что
данный человек является конструктором машины, т. е. творцом
того, что стало логической основой ее создания. В книге мы будем
избегать омонимов и ограничим применение синонимов. Мы также
будем избегать терминов типа «аппарат», «установка», «завод»
и т.д.
’> Поэтому в начале книги помещен небольшой словарь науки проектирования
и конструирования (технического творчества), в котором собраны и разъяснены
основные новые термины, используемые в дальнейшем изложении.
Введение
11
«Свойство» и «особенность» — не синонимы.
В науке проектирования и конструирования (технического
творчества), основам которой посвящена эта монография, особое
значение приобрели понятия свойство и особенность.
Процесс изготовления представляет собой не что иное, как
придание материальным объектам желаемых свойств. Эти свойст-
ва подчинены конструкции, т. е. определенному классу структур
и состояний изделия. Таким образом, конструкция вместе со
структурами и состояниями определяет особенности изделий, ко-
торые заранее были задуманы инженером.
Свойства изделий реализуются в соответствии с теми особенно-
стями, которыми должно обладать изделие, рассматриваемое как
техническое средство.
Изделие должно обладать желаемым комплексом особенно-
стей. Прежде всего такой особенностью является то действие, бла-
годаря которому изделие превращается в техническое средство.
Отметим, что в производственном процессе свойство придается
изделию как бы без учета того, что будет с этим изделием в даль-
нейшем. Задача изготовления сводится к тому, чтобы, подвергнув
материальный комплекс определенным операциям, получить из-
делие требуемой конструкции. Особенность изделия как техническо-
го средства определяется его отношением к другим объектам, с
которыми оно взаимодействует. Таким образом, особенность — это
характерная черта чего-то по отношению к чему-то другому.
В этом смысле сталь обладает механическими свойствами (напри-
мер, упругостью, пластичностью и прочностью). Коррозия, напро-
тив, представляет собой не свойство, а лишь особенность, ибо она
есть черта, зависящая не только от стали.
Движущая сила техники — потребность.
Социальная обязанность инженера сводится к тщательному
выявлению и определению потребности. Связанный с этим комп-
лекс процедур в процессе проектирования и конструирования име-
ет огромное значение.
Понятия «потребность», «действие», «система», «структура»,
«состояние» и «конструкция» образуют логическую совокупность.
Приведенная выше формулировка дает, по-видимому, наи-
более лаконичное перечисление основных понятий, характеризую-
12
Введение
щих процесс проектирования и конструирования технических
средств, которые в своей совокупности образуют технические ме-
гакомплексы.
После выявления и идентификации потребности инженеры при-
ступают к обдумыванию способа действий, который должен обес-
печить удовлетворение потребности. При нашем подходе логиче-
ской основой такого действия является система. Она определяет
основное свойство технического средства. Здесь термин «систе-
ма»— не омоним, служащий иногда для обозначения объекта, а
иногда — для обозначения свойства этого объекта.
«Система» здесь понимается как свойство технического средства.
В нашем подходе система олицетворяет проект, т. е. она опре-
деляет область способов действия. Система — это формальное ото-
бражение действий, направленных на удовлетворение потребности
при заданных условиях эксплуатации технического средства. Си-
стема как проект представляет собой главный объект проектиро-
вания. Разработанный способ действия ассоциируется с некоторой
воображаемой моделью материального комплекса, который дол-
жен стать техническим средством.
Логическим следствием системы является структура изделия,
которая вначале создается воображением в некотором конструктив-
ном виде.
Таким образом, мы подходим к понятию объектов проектиро-
вания: к ним относятся система и конструктивный вид. Конструк-
тивный вид представляет собой первую конкретизацию структуры
изделия. Теперь благодаря введенным понятиям мы без труда мо-
жем отделить проектирование от конструирования. Конструкция
является объектом процесса конструирования. Она в соответст-
вующей степени определяет структуры и состояния изделия.
Проектирование и конструирование — не синонимы.
Если мы говорим, что конструкция основывается на проекте,
то это означает, что система и конструктивный вид, представляю-
щие собой сущность проекта, выбраны в качестве определяющих
свойств объекта в процессе его конструирования. Таким образом,
проектирование предшествует конструированию.
Введение
13
Проектная и конструкторская документация представляет собой
главные средства связи между действиями в сфере абстракций и
действиями в сфере конкретностей.
Проектировщик имеет дело с проектами, т. е. он трудится в
сфере абстракций. Однако его деятельность связана с деятель-
ностью в материальной сфере. С учетом единства действий в от-
ношении проектов и изделий оказываются необходимыми сред-
ства общения между инженерами. Этими средствами служат все-
возможного рода коммуникаты: описание потребности (техниче-
ское задание); проектная документация, представляющая собой
запись системы и конструктивного вида; так называемые рабочие
чертежи, отражающие запись конструкции, и, наконец, исследо-
вательские отчеты.
Наука проектирования и конструирования охватывает теорию
записи (прежде всего записи конструкции), что в свою очередь
связано с проблемой кодов — основой языка техники.
В связи с использованием вычислительных машин (ЭВМ) в
творческом проектно-конструкционном процессе возникают проб-
лемы новых языков, ориентированных на операционное значение
записи.
В дальнейшем мы увидим, что использование понятия конст-
руирования во многом облегчает формальный анализ записи кон-
струкции (независимо от вида этой записи). Особое значение при-
обрели понятия конструктивного вида и комплекса размеров.
Благодаря понятию системы термин «системный подход» стано-
вится однозначным.
Разработанная на основе кибернетического описания техниче-
ских средств теория технических систем придала смысл тому, что
мы называем системным подходом в процессе проектирования.
Системный подход представляет собой основу системного проекти-
рования, которое мы противопоставляем частному проектирова-
нию.
Анализ совокупности с учетом новой части требует принятия во
внимание массово-энергетических и информационных систем.
О системном проектировании говорят, когда решают техниче-
скую задачу для части с учетом целого. В качестве примера мо-
жет быть приведена задача конструирования нового морского
грузового судна. В настоящее время такая задача не может рас-
сматриваться как частная, локальная; она должна решаться с
14
Введение
учетом существующего состояния морского транспорта, т. е. в рам-
ках системного подхода. Необходимо принимать во внимание раз-
личные возможности и транспортные потребности, учитывая при
этом как действительно существующие и могущие возникнуть
порты, так и различные транспортные сети.
Исследование транспорта как единого комплекса требует ана-
лиза грузовых потоков, энергетических возможностей и информа-
ционной сети.
Основой деятельности в сфере конкретностей является деятель-
ность в сфере абстракций.
Выше мы противопоставили проект изделию. указали не-
которые проектные понятия. К ним относятся пары: структура —
состояние, система — конструкция. Имея целью удовлетворение
потребностей, эти проектные понятия несут существенную инфор-
мацию, которая позволяет рационализировать действия в сфере
конкретностей.
Сфера абстракций, наполненная понятиями конкретностей и про-
ектов, обеспечивает возможность взаимопонимания и сотрудниче-
ства.
Всевозможные аналитические операции относятся не непосред-
ственно к сфере конкретностей, а к тому, что о ней можно сказать,
воспользовавшись логическими категориями. Эти категории вклю-
чают прежде всего свойства и особенности, рассматриваемые и
воспринимаемые как характеристики проектируемого материаль-
ного комплекса.
Названия различных материальных комплексов облегчают опе-
рирование с ними, особенно в тех случаях, когда наряду с назва-
нием имеется соответствующий знак, определяющий данный
объект. Такие термины, как: «орудия», «помещения», «машины»,
«устройства», «промышленные предприятия» — все это относящие-
ся к различным техническим средствам понятия, которые органи-
зуют деятельность нашего воображения и весьма полезны в раз-
личных практических областях. Однако наиболее значимы терми-
ны, касающиеся свойств и особенностей материальных комплексов.
Их значение становится тем более важным, чем больше нас ин-
тересует изменение функционирования материальных комплексов,
а также (что обычно тесно связано с этим) изменение структур и
состояний указанных комплексов, рассматриваемых как изделия.
Таким образом, в нашем подходе наиболее существенными ока-
зались понятия: комплекс, система, конструкция, действие и струк-
тура.
Введение
15
«Комплекс» и «система» в настоящей книге не являются синони-
мами.
Во многих публикациях понятия система и комплекс выступа-
ют как синонимы. В нашем случае понятие комплекс имеет очень
широкий смысл. Комплекс может быть как абстрактный, так и
материальный. Во избежание недоразумений необходимо подчерк-
нуть, что очень часто в обиходной речи слово «конкретный» озна-
чает «этот и только этот», т. е. однозначно установленный. В на-
шем понимании «конкретный» означает «материальный» (в отли-
чие от абстрактного).
Комплекс — это согласованная совокупность.
Комплекс представляет собой согласованную совокупность, т. е.
то, что каким-то образом удалось выделить и упорядочить. Сле-
довательно, комплекс есть абстрактная или конкретная совокуп-
ность, определяемая с учетом ее свойств или особенностей таким
образом, что становится возможным отделить эту совокупность от
других.
Не следует смешивать абстрактные комплексы с материальными.
Покажем, что при нашем подходе система и конструкция пред-
ставляют собой абстрактные комплексы, а технические средства —
материальные комплексы. В качестве исходной предпосылки мы
приняли, что не следует образовывать понятий, которые одновре-
менно охватывали бы конкретные и абстрактные комплексы.
Использование для наших целей понятий типа «комплекс ариф-
мометров и десятичных чисел» или «комплекс биллиардных шаров
и расцветок» оказывается бессмысленным и бесполезным. Прав-
да, можно встретиться с определением системы как «множества
функционирующих элементов и связей между ними»; однако в
этом случае функционирующий элемент будет конкретностью, а
связи — абстракцией. Здесь мы не будем смешивать эти два рода
понятий. Существенными элементами функционирования техниче-
ских средств (машин, помещений или комплексов) при нашем
подходе являются информация, энергия и масса, которые стано-
вятся характеристиками входа и выхода этих технических средств
В сфере абстракций мы будем выделять информацию, энергию
и массу как свойства, определяющие функционирование техниче-
ских, антропотехнических (человек — машина), социотехнических
(проектно-конструкторская организация, завод) и прочих средств.
16
Введение
Данной монографии предшествовали многочисленные публика-
ции по рассматриваемой тематике. В 1964 г. в Польше впервые
была издана книга под названием Podstawy konstrukcji maszyn
(«Основы конструкции машин»), которая в дальнейшем ис-
пользовалась как учебник для вузов. Эта книга должна была
сыграть роль моста между циклом лекций по такой классической
технической дисциплине, как детали машин, и циклом лекций по
общетеоретическим основам техники.
Введение в конструирование.
В этой книге имелся новый раздел «Введение в конструиро-
вание»; он дополнялся разделом, охватывающим задачи, связан-
ные с технологичностью, где рассматривались производственные
возможности изготовления изделий.
Конструкция и конструирование.
В 1968 г. вышла в свет монография Konstrukcja i konstruowa-
nie («Конструкция и конструирование»). В ней излагался более
обобщенный подход к проблемам конструирования и изготовления
изделий. Однако проблема проектирования была разработана в
ней менее полно. В основу этой монографии был положен цикл
лекций, прочитанных автором в Силезском политехническом ин-
ституте в рамках предмета «Основы конструирования машин».
В третьем издании монографии «Основы конструкции ма-
шин», вышедшем в 1969 г., раздел «Конструирование» был пол-
ностью переработан. Это был синтез всего того, что было изложе-
но во «Введении в конструирование» и в «Конструкции и конст-
руировании».
Понятие конструкции — краеугольный камень науки технического
творчества.
В рассмотренных трех последовательно вышедших работах ос-
новное внимание было сосредоточено на процессе и объекте кон-
струирования. Это был весьма эффективный способ оторваться
от машиноведческого подхода, характерного для курса деталей
машин.
Значительную роль в описанном процессе сыграла мысль, вы-
сказанная в 1954 г. на конференции кафедр деталей машин в
Лодзинском политехническом институте: «не машина состоит из
деталей, а детали машин образуют машину». Тем самым было
обращено внимание на необходимость системного подхода,
Введение
Диалектическое единство проектирования и конструирования.
Дальнейшие исследования проблем создания основ производ-
ства и эксплуатации технических средств, т. е. системного подхода
к проблеме существования и функционирования технических
средств, охватили и процесс проектирования. Концентрация вни-
мания на значении технических средств и их функционирования
способствовала определению и уточнению понятия проектирова-
ния. Появились возможности расширения и обобщения исследо-
ваний, благодаря чему в 1974 г. вышла в свет монография Projek-
towanie i konstruowanie («Проектирование и конструирование»),
В этой книге сравнительно подробно обсуждены элементы ме-
тодологии проектирования. Обращено внимание на значение по-
нятия системного проектирования, что связано с использованием
в книге системного подхода. В ней впервые появилось понятие
системы применительно к рассматриваемой теме.
Проектирование и конструирование.
Во всех перечисленных монографиях подчеркивались творче-
ские процессы как таковые. В последней работе автор поступил
иначе. В книге «Проектирование и конструирование. Системный
подход» основное внимание уделено объекту творческого процес-
са, т. е. системе. Ибо, как будет показано далее, система, рас-
сматриваемая как предмет синтеза, представляет
лепную логическую основу для определения люб
й велико-
ТМН1ЧИА biSZHOTEKA
АБОНЕМЕНТ
Система и конструкция.
Принимая в качестве объекта творческого проц а систему,
мы, естественно, рассмотрим процессы проектирования и констру-
ирования. Проектирование и конструирование составляют сущ-
ность инженерного искусства; этому и посвящена, по замыслу ав-
тора, данная монография.
Книгу «Проектирование и конструирование. Системный под-
ход» написал один автор. Однако появление книги, содержание
которой выкристаллизовывалось в течение двадцати с лишним
лет, стало возможным благодаря многим лицам — как сотрудни-
чавшим с автором на кафедре основ конструкции машин при
Силезском политехническом институте, так и участникам семинара
науки технического творчества, который регулярно проводится в
течение почти двадцати лет. Средш-в&ех этик лиц, развитнедг науки
технического творчест’:
2—1147
ва зарда^дЯ^ДТ*Д-д^^Ж<НШ Яс
1558986
<ула
<18 Введение
<и Войцех Холева, Тадеуш Климек, Рышард Кносаля, Адольф
Шолтысек и Теодор Винклер. На разных этапах им помогали Эва
Опока, Мариан Бетковский, Шимон Кульчицкий и Рышард Пу-
жиньский.
Считаю своим приятным долгом вспомнить рецензента моно-
графии «Конструкция и конструирование», знаниям которого я
многим обязан (и не только в связи с рецензией). Этим рецензен-
том был | Ян Франчишек Древновский!.
Немалую роль сыграли научные редакторы Научно-техниче-
ского издательства, которых я назову в хронологической последо-
вательности: Казимеж Шопский, Богдан Валентинович, который
•был инициатором монографии «Конструкция и конструирование»,
« | Виктор Суровяк |.
Й наконец, монография «Проектирование и конструирование.
•Системный подход». Прежде всего я приношу свою глубокую бла-
годарность издательству за доброжелательное отношение к вопро-
су издания этой книги и Министерству машиностроения за финан-
сирование ее издания. Я также признателен за рецензию доценту
Влодзимежу Хомчику. Благодаря усилиям редактора книги маги-
стра-инженера Витольда Дрегера были устранены из текста неко-
торые неточности. В заключение я выражаю глубокую призна-
тельность всему коллективу, который принимал участие в подго-
товке и издании этой книги.
КРАТКИЙ СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ НАУКИ
ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА
По аналогии с другими научными дисциплинами наука техни-
ческого творчества должна располагать собственным набором тер-
минов, обеспечивающим однозначность описания и точность тео-
ретических формулировок. Эти термины следует выбрать из конеч-
ного числа выражений и бесконечного числа существующих в лю-
бом языке значений. Многим словам, выбранным в качестве тер-
минов науки технического творчества, придается более узкая об-
ласть значений, нежели это имеет место в обиходной речи.
В соответствии с требованиями науки технического творчества
некоторым выражениям придается особое значение.
Для того чтобы облегчить чтение этой книги, мы дополнили
вводную часть словарем. Отметим, что лишь некоторые объясне-
ния терминов отвечают требованиям формальной точности, кото-
рые предъявляются к определениям.
1. Конкретность. Любой материальный объект — природный или искусствен-
ный. Конкретный — значит материальный, а ие, например, «данный», «строго оп-
ределенный». Конкретная деятельность — это действия (а не мысли) конкретной
личности.
Англ, concrete. Нем. Konkrete.
2. Абстракция. Понятие, образованное в процессе познания конкретности;
представляет собой результат мыслительной деятельности — умственного труда.
Отражение конкретности в человеческом сознании. То, что оказалось воплощен-
ным в реальность благодаря познанию и может быть отнесено к некоторой новой
конкретности или ее действиям как целесообразная основа нх существования.
Англ, abstraction. Нем. Abstraktion.
3. Характеристика. Частное определение предмета познания или создаваемого
(созданного) предмета. Находится в сфере абстракции и создается в результате
умственной деятельности человека.
Англ, feature. Нем. Merkmal.
4. Свойство. Черта, характеризующая исключительно данный предмет и позво-
ляющая более точно определить предмет при заданной (требуемой) степени дета-
лизации. При утрате этой черты предмет превращается в нечто иное.
Англ, property. Нем. Beschaffenheit.
5. Особенность. Черта, характеризующая возможности предмета с точки зре-
ния его связи с каким-то другим предметом. Возможность превращения в нечто
иное под влиянием другого предмета. Возможность воздействия на другой пред-
мет.
Англ, peculiarity. Нем. Eigenschaft.
6. Комплекс. Абстрактная или конкретная упорядоченная совокупность, опре-
деленная с учетом свойств и особенностей, представляющих основу для выделения
данной совокупности среди других. Представляет собой противопоставление хао-
тическому множеству, по отношению к которому комплекс выглядит так же, каи
порядок по отношению к хаосу.
Англ, complex. Нем. Gefuge.
2'
20
Словарь терминов
7. Структура. Свойство комплекса, которое может быть установлено вслед-
ствие относительной или абсолютной стабильности (т. е. неизменности) комплекса.
-Структура материального комплекса связана со способом взаимного расположе-
ния элементов материн.
Англ, structure. Нем. Struktur.
8. Состояние комплекса. Свойство комплекса, зависящее or времени или взаи-
-модействия с другим комплексом.
Англ, state of a complex. Нем. Gefiigezustand.
9. Вещество. Материальный комплекс, определенный исключительно с точки
зрения внутренней структуры материала. Например, сталь, стекло, кремнезем или
лен.
Англ, stuff. Нем. Werkstoff.
10. Материал. Материальный комплекс, определяемый с позиций как внутрен-
ней, так и внешней структуры, отвечающих требованиям дальнейшего производст-
венного процесса. Например, стальные прутья, листовое стекло, песок нлн льня-
ное полотно.
Англ, material. Нем. Material.
11. Проект. Система понятий, дающая абстрактное представление изделия.
Совокупность свойств и особенностей материального комплекса, полученная в ре-
зультате синтеза и характеризующая творческий или исполнительский замысел.
Англ, creation. Нем. Gebilde.
12. Изделие. Конкретность, достигнутая благодаря целенаправленному (в со-
ответствии с проектом) преобразованию материи.
Англ, product. Нем. Erzeugnis.
13. Орудие. Материальный комплекс, используемый для преобразования дру-
гих материальных комплексов или для передачи коммуникатов. При этом разли-
чают орудия машинные (машины) и немашннные.
Англ. tool. Нем. Werkzeug.
14. Помещение. Материальный комплекс, задача которого сводится к ограни-
чению нли регламентации степеней свободы перемещения материальных объектов.
Англ. room. Нем. Raum.
15. Техническое средство. Помещение или орудие, использование которых
обеспечивает удовлетворение определенных материальных потребностей.
Англ, technical means. Нем. technisches Mittel.
16. Техника^. Знания о способах опернровання матерней. Знания о свойствах
и особенностях технических средств. Знания, служащие основой воздействия на
материальные комплексы или обусловливающие действия этих комплексов.
Англ, technics. Нем. Technik.
> В отечественной литературе термину «техника» обычно придают два зна-
чения — широкое и узкое.
В широком смысле техника — это совокупность искусственно созданных ма-
териальных средств целенаправленной деятельности человека. В более узком смыс-
ле техника — это сумма способов, приемов, навыков целенаправленной деятель-
ности— владение ремеслом (например, техника пианиста, спортсмена, писателя
или ученого). Говоря терминами Я. Дитриха, техника в широком смысле отно-
сится к сфере конкретностей, а в узком — к сфере абстракций. Автор трактует
понятие «техника» во втором его значении. — Прим. ред.
Словарь терминов
21
17. Элемент. Часть целого, которая в различных совокупностях может высту-
пать как нечто относительно целое, причем свойства этого относительно целого
остаются постоянными. Это понятие противопоставляется части, которая, будучи
отделенной от целого, теряет ранее имевшиеся свойства.
Англ, element. Нем. Element.
18. Совокупность. Множество элементов, сгруппированных с учетом постав-
ленной цели.
Англ, composition. Нем. Sammlung.
19. Технический мегакомплекс. Совокупность технических средств (машин и
помешений), составленная с учетом предназначения комплекса как целого; сово-
купность различных устройств, образующих комплексы машин и средств обеспе-
чения (в частном случае — различного рода помещений).
Англ, technical megacomplex. Нем. technisches Megagefiige.
20. Артефакт1'. Искусственный материальный комплекс (например, техниче-
ское средство) вместе с признаками его действия. Это может быть машина с ее
производительным действием; артефактом будет и памятник с его эстетическим,
эмоциональным воздействием на человека.
Англ, artefakt. Нем. Artefakt.
21. Производство. Процесс преобразования массы или энергии в изделия. Из-
делия изготовляются изготовителем.
Англ, manufacturing. Нем. Produktion Herstellung.
22. Вход. Энергия, масса и информация, вводимые в техническое средство, где
оии хранятся или перерабатываются. Вход может быть массовым, энергетическим,
информационным.
Англ, input. Нем. Input.
23. Выход. Энергия, масса и информация, выводимые из технического средст-
ва. Выход может быть массовым, энергетическим, информационным.
Англ, output. Нем. Output.
24. Техносфера. Артефакты, образующие окружение человека. Всевозможные
технические средства, воздействующие на человека в его социальной и биологи-
ческой сферах. Техносфера вместе с социальной и биологической сферами пред-
ставляют собой экологическую сферу человека, которая создает человеку соот-
ветствующие условия жизни и развития.
Англ, technosphere. Нем. Technosphare.
25. Технология. Техника, опирающаяся на научные основы. Знания о спосо-
бах оперирования материей, использующие результаты научных исследований.
Аигл. technology. Нем. Technologic.
26. Техническая система. Комплекс, отражающий преобразования и связи
технического средства (объекта) на основе энергии, массы и информации. Свой-
ства технических средств устанавливаются в познавательном илн творческом про-
цессах.
Англ, technical system. Нем. technisches System.
*> «Артефакт» (лат. arte — искусственный и factus — сделанный) обычно ис-
пользуется как биологический термин, обозначающий процесс, искусственно вы-
званный в организме или какой-либо его части. — Прим. ред.
22
Словарь терминов
27. Машина. Орудие, для действия которого необходимо подавать на вход
энергию. Лишь в отдельных случаях это необходимое условие может быть и до-
статочным.
Англ, machine. Нем. Maschine.
28. Информация. Это то, что увеличивает знания или надежность действий.
Содержание полученного коммуниката или результат наблюдения, т. е. то, что
приближает к истине.
Англ, information. Нем. Information.
29. Дезинформация. Это то, что уменьшает знания и надежность действий;
то, что приводит к ошибке и отдаляет от истины.
Англ, desinformation. Нем. Desinformation.
30. Знак. Условная характеристика материального комплекса, которой при-
писывается определенное значение и тем самым возможность переноса информа-
ции. Элемент кода.
Англ. sign. Нем. Zeichen.
31. Коммуникат. Знаковое сообщение, несущее информацию или дезинформа-
цию. Для изготовителей и эксплуатационников технических средств — это техни-
ческая документация: проекты и конструкторские чертежи.
Англ, communicate. Нем. Mitteilung.
32. Сигнал. Носитель передаваемой информации о состоянии материального
комплекса. Может быть акустическим, оптическим, электрическим (т. е. энергети-
ческим) .
Англ, signal. Нем. Signal.
33. Функция. Логическая, математическая или фактическая зависимость, опре-
деляющая связь между причиной и следствием или между двумя взаимозависи-
мыми явлениями. Функция — не синоним действия или роли. Действие или роль
могут определяться потребностью.
Англ, function. Нем. Funktion.
34. Сущность. Неизменное основное свойство комплекса. Сущность действия —
это определяющая черта действия, независящая от разновидностей способов дей-
ствия, преследующих ту же самую цель.
Англ, essence. Нем. Wesen.
35. Метод. Логическая основа способа действия, основывающаяся иа осознан-
ном применении определенных правил для достижения намеченной цели в опре-
деленных обстоятельствах.
Англ, method. Нем. Methode.
36. Модель. Комплекс (абстрактный или конкретный), представляющий собой
источник информации об определенных свойствах исследуемого материального
комплекса. В частном случае — теоретическая основа анализа действия модели-
руемого объекта с использованием установленных связей между свойствами объек-
та и его особенностями. Представляет исследуемый комплекс лишь с какой-то
определенной точки зрения. В качестве объекта исследований принимаются вы-
бранные свойства.
Англ, model. Нем. Modell.
Словарь терминов
23
37. Конструкция. Комплекс структур и состояний изделия; определяет класс
некоторого множества изделий и тем самым устанавливает возможность суще-
ствования или существование изделий с одинаковыми свойствами.
Конструкция, как абстракция, противопоставляется конкретности — изделию.
Англ, construction. Нем. Konstruktion.
38. Конструктивный вид. Синтетическое свойство конкретностей, устанавливае-
мое путем анализа сходства и различия между свойствами материальных ком-
ллексов. Свойство, представляющее собой один из элементов, определяющих ком-
плекс структур и состояний искусственного материального комплекса (артефакта)
как изделие.
Англ, constructional form. Нем. Konstruktionsgestalt.
39. Концепция. Проект, представляющий схему решения задачи создания
технического средства. Замысел способа действия технического средства или же
его конструкции.
Англ, conception. Нем. Konzeption.
40. Характеристика конструкции. Одно из определяющих свойств конструк-
ции. Набор характеристик конструкции представляет собой необходимое и доста-
точное условие для изготовления изделия выбранной конструкции.
Англ, constructional feature. Нем. Konstruktionsmerkmal.
41. Конструирование. Подбор конструктивных характеристик, определяющих
логическую основу конструкции.
Опирается на результат проектирования. Другие авторы рассматривают кон-
струирование как часть проектирования, сводящуюся к определению свойств из-
делия (совпадает с понятием «проектирование конструкции»).
Англ, design, elaboration of con- Нем. Konstruieren.
struction.
42. Проектирование. Выбор некоторого способа действия. В частном случае —
создание системы как логической основы действия.
Англ, design (projecting-elaboration Нем. Projektieren.
©f project).
43. Техническое проектирование. Проектирование технической системы как
логической основы действия технического средства или мегакомплекса, а также
определение характеристик конструктивного вида материальных комплексов, ко-
торые должны выполнять роль технических средств.
Англ, technical design (projecting). Нем. technisches Projektieren.
44. Системное проектирование. Проектирование части целого с точки зрения
целого.
Англ, integral design (projecting). Нем. integrates Projektieren.
45. Концептуальное исследование. Создание группы возможных концепций,
которые могли бы служить решением технической задачи в процессе проектирова-
ния. Процедура, которая благодаря многочисленности концепций снижает возмож-
ность случайного выбора концепции изделия.
Аигл. creation of conceptions. Нем. Konzipieren.
46. Критерий. Основа оценки, позволяющая избежать субъективных сужде-
ний.
Аигл. criterion. Нем. Kriterium.
24 Словарь терминов
47. Оптимизация. Методические процедуры в процессе проектирования и кон-
струирования, направленные иа решение задачи в наилучшем соответствии с при-
нятыми критериями.
Англ, optimization. Нем. Optimierung.
48. Частное проектирование. Проектирование части целого без учета свойств
целого. Противопоставляется системному (интегральному) проектированию. Ча-
ще всего основывается на субъективно принятых критериях.
Англ, particular design. Нем. partikulares Projektieren.
49. Системный подход. Метод анализа артефактов в процессе проектирования
с системных позиций.
Англ, systems approach. Нем. Systemeinfassung.
1. ПРЕДМЕТ И ОБЛАСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАУКИ
ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА
1.0. Введение
Преодоление узости взглядов на предметы и явления становится
актуальной проблемой современности.
Высокие темпы развития технических средств, рост сложности
и многообразия техносферы порождают множество трудностей.
В преодолении этих трудностей принимает участие инженер, или,
в широком значении этого слова, техник, т. е. человек, который
осознанно использует научные основы знаний о способах опериро-
вания материей. Можно показать, что многие трудности, выра-
стающие до уровня экологических проблем, возникают в резуль-
тате частных точек зрения. В эпохе, частично уже минувшей, од-
ной из таких точек зрения была ориентация предпринимателя на
достижение прибыли.
Вначале существует потребность.
Сегодня мы все лучше понимаем необходимость целостного
охвата различных технических задач; понимаем и то, что их сущ-
ность заключается в удовлетворении человеческих потребностей в
условиях общественной жизни.
Анализ традиционных программ высших технических учебных
заведений дает достаточное основание утверждать, что в них пре-
обладает частный подход в изучении технических проблем. В них
недостает таких общетехнических дисциплин, которые могут быть
основой комплексного поиска необходимых решений в процессе
оптимизации техносферы — непрерывно расширяющегося и услож-
няющегося комплекса технических средств.
1.1. Элементы процесса удовлетворения
общественных потребностей
Человек характеризуется как непрерывным ростом своих по-
требностей, так и использованием орудий производства. Развитию
потребностей человека сопутствовало и развитие этих орудий.
В процесс удовлетворения общественных потебностей входит
выявление потребностей, проектирование, конструирование и эксплу-
атация технических средств.
26
Глава 1
Рост потребностей обусловливает производство все новых тех-
нических средств. Этот рост дает ответ на требования жизни, но
он обусловлен и потребностью в творчестве, присущей человеку
как разумному существу.
Выявление потребности и ее точное определение (идентифика-
ция)— основные операционные элементы процесса удовлетворе-
ния общественных потребностей. Можно предвидеть развитие та-
кой научной дисциплины, предметом которой станут:
• исследование потребностей с точки зрения их видов;
• установление иерархических уровней для удовлетворения
потребностей в зависимости от их индивидуальной и обществен-
ной значимости;
• исследование потребностей с точки зрения количества
средств, необходимых для их удовлетворения.
Народнохозяйственные прогнозы — это прежде всего исследова-
ние потребностей.
Область деятельности, задача которой заключается в исследо-
вании условий жизни человека и общества в будущем, называется
футурологией. Трудно возразить против точки зрения, что основой
футурологического планирования должны быть тщательно выяв-
ленные и социально оправданные потребности, как существующие,
так и потенциальные.
Проблема идентификации потребностей существенна в мето-
дологии технического проектирования как основа планирования и
проектирования в масштабах народного хозяйства.
Проектирование — первый операционный элемент.
Формальное описание потребности составляет основу проекти-
рования как функционирования технического средства, так и его
устройства; при этом способ удовлетворения потребности стано-
вится определяющим фактором. Основополагающее методологиче-
ское значение в процессе проектирования имеет понятие «си-
стема».
Конструирование — второй операционный элемент.
В результате проектирования прежде всего создается основа
для конструирования. Конструирование имеет свой специфический
предмет — свойства того изделия, которое должно стать техниче-
ским средством. Конструктор в отличие от проектировщика дол-
Наука технического творчества
27
жен разработать строго однозначную основу для дальнейшей дея-
тельности изготовителей (к которым следует также причислить и
строителей).
Результат деятельности проектировщика мы называем проек-
том, результат деятельности конструктора — конструкцией. Одна-
ко это еще не окончательные результаты. Проектировщик и кон-
структор должны всегда отдавать себе отчет, что окончательная
оценка их работы определяется эффективностью действия техни-
ческого средства в процессе удовлетворения общественных потреб-
ностей.
Третий операционный элемент — изготовление.
За конструированием следует изготовление, операционной ос-
новой которого служит конструкция. Изделие должно иметь свой-
ства, определяемые конструкцией. Ремесленная продукция харак-
теризуется тем, что традиционный ремесленник одновременно
является и проектировщиком и изготовителем, так что процесс
проектирования запечатлевается в облике изделия. Ремесленник
сочетает оба вида деятельности — проектирование и изготовление.
Процесс удовлетворения потребностей завершается эксплуата-
цией.
Готовое изделие передается для эксплуатации. Это последний
операционный элемент в процессе удовлетворения общественных
потребностей.
На рис. 1.1 представлена упрощенная мо-
дель системы, служащей основой процесса
удовлетворения потребностей. Показаны эле-
менты обратных информационных связей,
которые будут рассмотрены в дальнейших
разделах. На рис. 1.1 представлена лишь ре-
зультирующая часть информационной си-
стемы.
Рис. 1.1. Соотношение операционных элементов в про-
цессе удовлетворения общественных потребностей.
28
Глава 1
1.2. Определение науки технического творчества
В наше время ввиду быстро происходящих изменений в техно-
сфере отчетливо проявляется потребность развития общетехниче-
ских дисциплин, которыми должны быть:
О наука технического творчества (т. е. проектирования и кон'
струирования);
Онаука изготовления;
О наука эксплуатации1).
Наука технического творчества должна создавать рациональ-
ную основу проектирования и конструирования. Объект проекти-
рования — система. Объект конструирования •— конструкция.
Система представляет собой логическую основу как конструк-
ции, так и действия технических средств. При определении, равно
как и при создании системы, либо принимаются во внимание кон-
струкции существующих технических средств, либо создаются но-
вые конструкции, обусловленные изменениями в техносфере. Кон-
струкция служит непосредственной и существенной основой изго-
товления, в итоге она определяет возможность реализации функ-
ции технических средств в рамках определенной функциональной
системы.
1.3. Элементы науки технического творчества
Элементы науки технического творчества имеют методологиче-
ское значение.
Исследование технического творчества и прежде всего — пред-
мета этого творчества позволило выделить основные элементы
науки проектирования и конструирования. Ими являются:
О теория технических систем;
О теория конструирования;
О методология проектирования;
О методология конструирования;
О теория записи конструкции;
О методология опытно-конструкторских работ и системных ис-
следований; -
О монографии о конструировании2).
*> Здесь вводятся широко используемые ниже обозначения вычленяемых эле-
ментов. Так, О обозначает, что вычленяемые элементы образуют определенную це-
лостность, • употребляется во всех других случаях, среди которых — обозначе-
ние уровня классификации более низкого ранга.
2> Монографии, посвященные науке проектирования и конструирования, по-
видимому, должны рассматриваться не как элементы науки, а скорее как средст-
во обучения этой науке и распространения ее достижений среди тех, кому она
может быть полезной. — Прим. ред.
Наука технического творчества
29
Теория технических систем и конструирования вместе с мето-
дологией проектирования и конструирования представляет диа-
лектическое единство и имеет особое значение праксеологического
характера1'1. Весь их смысл следует из того, что эти теории должны
соответствовать практике человека в условиях общественной тру-
довой деятельности.
1.4. Теория предмета технического творчества
Техническое творчество имеет свои основы в технике.
Под техникой мы понимаем знания о способах оперирования
материей; техническая деятельность опирается на эти знания.
Теория технических систем и теория конструирования способ-
ствуют рациональному пониманию существенных свойств техниче-
ских средств и тех изделий, которые должны стать этими средст-
вами; как уже было сказано, в нашем подходе:
О система определяется совокупностью преобразований энер-
гии, массы и информации и взаимосвязей между ними, которые
характеризуют входы и выходы технических средств;
О конструкция представляет собой комплекс структур и со-
стояний изделия.
1.5. Методология технического творчества
Техническое творчество состоит из проектирования и конструи-
рования.
Методология проектирования и методология конструирования
могут пониматься и часто понимались лишь интуитивно или на
основе здравого смысла.
Установление понятий технической системы и конструкции из-
делия позволяет точно определить процесс проектирования и про-
цесс конструирования, а впоследствии объективно сформулировать
основы методологии проектирования и конструирования.
Методология творческой технической деятельности прежде все-
го включает:
О описание творческой деятельности с выделением процедур,
из которых складываются проектирование и конструирование;
*> Праксеология — наука о целесообразной организации любой человеческой
деятельности, независимо от ее назначения (см. Котарбинский Т. Трактат о хоро-
шей работе. Пер. с польского. — М.: Экономика, 1975, а также Гаспарский В.
Праксеологический анализ проектно-конструкторских разработок. Пер. с польско-
го.— М.: Мир, 1979. — Прим. ред.
30
Глава 1
О методы творческой деятельности или их основы.
Степень расчленения и точность определения существующих
на сегодняшний день понятий в науке технического творчества
различны, поскольку эта наука находится еще на начальной ста-
дии развития. Однако ее роль теперь гораздо важнее, чем 20 лет
назад.
1.6. Теория записи конструкции
Запись конструкции — это нечто большее, чем только чертежи
(инженерная графика).
Под записью конструкции до сих пор понимали чертеж, кото-
рому по стандартам давали различные определения, не всегда
обоснованные, например «машиностроительный чертеж», «электро-
схема», «строительный чертеж».
Возможность формулирования теории записи конструкции воз-
никла тогда, когда определилось понятие конструкции и конструк-
тивных характеристик.
Понятия конструктивного вида и комплекса размеров позво-
лили сформулировать общее понятие записи конструкции, не за-
висящее от способа записи. То, что привычно именуется чертежом,
составляет лишь один из этих способов.
1.7. Методология опытно-конструкторских работ
и системных исследований
Конечная цель технической деятельности состоит в эффективном
удовлетворении материальных потребностей1*.
Системное понимание творческой технической деятельности
требует проверки результатов такой деятельности. Для этого про-
водятся определенные экспериментальные исследования, которые
должны базироваться на рациональной основе и иметь соответст-
вующую методику.
В настоящей книге будут оговорены только обобщенные зада-
чи опытно-конструкторских работ во взаимосвязи с системными
исследованиями. Развитие опытно-конструкторских работ дает ма-
териал для монографий о конструировании.
11 В общем плане конечная цель технической деятельности включает удовлет-
ворение не только материальных, но н духовных потребностей, связанных с ма-
териальными средствами. — Прим. ред.
Наука технического творчества ЗЬ
1.8. Монографии о конструировании
Определение понятия «конструкция» становится ключевым в нау-
ке технического творчества.
Понятие конструкция совместно с понятием система дали воз-
можность выйти за узкий круг машиноведческих представлений,,
существующих до сих пор в отношении различных технических
вопросов. Машиноведение как таковое ограничивается рассмотре-
нием изделия как объекта описания и исследования. В машинове-
дении косвенно выявляются только некоторые свойства и особен-
ности технических средств, но и то на недостаточном методологи-
ческом уровне. Чаще всего это приводит к описанию основ част-
ной технической деятельности (т. е. работы, относящейся к неко-
торой части в отрыве от целого) и конструктивного вида с важ-
нейшими размерами.
Монографии о техническом творчестве должны обобщать ре-
зультаты анализа технических средств в соответствии с принци-
пами проектирования и конструирования и с позиций системного
подхода. Книга «Проектирование и конструирование. Системный
подход» может служить примером создания таких монографий;,
это подтверждают некоторые разделы «Основ конструирования!
машин».
1.9. Наука технического творчества и праксеология
Существует связь науки технического творчества с праксеологи-
ей, т. е. основами хорошей работы.
Знаменательно, что начальный период исследования творческой
технической деятельности совпал с появлением значительного
труда Тадеуша Котарбинского «Трактат о хорошей работе». Не
только в Польше, но и во многих других странах более или ме-
нее одновременно как бы в ответ на социальный заказ начали
заниматься рационализацией практической деятельности. Как »
многие другие виды деятельности, техническое творчество совер-
шенствуется обычно методом проб и ошибок.
В процессе исследований технического творчества понятие
конструкции нашло поддержку в «Трактате о хорошей работе», а
именно в понятии конструктивное действие.
Используемые здесь такие пары понятий, как проект и изделие,
орудие и помещение, материал и вещество, тесно связаны с поло-
жениями работы профессора Котарбинского.
32
Глава 1
Вдохновляющая роль «Трактата о хорошей работе» несомнен-
на даже в тех случаях, когда в результате вызванной им интел-
лектуальной деятельности вырисовывается разница в рассмотре-
нии многих понятий.
Читатель, вероятно, ощутит близость понятия «метод», дан-
ного в этой книге, с понятиями, выдвинутыми создателем праксео-
логии.
1.10. Термин «технология»
При рассмотрении областей:
О науки технического творчества;
О науки изготовления;
О науки эксплуатации
постоянно возникают противоречия с традиционным, континен-
тально-европейским понятием «технология». До сих пор в техни-
ческой практике этим понятием охватывались процессы перера-
ботки исходных материалов и изготовления изделий. Можно даже
встретиться с противопоставлением понятий «конструкция» и «тех-
нология», как будто можно рассматривать какой-либо процесс в
отрыве от свойств технических средств1).
Понятие технологии должно иметь ширкое толкование.
В нашем понимании технология представляет собой рациона-
лизированную технику, а следовательно, — знания о способах опе-
рирования материей, опирающиеся на научные основы. Если это
утверждение верно, то в системном подходе технологию как науч-
ную дисциплину составляют все три науки, упомянутые в начале
данного раздела. С этой точки зрения для определения той обла-
сти обучения в высшей школе, о которой раньше говорилось как
о технологическом направлении, следует признать верным термин
«техника изготовления».
•> Это утверждение автора остается спорным, хотя процессы обработки ис-
ходных материалов, приводящие к получению конечных продуктов, несомненно,
теснейшим образом связаны с соответствующим оборудованием. Тем не менее ме-
тодологически целесообразно во многих случаях (особенно в химической про-
мышленности, энергетике н других областях техники, где проектирование и кон-
струирование начинаются именно с разработки н совершенствования процессов
переработки исходных веществ в конечные продукты) отделять технологию от
оборудования. Применительно же к машиностроению разделение и тем более про-
тивопоставление понятий «конструкция» и «технология» имеет меньше основа-
ний. — Прим. ред.
2. ТЕХНИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО
2.0. Введение
Ответственность инженера обязывает его понимать сущность
технических средств, их свойства и особенности.
Технические средства — машины и помещения — представляют
собой искусственные материальные комплексы, необходимые в
жизни и для жизни. Их создание и использование входят в обя-
занности инженера-проектировщика, конструктора и производст-
венника. Следует, однако, отметить, что эффективность действий
инженера как в производственном, так и эксплуатационном про-
цессах во многом зависит от используемых проектов и конструк-
ций.
Ответственность творцов техносферы очень велика. Лишь ин-
женер, принимающий капиталистические принципы, может рас-
сматривать техническое средство как следствие роста производст-
ва и потребности сбыта.
2.1. Существенная роль технических средств
Обобществление средств производства благоприятствует рацио-
нальному определению сущности артефактов.
Творчество и разнообразные технические способности людей
заполняют окружающую нас среду новыми комплексами, отли-
чающимися сравнительно высокой стабильностью. Эти комплексы
мы называем артефактами. Они включают:
О технические средства, а также
О явления, связанные с их возникновением и действием.
Существенная роль технических средств объясняется тем, что
они определяют связь человека с окружающей его средой. Эта
связь должна увеличивать возможности удовлетворения потреб-
ностей человека.
Примером традиционного понимания значения орудия, пред-
ставляющего собой частный случай технических средств, может
служить утверждение, что орудие выполняет роль усилителя
мышц или органов человеческого организма: рук, ног, зубов и т. п.
Вероятно, эгоцентризм и агрессивность послужили причиной того,
что человек стал рассматривать технические средства не как неч-
3-1147
34
Глава 2
то такое, что тесно связывает его с окружающим миром, а как
одно из средств усиления его мышц и органов.
Побудительным мотивом осуществления изменений в материаль-
ных комплексах является стремление человека увеличить возможно-
сти развития в существующих условиях жизни общества.
Постепенно мы перестаем рассматривать технические средства
как фактор («хороший», «плохой» или «пассивный»), находящийся
в зависимости лишь от способа применения и конечной цели. Се-
годня следует обращать внимание на то, что уже стало предметом
наблюдения многих исследователей, а именно на то, что техниче-
ские средства принципиально различаются по своему значению.
К числу передовых, хотя и противоречивых исследователей этой
проблемы следует отнести Маршалла Маклугана. В его много-
численных публикациях изложен детальный анализ машин и по-
мещений. По аналогии с орудием помещение, в его интерпрета-
ции, представляет собой как бы третий кожный покров (одежде
он приписывает роль второго кожного покрова).
Наряду с экономистом и политиком инженер также должен
понимать, что технические средства должны увеличивать возмож-
ности удовлетворения потребностей, отвечающих запросам жизни
и задачам развития.
2.2. Замкнутый комплекс
Человек, биосфера и техносфера образуют экосферу, которая
во все большей степени превращается в замкнутый комплекс.
Особенность технических средств состоит в том, что они не
только возникают благодаря человеку, но одновременно прямо
или косвенно воздействуют на него. Это утверждение можно про-
иллюстрировать на примере модели взаимосвязей человека, био-
сферы и техносферы (рис. 2.1).
На наших глазах и при нашем участии протекают различные
по своим последствиям изменения в техносфере.
Мы во все большей мере чувствуем на себе негативные воздей-
ствия техносферы; все более докучливо воздействует зараженная
биосфера на виновника, его соучастника и на невиновного в этом
заражении. Даже фрукты и домашние животные, предназначае-
мые в пищу человеку, несут с собой опасность в результате при-
менения необдуманных и недостаточно исследованных способов
удобрения и подкормки.
Техническое средство
35
Понимаемые так, как это показано на рис. 2.1, технические
задачи нуждаются в безотлагательном решении. Пробужденное
общественное сознание ставит вопрос об удовлетворении справед-
Рис 2.1. Модель взаимосвязей человека, биосферы и техносферы.
ливых человеческих потребностей; для этого необходимо проведе-
ние многих целесообразных изменений.
Замкнутость экосферы обязывает нас к поиску новых техниче-
ских решений.
В данной монографии основное внимание будет направлено на
выявление значения нужного для такой работы критерия социаль-
но-технической адекватности как условия человеческого сущест-
вования и развития.
2.3. Условия создания и действия технического средства
Системное понимание проблемы существования и действия тех-
нического средства становится социальной необходимостью.
Существенная особенность технических средств состоит в их
действии, направленном на удовлетворение потребностей. На
рис. 2.2 выход О прямо или косвенно сориентирован на потреб-
ности.
3’
36
Глава 2
Вход 1 обеспечивается наличием энергетических и сырьевых
ресурсов. Ограниченность этих запасов, обусловленная конеч-
ностью гео- и атмосферы, превращается в хозяйственно-техниче-
скую проблему; в ней следует различать не только, актуальные,
но и потенциальные потребности.
Творческая и производственная деятельность в сочетании с
практическими и теоретическими знаниями (техника и наука) —
Творческая и производственная
деятельность
Наука и техника *
Рис. 2.2. Схема внешних связей технического средства.
вот те факторы, которые обеспечивают реализацию технического
средства в соответствии с потребностями и актуальными и потен-
циальными возможностями, которые в свою очередь обусловлены
запасами сырья и энергии.
От всего этого зависят структуры и состояния, которые можно
придать будущему техническому средству в процессе проектиро-
вания. Кроме того, свойства технических средств зависят от их
особенностей.
2.4. Техносфера — технический мегакомплекс —
орудие — помещение
Сложность мегакомплексов создает важную проблему. Машина
и энергия образуют диалектическое единство.
В настоящее время различные комплексы технических средств
образуют все более расширяющуюся и усложняющуюся техно-
сферу. Предметом неустанного внимания инженера должны быть
затруднения, вытекающие из существования такого многообразия.
Техническое средство
37
Мегакомплексы мы встречаем на каждом шагу. К ним относят-
ся различные производственные предприятия, коммуникационные
и транспортные сети. Как мегакомплексы можно рассматривать
различного рода поселения и современные жилые дома, а также
различные средства передвижения.
Благодаря современной научно-технической революции особо
важное значение приобрела машина, представляющая собой ору-
дие, действие которого обусловлено потреблением энергии. В по-
следнее время именно по этой причине возник и обостряется
энергетический кризис, из которого инженер должен стараться
найти выход1). Это требует объединения усилий представителей
различных областей науки.
Существование и функционирование многочисленных мега-
комплексов привели к возникновению многих проблем экологиче-
ского характера. Поэтому уже сегодня назрела необходимость
защиты окружающей среды. Еще сравнительно недавно проекти-
ровщик и в особенности конструктор начинали заниматься проб-
лемой непосредственно с машины или со строительства. Сегодня
инженер, стремящийся успешно справиться с быстро протекающи-
ми изменениями, должен начинать свою деятельность с исследо-
вания соответствующих участков техносферы.
2.5. Существенные особенности технических средств
Существенная особенность технических средств — их действие.
Машины, помещения и мегакомплексы создаются и существу-
ют для того, чтобы обеспечить возможность действия, направлен-
ного на удовлетворение материальных потребностей.
Рис. 2.3. Разделение технических средств по характеру их действия.
О При анализе энергетического кризиса следует различать научно-техниче-
ские и природные факторы, связанные с ростом потребления энергии и уменьше-
ния запасов органического топлива, а также политические факторы в условиях
капиталистического общества. — Прим. ред.
38
Глава 2
Для объяснения действий технических средств воспользуемся
рис. 2.3. Действию технических средств подвергаются:
О масса;
О энергия;
О информация.
Наличие связей между входом и выходом технического средства
представляет основу для идентификации орудий и помещений.
Одним из входов машины всегда является энергия.
Действия, представленные на рис. 2.3, опишем следующим
образом. N обозначает орудие (в частном случае машину). Вход
In преобразуется в выход 0N. Преобразованием может быть пере-
работка или перемещение. Таким образом, выход 0N принципи-
ально отличается от входа IN.
Р обозначает помещение. Назначение помещения сводится к
тому, чтобы минимизировать различие между входом 1р и выхо-
дом Ор. Помещение ограничивает степени свободы находящегося
в нем элемента. Принимая в качестве критерия виды входов и
выходов, можно выделить классы машин, в которых входными и
выходными величинами будут:
• энергия;
ф энергия и масса;
ф энергия и информация;
ф энергия, масса и информация.
В равной степени мы можем выделить и классы помещений,
исходя из видов входов и выходов, которыми могут быть:
ф масса;
ф энергия;
ф масса и информация;
ф масса и энергия;
ф энергия и информация.
Приведем примеры различных технических средств, сохраняя
при этом ту же последовательность, что и в приведенных выше
перечнях.
Энергия:
ф пружинные приводы; некоторые электрические двигатели,
не требующие охлаждения воздушным вентилятором; небольшие
трансформаторы.
Энергия и масса:
ф неавтоматизированные парогенераторы (паровые котлы);
всевозможные выпарки; дробилки и другие машины для перера-
ботки массы.
Энергия и информация:
ф радиоприемники, телевизоры, блоки автоматики, дорожные
и другие предупреждающие сигналы, имеющие энергопитание.
Техническое средство
39
Энергия, масса и информация:
9 энергетические блоки, металлорежущие станки, вычисли-
тельные машины, производственные предприятия, средства пере-
движения, шахты, домны, жилые и служебные помещения, по-
селки.
Масса:
водохранилища, газохранилища, складские помещения, га-
зопроводы, жидкостные трубопроводы, путепроводы, мачты:
Энергия:
электропроводка, электрические аккумуляторы, теплообмен-
ники.
Масса и информация:
9 статические сигналы (например, дорожные знаки без энер-
гопитания, а также всевозможные таблицы, книги, граммпластин-
ки, магнитные ленты, перфокарты и т. д).
Масса и энергия:
9 накопители сжатого пара, компрессоры, трубопроводы сжа-
тых газов, тепловые сети (паровые и др.).
Энергия и информация:
9 изотопы и другие потенциальные носители энергии с диф-
ференцированным потенциалом.
Определение разновидностей входов и выходов как необходи-
мых и достаточных свойств технических средств представляет со-
бой одну из наиболее важных процедур в процессе проектиро-
вания.
2.6. Технический мегакомплекс
Технический мегакомплекс складывается из машин и помещений.
Пользуясь вышеприведенной классификацией технических
средств, которую дополняет рис. 2.4, отметим, что мегакомплекс
можно рассматривать и как совокупность технических средств,
взаимодействующих между собой как нечто единое. На рис. 2.5
представлена блок-схема технического мегакомплекса.
Любое техническое средство представляет собой довольно
сложный комплекс. Сложность технических мегакомплексов на-
столько велика, что при этом можно говорить о новом качестве.
Степень сложности мегакомплексов (как и некоторых машин)
можно определить с помощью понятия «система».
На рис. 2.5 большой прямоугольник обозначает весь мегакомп-
лекс. Особенность мегакомплекса — это действие D, благодаря ко-
торому при соответствующих внешних условиях можно получить
выход О при имеющемся входе 1. Указанное действие мегакомп-
лекса оказывается возможным при одновременном взаимодейст-
вии сопряженных между собой технических средств
40
Глава 2
В силу технической и экономической целесообразности назре-
вает необходимость упорядочения множеств технических средств с
их последующей централизацией. Завершающий этап такого упоря-
дочения— автоматизация совокупности технических Средств, образу-
ющих мегакомплекс.
Эффективность действия мегакомплекса зависит не только от
его свойств, но и от влияния внешнего окружения Z. Сложность
Рис. 2.4. Виды технических средств.
учета этого влияния возрастает, если внешнее влияние представ-
ляет собой реакцию, вызванную воздействием мегакомплекса на
окружение Z. Влияние окружения образует особый класс входов.
Рассматривая в общих чертах свойства и особенности мега-
комплекса, обратим внимание на его различные возможные со-
стояния. Разнообразные технические средства, которые могут быть
составляющими элементами мегакомплекса, образуют определен-
ного рода неупорядоченное множество. Это означает, что указан-
ные технические средства существуют или могут появиться в
дальнейшем, но в различных и не всегда сразу устанавливаемых
местах, к тому же в весьма неопределенный период времени.
Упорядоченное множество возникает благодаря творческим
техническим действиям, вследствие которых из неупорядоченного
множества выбираются относительно упорядоченные совокупно-
сти. Они представляют собой подмножества неупорядоченного
множества. Соответственно потребности упорядочение основывает-
ся на установлении в каждом случае места и времени. Относи-
тельно упорядоченное подмножество охватывает технические сред-
Техническое средство
41
ства в процессе образования мегакомплекса (множество всевоз-
можных средств для данного объекта).
Можно выделить следующие модификации мегакомплексов:
О централизованный мегакомплекс;
О автоматизированный мегакомплекс;
О мегакомплекс случайного действия.
Задача проектировщиков и конструкторов сводится к повыше-
нию надежности машин и мегакомплексов.
Централизованный мегакомплекс представляет собой в ка-
кой-то мере автоматизированный мегакомплекс. Это связано
прежде всего с воздействием социального фактора, т. е. участием
в его действии организованного человека. Напротив, чисто меха-
нический комплекс, лишенный какой-либо автоматизации, опи-
рается в своем существовании только на классические основы де-
терминистической механики.
Автоматизированные мегакомплексы характеризуются большей
технико-экономической надежностью. При их создании стремятся
избавиться от промежуточного операционного обслуживания че-
ловеком путем введения автоматических обратных связей, которые
представляют собой существенный элемент автоматизации.
Творец техносферы должен постоянно помнить о возможностях
возникновения случайного действия.
Мегакомплекс случайного действия возникает в результате:
ф неправильного выбора технических средств;
ф возникновения помех технического или организационного
характера.
Возможность случайного действия существует всегда. Поэтому
мегакомплекс должен быть оснащен средствами, которые позво-
ляют:
О сигнализировать о неполадках;
О устранять неполадки;
О противодействовать последствиям внешних помех.
Задача распознания и установления свойств технического сред-
ства отнюдь не сводится к определению лишь тех из них, которы-
ми должно обладать техническое средство для удовлетворения
потребностей, ради которых оно было создано. Нужно еще учи-
тывать, какие свойства данного технического средства могут
проявиться в различных вероятных обстоятельствах. Поэтому
возникает вопрос: «Не должно ли техническое средство обладать
такими свойствами, которые могли бы вызвать противодействие
по отношению к нежелательным (с точки зрения функционирова-
42
Глава 2
ния технического средства) действиям?» Среди нежелательных
действий могут оказаться и такие, которые вызывают выход сред-
ства из строя или нарушение его целенаправленного действия.
Осознанный подход к значению возрастающей сложности того,
что мы называем мегакомплексами, показывает необходимость си-
стемного проектирования.
Возникновение крупных сетей связи (преимущественно техни-
ческих средств массовой коммуникации) привело к признанию
необходимости рассмотрения изменений, протекающих в сущест-
вующих комплексах, с общих, единых позиций. Выявляется необ-
ходимость рассмотрения некоторых скрытых свойств комплексов
большой степени сложности. При этом следует учесть
О внутренние свойства мегакомплексов, а также
О то, что эти внутренние свойства представляют собой состав-
ную часть свойств более крупного мегакомплекса, в состав кото-
рого входит рассматриваемый комплекс.
Не исключено, что будущий историк техносферы обратит вни-
мание на сеть железных дорог и сопутствующих сооружении как
на один из первых примеров мегакомплекса крупного масштаба.
Однако лишь в наше время, когда мы все в большей мере отдаем
себе отчет в значении мегакомплексов и техносферы как единого
целого, проектно-конструкторская деятельность обрела черты, ко-
торыми не обладали инженеры в период повсеместного строитель-
ства железных дорог. Некогда железные дороги просто «разра-
стались». Тогда еще не возникало никаких сложностей, связанных
с вновь появляющимися ответвлениями сети. В наше время такого
рода разрастание либо просто невозможно, либо наносит ущерб.
Таким образом, системное проектирование предохраняет от вред-
ных последствий неправильных действий; его суть сводится к рас-
смотрению внутренней сложности комплекса с учетом внешней
сложности.
2.7. Антропотехнические и социотехнические комплексы
Комплексный подход к проблемам технических средств обеспе-
чивает учет человеческих нужд.
Технические, средства создаются для того, чтобы служить че-
ловеку. Комплексный подход к этой проблеме, тесно связанной с
потребностями, обеспечивает их достаточно полное выявление.
Истинно гуманный подход к потребностям любого члена челове-
ческого общества не допускает ситуации, когда сам человек был
бы подчинен техническим средствам (как это несколько эмоцио-
Техническое средство
43
нально формулируют некоторые исследователи, «человек является
придатком машины»).
Технические средства зачастую представляют собой элементы
антропотехнических или социотехнических комплексов.
Необходимо отдавать себе отчет в том, что как машины, так
и помещения могут принуждать человека к неправильному пове-
дению. Не следует забывать и то, что технические средства лишь
в отдельных случаях представляют собой комплексы исключитель-
но технического характера. Автор, например, в момент написания
этих слов выступает в роли существенного элемента антропотех-
нического комплекса. Вторым элементом в этом комплексе служит
пишущая «машинка» (мы воспользовались кавычками, ибо имеем
дело лишь с немашинным устройством, хотя и в высокой степени
механизированным). Анализируя этот антропотехнический комп-
лекс, можно также выделить и некоторое большее целое, которое
оказывает влияние на пишущего. Это большее целое состоит из
кресла, стола и лампы. Все это в свою очередь соответственно,
размещено в удобном помещении. >
У инженеров могут быть свои технические идеалы.
Примерами социотехнических комплексов могут служить ко-
оперативы, шахты, цеха, заводы, а также места, исключительно
предназначенные для выполнения коллективной умственной ра-
боты.
Встречаются случаи, когда стремятся к тому, чтобы мегакомп-
лекс носил чисто технический характер. Касаясь наиболее близкой
автору темы, можно привести пример полностью автоматизиро-
ванной глубокой шахты; это постепенно становится конечной
целью современных проектировщиков в горнодобывающей про-
мышленности. Аналогично выглядит картина и в случае различ-
ных металлургических мегакомплексов.
2.8. Конец существования технического средства
Комплексный подход к проблеме существования технического
средства требует обратить внимание и на конец его существования.
Закон возрастания энтропии повсеместно выполняется и приме-
нительно ко всевозможным материальным комплексам. Любой
44
Глава 2
материальный комплекс со временем неизбежно подвергается рас-
паду. Рано или поздно машины и помещения выбывают из процес-
са эксплуатации. Если материальный комплекс не представляет
собой ценного памятника культуры (хотя бы в виде руин), то не-
обходимо иметь в виду задачу рациональной ликвидации матери-
ального комплекса, который уже перестал быть техническим сред-
ством.
Рис. 2.6. Модель рационального использования материалов.
Иногда говорят, что любая вещь имеет свое назначение. В на-
ше время растущие потребности в любом виде вторичного сырья,
которое можно получить из того материала, из которого изготов-
лено техническое средство, а также трудности в удалении различ-
ного рода веществ, которые до последнего времени называли отхо-
дами, говорят в пользу того, что необходимо заранее предвидеть
назначение высвобожденного из эксплуатации материального
комплекса. Цикл существования технического средства неизбеж-
но замыкается (рис. 2.6). Периодическое замыкание цикла услов-
но показано спиралью.
Можно утверждать, что способ рациональной ликвидации тех-
нического средства должен быть необходимым системным и кон-
структорским критерием еще при его создании. Принятие во вни-
мание этого критерия при оценке процесса оптимизации системы
и конструкции может весьма существенно повлиять на решение
задач проектирования и конструирования.
3. СИСТЕМА И ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
3.0 Введение
Система — это свойство комплекса технических средств, а не на-
звание материального комплекса. Система представляет собой комп-
лекс, характеризующий преобразования и связи.
Техническая система представляет собой абстрактное отраже-
ние комплекса взаимосвязанных технических средств, обеспечи-
вающих преобразование массы, энергии и информации^. Здесь в
основном рассматриваются технические системы, т. е. системы,
которые соответствуют мегакомплексам, состоящим из совокупно-
сти машин и помещений. В разд. 2.6 мы обратили внимание на
значение антропотехнических и социотехнических комплексов.
Выделив массу, энергию и информацию как объекты преобразо-
ваний, мы дали определение понятия техническая система.
Не углубляясь далее в разбор более широкого понятия систе-
ма, обратим лишь внимание на выделенное выше определение.
При таком подходе указанное определение отражает свойства лю-
бых комплексов, в которых реализуются сложные преобразующие
действия, например действия логические и математические. Неиз-
меримо более интересная проблема связана с системой деятель-
ности мозга. По сути это информационная система.
В определении системы ничего не сказано о том, что является
объектом преобразований и связей. Этим объектом в общем слу-
чае может быть все, что угодно.
Если рассматриваются связи, то логично предположить суще-
ствование множества элементов, между которыми существуют
связи. В отличие от других существующих определений понятия
системы мы принимаем в качестве ее существеннейшей черты не
только связи, но и в равной степени преобразования, происходя-
щие в системе. Количество связей определяет сложность системы.
Если существует только одна пара
1^0 (3.1)
и если характеризует преобразование, которое можно записать
в виде
=----> (3.2)
<> Характеристика различных понятий системы дается, например, в книгах:
G. Kiir (red.), Ogolna teoria systemow. Tendencje rozwojowe, WNT 1975, S. Wein-
berg, Wprowadzenie do myslenia systemowego (в печати).
46
Глава 3
то существует элемент системы.
Способы действия также входят в понятие системы.
Шахматная доска представляет собой систему соответственно
связанных между собой квадратных полей (соседние квадраты
имеют одну общую сторону). При нашем подходе можно сказать:
шахматная доска представляет собой материальный комплекс, на
котором находится система знаков, необходимых для игры в шах-
маты и в другие производные от шахмат игры. Одновременно об-
ратим внимание на то, что игра в шахматы основывается на при-
менении различных систем игры. Можно легко определить отно-
шения между очередными стадиями игры (меняющимися систе-
мами фигур на шахматной доске). Эти отношения представляют
собой законы элементарных перемещений фигур, т. е. преобразо-
вания игровых позиций, и связи последовательных перемещений
определенных фигур. Таким образом, можно сказать, что для игры
в шахматы необходимы: шахматная доска как система полей, оп-
ределяющая положения фигур, комплект фигур, различных по
своему значению, а также система игры.
Мы воспользовались примером игры в шахматы для того, что-
бы подчеркнуть степень обобщенности понятия системы, сформу-
лированной нами для науки технического творчества. Это удалось
потому, что саму систему мы определили как свойство предмета
(машин, помещений и мегакомплексов), а не как сам предмет.
3.1. Объединение систем
Техническая система позволяет определить действия с массой,
энергией и информацией.
Обратимся вновь к рис. 1.1 и рассмотрим основную часть ин-
формационной системы, проявляющейся как свойство процесса
удовлетворения потребностей. На данном рисунке показаны четы-
ре информационные системы, образующие определенную последо-
вательность. В то же время здесь опущена итерационная часть
информационной системы, которая будет введена в последующих
разделах книги. Действия технических средств можно рассмат-
ривать в рамках выделенных систем, которые могут быть:
О информационными;
О энергетическими;
О массовыми.
В разд. 2.5 мы привели примеры различных технических
средств, и читатель без труда может самостоятельно определить
Система и техническая система
47
различные комбинации информационных, энергетических и массо-
вых систем.
В процессе распознавания и создания возникает проблема дета-
лизации системы.
Учитывая сложность технических средств, антропотехнических
и социотехнических комплексов, мы начинаем уделять должное
внимание диалектическому подходу, утверждающему повсемест-
ность существования связей между элементами материальной дей-
ствительности. Поэтому мы не будем говорить об иерархической
структуре комплексных систем и их составляющих. В процессе
исследования и распознавания действительности мы будем вести
поиск и создавать системы и объединения систем, учитывая при
этом лишь различия в степени детализации (декомпозиции) си-
стемы.
Можно предположить, что большинство недоразумений, неудач
и непредвиденных событий в окружающем нас мире объясняется
завышенной оценкой значения формального установления иерар-
хии явлений. Если, например, признать правильность утверждения,
что каждому действию соответствует противодействие (независи-
мо от того, касается ли это комплексов различных материальных
средств, социальных систем или же связей между отдельными
личностями общества), то можно задать вопрос: «Что имеет боль-
шее значение: действие или противодействие?» Ведь наши дейст-
вия как раз и рассчитаны на какое-то ожидаемое противодейст-
вие. Таким образом, действие становится логической (и фактиче-
ской) функцией ожидаемого нами противодействия. Поэтому спра-
шивается: «Что же более важно и как установить иерархию?»
3.2. Объединение систем антропотехнического комплекса
Человек и машина образуют антропотехнический комплекс.
Автор, излагая эти слова на бумаге, и кто-то другой, воспро-
изводя их с помощью пишущей машинки, образуют типичный
антропотехнический комплекс. Воспользуемся этим примером для
определения систем: информационных, энергетических и массовых,
выступающих в совокупности как объединение систем (комплекс-
ная система).
В антропотехнических комплексах важнейшее значение имеет
человеческая память.
48
Глава 3
В рассматриваемом комплексе имеются хранилища информа-
ции. К ним относятся как различные упоминавшиеся записи, так и
мозг пишущего. Они представляют собой различные элементы па-
мяти антропотехнического комплекса. Человеческий мозг обладает
исключительной информационной памятью и исключительными
информационными возможностями; он содержит:
О понятия, соответствующие внешним объектам; логические
категории как познавательные средства; утверждения; суждения
и воображение;
О программы логических действий; эвристические методы и
множество различных информационных элементов (правда, не
всегда точно определяемых).
Переработка информации всегда занимает существенное место
в антропотехническом комплексе.
Листы бумаги с записями образуют информационный и массо-
вый входы комплекса. Благодаря тому что эти листы содержат
различные данные, они частично или полностью становятся носи-
телями информации. Благодаря отношениям умственных преобра-
зований эти данные перерабатываются в то, что печатается на
листах бумаги, заложенных в пишущей машинке.
Важными факторами такого рода преобразований являются
объем и содержание памяти, формируемые в процессе формулиро-
вания новых текстов, представляющих собой произведение.
В действиях пишущего лица проявляются два основных вида
преобразований:
О переработка информации (как сущность творческого дейст-
вия в процессе написания);
О преобразование энергии (как личностное свойство пишуще-
го) — потенциальная энергия человека переходит в энергию ос-
мысленных движений руки или ударов пальцев по клавишам, а
также в энергию, необходимую для всевозможных действий и
процессов, связанных с чтением и мышлением.
В упрощенном феноменологическом понимании рассматривае-
мую переработку информации можно представить как преобразо-
вание данных, содержащихся в различных элементах памяти ант-
ропотехнического комплекса (в памяти человека и в «бумажной
памяти»), в совокупность информационных знаков, воспроизве-
денных на бумаге при помощи клавишей, рычажной системы,
шрифта и ленты с мастикой.
Переработка, так же как и перемещение, представляет собой
разновидность преобразований.
Действие технического средства антропотехнического комплек-
са основывается на следующих преобразованиях:
О преобразование энергии;
Система и техническая система
49
О переработка информации (если пишущий не допускает оши-
бок, то имеет место эквивалентная переработка)-,
О перемещение массы (перенос массы мастики и непрерывно
перемещающейся ленты, перемещение листов бумаги в процессе
печатания).
Лента в пищущей машинке играет роль помещения для масти-
ки и представляет собой периодический вход и выход машинки,
ибо сама лента периодически заменяется.
Действие однозначной системы лишь относительно однозначно.
Из опыта мы знаем, что действие машинки в какой-то период
может оказаться случайным. В общем случае действие матери-
ального комплекса носит вероятностный характер. Поэтому дей-
ствие технических средств в большей или меньшей степени ока-
зывается случайным, и это несмотря на то, что отношения в си-
стеме остаются не случайными.
Конечным выходом рассматриваемого антропотехнического ком-
плекса является запись созданного текста. Это:
О напечатанные листы бумаги (как массовый выход);
О письменные знаки на бумаге (как информационный выход).
При этом можно отметить и энергетический выход, представ-
ляющий в нашем случае диссипацию механической энергии.
В антропотехническом комплексе главенствующую роль играет
информационная система.
Мы показали, что в объединенной системе антропотехническо-
го комплекса можно выделить три характерные связанные между
собой системы:
О информационную;
О энергетическую;
О массовую.
Благодаря системному подходу мы смогли установить самое
существенное свойство антропотехнического комплекса. Аналогич-
ным образом можно осуществить анализ любого действующего
комплекса.
3.3. Разновидности отношений в технических системах
Определение системы прежде всего основывается на последова-
тельном установлении отношений между входами и выходами техни-
ческих средств.
4—1147
50
Глава 3
Отношения между входами и выходами (информационными,
энергетическими и массовыми) являются существенными элемен-
тами системы, ибо система представляет собой комплекс этих от-
ношений. Пользуясь приведенным примером антропотехнического
комплекса, мы можем выделить частные разновидности отноше-
ний. Проведем это выделение в два этапа.
Прежде всего они делятся на:
О отношения преобразования;
О отношения связи.
В свою очередь отношения преобразования можно разделить
на:
О отношения переработки;
О отношения перемещения.
Понятия свойства и особенности облегчают идентификацию отно-
шений, являющихся элементами системы.
В разд. 3.2 мы обратили внимание на переработку информа-
ции и на перемещение листов бумаги и ленты с мастикой. Пере-
работка состоит в изменении свойств материальных комплексов.
Так, например, в процессе обработки металла резанием изменя-
ются форма и размеры заготовки, т. е. изменяется внешняя струк-
тура. В химическом или металлургическом процессах преобразо-
вание преследует цель изменения внутренней структуры. Таким
образом, переработка состоит в изменении внутренней или внеш-
ней структуры материальных комплексов. Такого рода переработ-
ка в соответствии с общим определением направлена на изме-
нение свойств предметов.
Перемещение какого-то материального предмета с места на
место представляет собой изменение положения предмета по от-
ношению к другим предметам. Системный подход к проблеме пе-
ремещения приводит нас к утверждению, что изменение какой-то
особенности элемента в комплексе приводит к изменению свойств
этого комплекса в целом (например, текущего состояния внутрен-
ней структуры комплекса, рассматриваемого как целое).
Существует только одна разновидность связей.
Рассмотрим связи несколько иначе. По сути дела, существует
лишь одна разновидность связей. Можно сказать, что эта разно-
видность является основой непосредственных связей между мате-
риальными комплексами. Однако если бы мы захотели взглянуть
на связи применительно только, например, к машинам (без учета
помещений), то смогли бы выделить как косвенные, так и
непосредственные связи. Бывает так, что одна машина непосред-
Система и техническая система
51
ственно связана с другой; бывает и так, что для соединения двух
машин потребуется промежуточный элемент, например, паропро-
вод между генератором пара и турбиной. При частном подходе
паропровод по своей сути не является отдельным элементом ме-
гакомплекса. Однако с системной точки зрения паропровод, обес-
печивающий материальное соединение двух удаленных друг от
друга машин, оказывается столь же самостоятельным и значимым
техническим средством, как и сама машина.
В технических мегакомплексах мы принимаем во внимание сле-
дующие непосредственные связи:
О между машинами;
О между машинами и помещениями;
О между помещениями.
Именно эти связи отражают все взаимоотношения, сущест-
вующие в мегакомплексах. Рассматриваемые под таким углом
зрения связи не обладают собственной материальной основой; ее
роль играют непосредственно связанные между собой материаль-
ные комплексы.
Системный подход обязывает к рассмотрению всех возможных
носителей информации.
В разд. 3.2 мы оставили без внимания то, что с точки зрения
материального подхода глаз пишущего не связан непосредственно
с листом бумаги. При системном подходе необходимо учитывать
световую волну, которая служит своего рода энергетическим по-
мещением, соединяющим глаз с листом бумаги. Световая волна —
необходимый носитель информации. Достаточно представить себе
отсутствие света, чтобы оценить значение этого материального
элемента в антропотехническом комплексе. Таким образом, в рас-
сматриваемом антропотехническом комплексе необходимо учиты-
вать две связи: листа бумаги со световой волной и световой волны
с глазом.
3.4. Основы описания системы
Система представляет собой комплекс преобразований и связей.
Понятия части и целого составляют существенную методологи-
ческую проблему. Различные виды связей дают различные комп-
лексы.
На основе ранее приведенных объяснений можно несколько
иначе сформулировать операционное определение системы, при-
веденное в начале гл. 3. Обратимся при этом к записи системы в
виде зависимости (3.1). Рассмотрим блок-схему рис. 3.1 дейст-
вующего комплекса, где имеется несколько элементов, обеспечи-
4’
52
Глава 3
вающих ее действие в соответствии с отношением преобразований
(при одновременном существовании отношения связей). Элементы
от 1 до 5 образуют комплекс, входящий как составная часть в
совокупность С. Между действующим комплексом и этой совокуп-
ностью имеется отношение связи, которое обусловлено тем, что
вход Ос совокупности одновременно представляет собой и Л
Рис. 3.1. Наглядная запись отношений преобразований и отношений связей как
комплекса, образующего систему
Ос = ц-*-Oi=I 2->-О2=1з->Оз=/5--/с
X \
Д=О4^74=О".
(рис. 3.1). Отношение между комплексом и совокупностью рас-
крывает связь О5=Д.
Сопоставление блок-схемы с приведенной в подписи к рис. 3.1
аналитической записью позволяет выявить изоморфизм двух запи-
сей. Преобразования описываются выражением (3.2).
Показанная на рис. 3.1 система представляет собой последо-
вательно-итерационный комплекс, ибо он включает преобразование
/Д, (3.3)
которое дает основу действия элемента 4. Здесь мы столкнулись
со случаем обратной связи, характерной для автоматизирован-
ных комплексов.
Действие элементов 2 и 4 оказывается сложным, ибо оно свя-
зано с тем, что в элементе 2 осуществляется действие на основе
отношений ГъЗЮг и Г^&Юг, где Д =Oi; 1'2 = О4.
Для элемента 3 существует обратное явление: ЦЯО'з и /35?Оз,
где О; = /5, а Оз =/4-
Если равенство между входами и выходами обозначить через
.7Д (3.4)
(нуль означает отсутствие преобразования), то существенное
свойство системы можно записать в виде множества отношений:
(J?, J?°>.
(3.5)
Система и техническая система
53
Это множество характеризует отношения между величинами ин-
формации, массы и энергии, которые мы условно называем входа-
ми и выходами, отражающими свойства технических средств.
3.5. Граф как форма записи системы
Записи проектов обладают различным операционным значением.
В процессе проектирования и конструирования используются
различные формы записи системы и конструкции. В данном случае
обратим внимание на одну из форм записи — граф. Если сравнить
Рис. 3.2. Две разновидности графов, отражающие запись системы.
рис. 3.1 и 3.2,а, то легко обнаружить аналогию между блок-схе-
мой и графом. При этом блоки соответствуют вершинам графа.
В графах типа приведенного на рис. 3.2, о вершины обозначают
отношения преобразований. Вторым элементом графов являются
ребра. На рисунке 3.2, а ребра обозначают отношения связей.
Вершины графа обозначают отношения преобразований, а реб-
ра — отношения связей (или наоборот).
Однако можно построить и обратный граф (рис. 3.2,6), где
отношения преобразований обозначены ребрами, а отношения
связей — вершинами. В данном случае вершинам соответствуют
тождественные пары входов и выходов потоков энергии, массы или
информации. Графы на рис. 3.2 и формула рис. 3.1 могут служить
для записи системы применительно к одному из трех названных
выше потоков. Это может иметь практическое значение для менее
54
Глава 3
подробной детализации действия технических средств или же в
случае, когда на какой-то стадии проектирования рассматривает-
ся один основной элемент, подвергающийся действию техническо-
го средства.
Для описания технического средства можно одновременно ис-
пользовать обе разновидности графов.
Сопоставление аналитической записи рис. 3.1 с описанием гра-
фа на рис. 3.2,6 позволяет однозначно распознать свойства графа
второго рода. Отметим, что эта вторая разновидность графа, где
ребра обозначают отношения преобразований, наглядно показы-
вает сложность преобразований как основу действия функциони-
рующих элементов 2 и 3 на рис. 3.1. Ребра 2' и 2", а также 3'
и 3" на рис. 3.2, б свидетельствуют о наличии сходящихся (в пер-
вом случае) и расходящихся (во втором) преобразований.
В различных случаях использования графов как формы описа-
ния системы может оказаться, что при более низком уровне де-
тализации целесообразно применять граф, показанный на
рис. 3.2, а, а при более высоком уровне детализации элементов
системы—граф, показанный на рис. 3.2,6.
3.6. Различные уровни детализации записи системы
Уровень детализации записи системы должен зависеть от потреб-
ности. Знак минус означает накопление, а знак плюс — убывание.
Нетрудно представить себе действие какого-либо социального
комплекса (например, управляющей организации), действующей
по системе, которая показана на рис. 3.3, а с использованием
Рис. 3.3. Два уровня детализации записи системы.
первого уровня детализации. Вершины графа (обозначенные круж-
ками) отражают запись отношений преобразований. Знак —1
означает отношение связи системы с окружающей средой на вхо-
Система и техническая система
55
де. Аналогично знак 5 характеризует отношение связи с окружаю-
щей средой на выходе.
На рис. 3.3, а цифрами от 1 до 4 обозначены отношения пре-
образований. Внутренние отношения связей обозначены парами
цифр, которые соответствуют номерам отношений преобразова-
ний.
На рис. 3.3, б представлена система с более высокой степенью
детализации. Она могла бы отражать отношения, отвечающие
действиям подразделений управляющей организации. Цифровые
обозначения аналогичны обозначениям, приведенным на рис. 3.3, а.
Для унификации обозначений все операции показаны стрелками.
На рис. 3.3, а представлены четыре совместно действующие систе-
мы, а на рис. 3.3,6— записи свойств этих систем.
Начиная с некоторого уровня сложности действия, проявляются
обратные связи.
Попутно обратим внимание на обратные связи, проявляющие-
ся в комплексе систем, что обеспечивается отношениями 34 и 41,
а также в системе 2, что легко установить, пользуясь знаками
отношений связей.
Социальные и социально-технические комплексы наиболее
сложны. Запись с помощью графов существенно способствует вы-
явлению наиболее важного в этих комплексах, а именно опреде-
лению информационной системы.
3.7. Элементарные системы и применение матриц
Детализация элементов систем облегчает анализ систем с более
высокой степенью сложности, а также процесс создания систем.
В качестве примера рассмотрим 6 элементарных систем
(рис. 3.4), на которых продемонстрируем матричную запись.
Последовательный комплекс (рис. 3.4, а)—это комплекс, где
два отношения проявляются одно за другим. Параллельный комп-
лекс (рис. 3.4,6) могут образовывать составляющие одной систе-
мы; тогда два отношения преобразований 1 и 2 будут частями
одного целого. Расходящийся или, как его еще называют, дивер-
гентный комплекс (рис. 3.4, в) имеет место, если отношения пре-
образований 2 и 3 связаны с одним отношением преобразований 1.
В такой системе имеются один вход и два выхода. Сходящийся
или конвергентный комплекс (рис. 3.4, г) здесь представлен си-
стемой с двумя входами и одним выходом. Комплекс с обратной
связью (рис. 3.4,6) характерен для итерационного процесса. По-
следовательно-итерационный. комплекс показан на рис. 3.4, е. По-
56
Глава 3
следовательность представлена отношениями преобразований /
и 2. Примерами систем с последовательно-итерационным процес-
сом являются системы рис. 3.1—3.3.
Рис. 3.4. Элементарные системы.
Численные обозначения значений отношений связей позволяют
учесть стохастические процессы, т. е. недетерминированные явления.
Будем пользоваться следующими основными правилами мат-
ричной записи:
О Номера строк и столбцов обозначают отношения преоб-
разований. Каждое отношение имеет свои номера столбца и
строки.
О Входы и выходы системы находятся на пересечении строки
и столбца одного и того же отношения.
Система и техническая система
57
О Вход (внешний вход) системы обозначается знаком минус
(на рис. 3.4 минусы находятся при цифрах 1).
О Выход (внешний выход) системы обозначается знаком плюс.
О Внутренние отношения связей обозначаются на пересечени-
ях строк и столбцов отношений преобразований. При этом сохра-
няется смысл положительных и отрицательных значений.
О Если выход отношения в строке является входом отношения
в столбце, то связь имеет знак плюс.
О Если отношение преобразований в строке находится после
отношения преобразований в столбце, то связь имеет знак минус.
Матричная запись играет важную роль как вспомогательное
средство при проектно-конструкторских работах для создания раз-
личите рода вычислительных программ.
Единицы, использованные нами в примере (рис. 3.4) для обо-
значения наличия отношений связей, указывают на детерминиро-
ванный процесс, т. е. такой процесс, при котором связи проявля-
ются со ЮО°10-ной достоверностью. Если бы наличие связей носи-
ло вероятностный характер, то вместо единиц следовало бы по-
ставить соответственно меньшие величины, которые отражали бы
вероятность наступления события, которым в данном случае яв-
ляется связь. Описанная матрица симметрична относительно ди-
агонали, поэтому можно было бы отказаться от записи выше или
ниже диагонали. Однако лишь полная запись обеспечивает выяв-
ление ошибок.
3.8. Машинный комплекс и его система
При создании машинных комплексов естественно стремление к
автоматизации. Это придает существенное значение информацион-
ной системе, которая служит основой функционирования управля-
ющего комплекса.
Дадим описание машинного комплекса, воспользовавшись сле-
дующими обозначениями: Е2, Е5— средства, подводящие
электроэнергию; Ез, Ее — выключатели электродвигателей; £<,
Е7 — электромеханические привооды (двигатели и редукторы);
01 — сито (грохот); О2 — транспортное средство с магнитным дат-
чиком железа; О3 — мельница для отсеянного на сите Oi материа-
ла; О4 — транспортное средство, позволяющее соединить продукты
отсева и дробления; S2— выключатель дистанционного управления
и автоматического отключения электроприводов; S3, S4 —
электропроводка управляющего комплекса.
58
Глава 3
На рис. 3.5 показана комплексная система, где О — массовая
система, Е — энергетическая система, S — информационная си-
стема. Кроме того, на рис. 3.5 использованы обозначения: /е —
энергетический вход, h — информационный вход, 1т — вход массы
(внешнее отношение связей как характеристика доставки мате-
риала к ситу), От — выход массы.
Информационные выходы являются входами для комплекса,
управляющего электродвигателями с помощью Е3 и Е6- Энергия,
Рис. 3.5. Система машинного комплекса.
затрачиваемая на переработку сыпучего материала и на потери
в электрическом и механо-динамическом комплексах, представ-
ляет собой энергетический выход.
Схемы машинных комплексов — это, по существу, запись си-
стемы.
Пользуясь этим весьма упрощенным примером, выделим:
О Технические средства, выполняющие существенное преоб-
разование. К ним относятся: машины Oi, О3, Е4 и Е7, а также
электрические средства £i, Е3, Ее, S2 и магнитный датчик, нахо-
дящийся внутри транспортного средства О2.
О Технические средства для тождественного преобразования:
О2, О4, Е2, Е5, Si, S3, S4. Это транспортные средства и электропро-
водка, т. е. помещения для сыпучих материалов и электроэнер-
гетические емкости.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что схема
машинного комплекса позволяет определить отношения преобра-
Система и техническая система
59
зований и отношения связей и тем самым определить саму систе-
му. В нашем случае обозначения технических средств могут слу-
жить обозначениями отношений, являющихся элементами системы.
Отношения преобразований указывают на возможность функ-
ционирования машины.
Отношение преобразований Oi обеспечивает функционирование
сита, задача которого сводится к отделению частиц больших раз-
меров (так называемых верхних классов) от меньших частиц
(нижних классов).
Отношение преобразований О3 обеспечивает функционирова-
ние мельницы, задача которой сводится к размельчению более
крупных частиц.
Отношения преобразований Oi и О3 указывают на изменение
величины частиц в процессе работы данной машины и характери-
зуются численными значениями. Эти величины отражают свойст-
ва машин и указывают на возможность функционирования машин.
Отношения преобразований Е4 и Е? указывают на возможность
функционирования приводного узла в результате преобразования
электроэнергии соответствующей мощности электродвигателя (что
однозначно совпадает с энергетическим входом) для обеспечения
соответствующей скорости и момента вращения приводного вала
сита или мельницы. Момент и скорость вращения вала представ-
ляют собой выход приводного узла.
Обратим внимание на отношение преобразований S2. Оно оп-
ределяет связь между электрическим сигналом, свидетельствую-
щим о наличии предметов, содержащих железо, с сигналом, кото-
рый обеспечивает выключение двигателей, что также описывается
соответствующими электрическими величинами и возможными
фазовыми сдвигами.
Матричная форма записи представляет собой описание отноше-
ний связей между отношениями преобразований.
В табл. 3.1 дано описание системы, приведенной на рис. 3.5.
Использованная здесь матричная форма записи соответствует
правилам, приведенным в разд. 3.7. Таким образом, матрица слу-
жит для установления отношений связей, т. е. тождественных
выходов/ входов.
В случае сравнительно простого машинного комплекса, в кото-
ром объект преобразований не представляет большой сложности
(например, масса или энергия), матричная запись оказывается
наиболее эффективной формой записи. В более сложных случаях
возникает необходимость детализации записи посредством указа-
ния связей между составляющими входов/выходов.
60
Глава 3
Таблица 3.1
3.9. Схема машинного комплекса и запись системы
Схемы представляют собой условное описание машинного ком-
плекса.
В проектировании пользуются схемами различных машинных,
строительных комплексов и мегакомплексов. Покажем связь этих
схем с записью системы.
На рис. 3.6 приведена схема масляного комплекса зубчатой
передачи, в состав которого входят следующие узлы и элементы:
1 — одноступенчатая зубчатая передача, состоящая из двух колес
с прямым зацеплением; 2— маслопровод, служащий для подачи
масла к зацеплению зубчатых колес и подшипникам; 3— клапаны,
регулирующие давление подачи масла; 4-—маслопровод между
теплообменником 7 и клапанами 3; 5 — термометр; 6 — манометр;
7 — теплообменник; 8 — клапан; 9—разветвленный маслопровод;
10 — маслонасос; 11— обратный клапан (клапан сброса давле-
ния); 12— всасывающая система; 13— маслосборник; 14— пат-
рубок для отвода масла от передачи; 15 и 16 — водяные трубо-
проводы.
Система и техническая система
61
Запись системы не учитывает пространственных соотношений
машинного комплекса.
Описанные схемы представляют собой отражение на плоско-
сти трехмерного комплекса. Структурное свойство узлов и элемен-
тов машинного комплекса — его окончательный конструктивный
Рис. 3.6. Схема масляного комплекса зубчатой передачи.
Рис. 3.7. Граф энергетической и массово-энергетической систем зубчатой пере-
дачи.
вид — определяется в процессе конструирования. Использование
схемы в процессе проектирования позволяет сформулировать ло-
гические основы комплекса без усложнения этой процедуры про-
блемой пространственных структур.
На рис. 3.7 представлена запись системы, дающая логическую
основу функционирования масляного комплекса в зубчатой пере-
даче. Пользуясь методикой, аналогичной той, которая была описа-
на в разд. 3.8, воспользуемся обозначениями материальных эле-
62
Глава 3
ментов масляного комплекса для выделения элементов энергети-
ческой и массово-энергетической систем на примере зубчатой пе-
редачи. Одновременно, пользуясь обоими рисунками, установим
отношения преобразований, которые определяют свойства узлов
и элементов.
Необходимо со всей четкостью отличать конкретности, т. е. узлы
и элементы машинного комплекса, от абстракции — системы, кото-
рая является свойством машинного комплекса.
К существенным отношениям преобразований следует отнести:
1 — отношения между входами и выходами зубчатой передачи,
образующими энергетическую систему, которая представляет со-
бой сущность зубчатой передачи 1. На рис. 3.7 показаны вход 1е
(вращающий момент и угловая скорость вала) и выход Ое (изме-
ненные моменты и скорости);
4 — отношения между массово-энергетическим входом масла,
предназначаемого для смазки и охлаждения узлов, и аналогичным
выходом. В данном случае преобразование входа в выход основы-
вается на поглощении маслом тепла;
3, 8 — отношение между давлением масла на входе и выходе,
что обусловлено регулировкой клапанов;
7 — отношения между температурами: масла (на входах
и выходах замкнутого контура) и воды (на входах и вы-
ходах, Ime и Още) разомкнутого охлаждающего контура (рис. 3.7),
соответствующими входу и выходу теплообменника;
10 — отношение между давлением масла (на входе и выходе)
при определенном расходе, обеспечиваемом насосом;
11 — отношение преобразований состояния потока масла меж-
ду насосом и картером, характеризующее возможность прекраще-
ния забора масла или возможность его подачи при наличии избы-
точного давления в маслопроводе, создаваемого насосом;
5, 6 — элементы информационной системы, рассматриваемые
как свойства манометра и термометра, обеспечивающие появление
коммуникатов с информацией о состоянии масла и масляной си-
стемы. На рис. 3.7 показаны знаки информационных выходов Otp
(давления) и Оц (температуры).
Тождественные отношения преобразований характеризуют
свойства каналов. В нашем случае это каналы 2, 4, 9, 12, 14, 15
и 16, а также маслосборник 13.
При записи системы не учтен энергетический выход (энерго-
потери, обусловленные рассеянием энергии). Это нашло свое от-
ражение в отношении преобразования энергии в зубчатой переда-
че посредством использования понятия энергобаланса.
Система и техническая система
63
3.10. Понятие черного ящика
Понятие черного ящика облегчает переход от общего к част-
ному.
При рассмотрении системы в предыдущем разделе мы оцени-
вали функционирующие элементы машинного комплекса весьма
условно, поскольку нас интересовали только внешние результаты.
При этом мы не вникали в механический и термический способы
действий. Для такого рода анализа в кибернетике введено поня-
тие черного ящика. Поскольку преобразование и переработку мы
рассматривали весьма обобщенно, то в нашем примере (рис. 3.6)
своего рода черными ящиками были теплообменник 7, насос 1G,
зубчатая передача 1 и клапаны 3 и 8.
Свойства черного ящика определяют путем исследования того,
какие выходы возбуждаются за счет вводимых входов.
Рис. 3.8 иллюстрирует понятия черного ящика и относительно
прозрачного ящика. В качестве примера взят сравнительно не-
сложный паровой котел. Пользуясь понятием черного ящика, рас-
Рис. 3.8. Запись массово-энергетической системы, представляющей основу дейст-
вия парового котла.
смотрим отношения между выходами и входами. Рассматривая
функционирование парового котла, принимаем во внимание:
О вход: вода, уголь и воздух;
О выход: пар, дымовые газы и шлак.
Как и в случае с зубчатой передачей, не будем учитывать рас-
сеиваемую энергию, которая фактически представляет собой еще
один энергетический выход.
€4
Глава 3
На рис. 3.8, а представлен черный ящик (т. е. нас не интересует
•способ действия парового котла).
На рис. 3.8,6 приведен пример того, что можно было бы на-
звать относительно прозрачным ящиком. Можно отметить, что он
характеризует первую степень проникновения в сущность комп-
лекса.
Воздух /1 и уголь 12 в процессе сгорания образуют продукты
сгорания Оь При этом происходит отдача тепла воде 13, в резуль-
тате чего происходит образование водяного пара 03. Описанному
явлению сопутствует процесс перехода угля 12 в шлак 02.
3.11. Частные разновидности систем
Можно выделить случай чисто энергетической системы.
Разбирая пример машинного комплекса (рис. 3.5), мы выде-
лили три составляющие его системы:
О массовую систему О —свойство операционного комплекса;
О энергетическую систему Е — свойство приводного комплекса;
О информационную систему S — свойство управляющего комп-
лекса.
Благодаря тому что в данном случае электрическая энергия
выступает в чистом виде и не нуждается в специальном носителе,
можно представить энергетическую систему в виде единственного
•свойства электрического комплекса.
«Чистым» системам можно противопоставить массово-энергети-
ческие, энерго-информационные и массово-информационные си-
стемы.
Иначе обстоит дело в случае, разобранном в разд. 3.10
(рис. 3.8), где рассмотрена массово-энергетическая система. Носи-
телями энергии в этом случае служат уголь и вода, перерабаты-
ваемая в водяной пар на более высоком энергетическом уровне.
Анализируя другие аналогичные случаи, можно выделить:
О массово-энергетические системы;
О энерго-информационные системы;
О массово-информационные системы.
Примером энерго-информационной системы может быть пред-
ставленная на рис. 3.5 система управляющего комплекса S.
Перфоленты и перфокарты, а также магнитные ленты и другие
устройства представляют собой существенные элементы информа-
ционных комплексов; носителями информации здесь служит масса.
Анализируя далее, можно выделить также массово-энерго-ин-
Система и техническая система
65
формационную систему, так как использование носителей массы
тесно связано с использованием энергии.
Опускание первой части терминов «массово-» или «энерго-»
имеет свое методологическое обоснование, так как на начальной
стадии разработки проекта нет необходимости предопределять
разновидность носителя информации. Именно по этой причине сле-
дует придать существенное значение слову «информация».
В межличностных коммуникациях, существующих в социальных
комплексах, прежде всего необходимо обращать внимание на ин-
формационную систему.
При информационном подходе энергия и масса остаются в оп-
ределенном смысле второстепенными факторами-. Одна и та же
система может быть свойством комплекса, в котором носителем
информации служит только масса, а в другом, машинном комплек-
се— энергия. При этом возникает задача оптимизации конструк-
ции как основного условия действия материального комплекса,
‘обладающего свойством оптимизированной системы.
Рассматривая действие социальных комплексов (например,
такой минимальной ячейки, как семья), можно не выделять дру-
гих факторов, кроме отношений, связанных с прохождением меж-
личностной информации.
Структуралисты обращают внимание на разделение языка и
речи, однако такого рода разделение относится к проблемам ин-
формации и структуры сообщаемых коммуникатов, т. е. передач,
содержащих в себе информацию. Можно согласиться, что все на-
чинается со значения коммуниката и кончается информацией или
дезинформацией, т. е. с того, что мы связываем с понятием ин-
формационной системы.
3.12. Общая информационная система
Самой большой целостностью, которую зачастую нельзя игно-
рировать в анализе, является весь мир.
Путеводной звездой данной книги является комплексный под-
ход, что находит свое методологическое выражение в сформулиро-
ванных выше основах системного проектирования. Именно с пози-
ций системности в противоположность партикуляризму мы и рас-
сматриваем в различных случаях окружающий нас мир как прак-
тически самую большую целостность.
Иллюстрацией к затронутому нами вопросу может служить
весьма упрощенная модель рис. 3.9. Человек живет в мире. Кон-
5-1147
66
Глава 3
кретность этого мира является причиной многих как полезных,
так и бесполезных условностей. Человечество могло бы минимизи-
ровать бесполезные условности, однако именно благодаря парти-
куляризму возрастали различного рода преграды в развитии чело-
вечества (и даже угроза существованию человеческого общества).
С позиций нашего подхода описанная картина представляет собой
огромную информационную проблему.
Для человека доступны два вида ценностей: информация и ма-
териальные блага.
Два потока извне характеризуют отношения между людьми и
окружающим миром: это духовные (информация) и материаль-
ные блага. Наша жизненная ситуация зависит от^оптимального
Знаки Орудия
поступления этих потоков, существо-
ванием которых мы обязаны прежде
всего нашему сознанию. Поток инфор-
мации снижает нашу неуверенность в
действиях, недостаток знаний об ок-
ружающем мире и повышает возмож-
ности его использования на благо че-
ловека. Наши возможности получения
благ увеличивает прежде всего та
информация, которая приводит нас к
систематическим и критическим на-
блюдениям.
Рис. 3.9. Основные факторы
действия.
Средствами пополнения знаний и увеличения эффективности
действий служат знаки и орудия.
Повышение эффективности действий оказывается возможным
благодаря двум разновидностям средств:
О средства непосредственного и целевого назначения — знаки;
О технические средства — орудия.
На рис. 3.9 показаны графические связи между знаками и
орудиями. Обоснование этой связи было дано в предыдущем раз-
деле, где показана зависимость оперирования информацией от
оперирования массой или энергией. Как эта, так и любая другая
книга могут служить доказательством связи знаков с массой бу-
маги. Мы получаем различную информацию, выполняя множество
инструментальных действий, т. е. действий, осуществляемых с по-
Система и техническая система
67
мощью операционных и информационных орудий, которыми слу-
жат измерительные приборы и информационные машины.
Комплекс информационных отношений, обусловливающих жизнь
и развитие человеческого общества, образует основную информа-
ционную систему.
Рассмотрим процесс удовлетворения потребностей, определяя
при этом основную информационную систему (рис. 3.10). Стре-
Рис. 3.10. Основная информационная система в процессе удовлетворения потреб-
ностей.
мясь отразить только существо, мы предельно упростили предла-
гаемую схему.
Сложность способов удовлетворения потребности обусловливает
необходимость наличия информационных систем — основы эффек-
тивно функционирующих коммуникативных систем, которые обеспе-
чивают передачу носителей информации.
Эту комплексную систему образуют следующие составляющие
системы:
5*
68
Глава 3
ер — система эксплуатации, призванная непосредственно удов-
летворять материальные потребности посредством функционирова-
ния различных технических средств и мегакомплексов;
wt — система производства, обеспечивающая существование
технических средств, а также различных материалов и изделий;
zs — информационная система, касающаяся сырьевых и энер-
гетических ресурсов;
tw — система комплексов технического творчества, т. е. иссле-
довательско-проектно-конструкторско-внедренческих организаций
(отдельные составляющие названия указывают на последователь-
ность и значение интеграции действий);
ор— система общепознавательных комплексов;
oz— система общего управления.
В целях упрощения представленного на рис. 3.10 графа мы не
показали информационной системы коммуникативного комплекса,
который в наши дни начинает приобретать все большее значение
и становится все более мощным.
Модель общей информационной системы рис. 3.10 включает
составляющие ее системы как основу функционирования комплек-
сов, используемых в процессе удовлетворения материальных по-
требностей и охватываемых в настоящее время хозяйственными
планами. Здесь дана информационная система непосредственной
технической деятельности. Однако не следует забывать, что тех-
нические действия бывают обусловлены не только тем, что связано
с существованием человека, но и многими комплексами социаль-
ной деятельности, не вошедшими в модель на рис. 3.10. В упро-
щенной модели (понимаемой как описание общей информационной
системы в процессе удовлетворения материальных потребностей)
мы опустили знаки связей между системой комплекса общего уп-
равления oz п остальными системами, оставляя лишь в виде стре-
лок знаки входов и выходов.
Понятие системы как свойства функционирующих комплексов,
позволяет осуществить описание действия на произвольном уровне
детализации без потери однозначности.
Пользуясь записью комплексной системы, представленной на
рис. 3.10, можно привести примеры различных уровней детализа-
ции описания. При этом запись на рис. 2.2 можно рассматривать
как самый низкий уровень детализации описания процесса, осно-
вывающегося на действии технических средств (от обеспечения
ресурсов до удовлетворения потребности).
На рис. 3.10 можно выделить два уровня детализации систем
производства wt, технического творчества tw и общепознаватель-
ной ор.
Система и техническая система
69
В системе производства wt, т. е. в системе, которая является
основой функционирования производственных комплексов, вы-
деляем:
wo— производственно-операционную подсистему, т. е. инфор-
мационную основу непосредственных производственных процес-
сов;
st — подсистему комплексов, осуществляющих производствен-
ные процессы, т. е. комплексов производственных операций и их
связей во времени и пространстве.
В системе технического творчества tw выделяем:
рг и ks — подсистемы проектных и конструкторских комплексов;
bcl — подсистемы исследовательских комплексов, которые сов-
местно с проектными и конструкторскими комплексами обеспечи-
вают исследовательско-проектно-конструкторско-внедренческий
процесс.
Процедурой, предшествующей установлению организационных
структур действующих социальных и социально-технических комп-
лексов, должно быть определение всех существенных элементов
информационной системы.
Благодаря внутренней или внешней коммуникации (не пока-
занной на рис. 3.10) между выделенными системами существуют
(к сожалению, иногда лишь потенциально) взаимодействия, нося-
щие характер обратных связей. Аналогичные связи имеются и в
остальных системах (wt и ор). Рассматривая систему техническо-
го творчества, мы обращаем внимание на это, чтобы подчеркнуть
значение связи проектирования рг и конструирования ks с иссле-
дованиями bd.
В общепознавательной системе ор выделяем:
nb — подсистемы фундаментальных и прикладных научных ис-
следований, что должно обеспечивать коммуникацию между комп-
лексами, функционирующими на основе систем ор и tw (при взаи-
модействии tw с wt);
pl — информационную подсистему планирования научных ис-
следований, которая в условиях все более усложняющихся отно-
шений социально-хозяйственного плана становится настоятельной
необходимостью.
На рис. 3.10 нашел свое отражение взгляд автора на социаль-
но-хозяйственное значение системы технического творчества. От
действия комплекса, свойством которого является система tw,
главным образом зависит обусловливающая нашу жизнь техно-
сфера. Исходя из этих позиций, следует признать первостепенное
значение системы технического творчества, определяющей дея-
тельность исследовательско-проектно-конструкторско-внедренче-
ских организаций. Эти организации проводят зондирующие иссле-
70
Глава 3
дования, устанавливают потребность в исследованиях, проводи-
мых действующими на основе системы ор комплексами, разраба-
тывают операционную информацию для комплексов, системами
которых являются zs, wt и ер.
3.13. Действия с замыслами и изделиями
Действия, основывающиеся на знаниях способов оперирования
материей, будем называть техническими действиями.
В технических действиях следует различать:
О действия с замыслами (т. е. с информацией);
О действия с изделиями.
Объясняя предложенное разделение, воспользуемся моделью
информационной системы, выделенной из общей системы
рис. 3.10. В этой модели будем учитывать:
О выявление потребности Р;
О проектирование рг;
О конструирование ks;
О производство wt;
О эксплуатацию ер.
Носителями информации являются не только целевые коммуни-
каты в виде проектной и конструкторской документации, но также
изделия, а впоследствии и функционирующие технические средства.
На рис. 3.11 показаны всевозможные информационные связи,
характерные для последовательно-итерационного процесса, ибо
именно таким является процесс с потоком информации — столь
необходимый с точки зрения социальной эффективности удовлет-
ворения потребностей. На рис. 3.11 со всей очевидностью просмат-
ривается комплекс обратных связей, показанных также и на
рис. 3.10. Значение этих связей более подробно рассматривается в
дальнейшем.
Здесь же обратим внимание на значение горизонтальной линии,
разделяющей действия с замыслами и действия с изделиями.
рг и ks-—действия с замыслами. В результате этой деятельно-
сти появляется операционная информация о свойствах и особен-
ностях технических средств, а также о свойствах изделий.
wt и ер — действия, опирающиеся на технологию как знания
о способах оперирования материей. Объектами этой деятельности
являются материальные комплексы.
Изделия обычно сопровождаются инструкциями по использо-
ванию, представляющими собой коммуникат о способе действия.
Система и техническая система
71
В соответствии с вышесказанным при анализе сущности
рис. 3.11 можно принимать во внимание лишь поток информации,
опуская при этом поток конкретностей. И это несмотря на то, что
между изготовлением wt и эксплуатацией ер особо важное зна-
чение имеет поток массы (в виде изделий, которые должны пре-
вратиться в технические средства) или энергии. Следует отметить,
Действия
с замыслами
Рис. 3.11. Информационная система как основа действий с замыслами и изде-
лиями.
что изделия также представляют собой носители информации.
Запасаясь различными простыми (а иногда и не простыми) тех-
ническими средствами, мы можем обойтись без операционной ин-
струкции пользования данным техническим средством. Даже в
случае очень сложных машин мы способны понять способ их дей-
ствия. Для облегчения понимания прилагаются инструкции поль-
зования— указатель, объясняющий способ технического обслужи-
вания.
Информационной основой действия с изделиями служат комму-
нисты проектировщиков и конструкторов.
Отметим, что поток информации нуждается в материальных
носителях информации. Передача информации от рг к ks основы-
вается на действии коммуникатов, которые представляют собой
проектную документацию, а от ks к wt — записи конструкции. Ра-
бочие чертежи представляют собой записи конструкции, а проект-
ная документация — преимущественно запись системы.
72
Глава 3
3.14. Потребность — действие — система —
функционирующий комплекс
Различие понятий системы и функционирующего комплекса спо-
собствует соблюдению принципов тождественности и непротиворе-
чивости.
В настоящей книге слова «система» и «комплекс» отнюдь не
синонимы. Система представляет собой комплекс отношений пре-
образований и отношений связей, образующих свойство техниче-
ского средства. Таким образом, система представляет собой част-
ный случай абстрактного комплекса. Техническое средство же
является частным случаем функционирующего комплекса, т. е.
комплексом материальным. Наше мышление в данном случае пред-
ставляет собой действие с замыслами.
Свойством одного функционирующего комплекса могут быть
несколько различных систем.
Анализируя смысл рис. 3.11, легко показать, что вначале мы
имеем дело с потребностью. С определения этой потребности на-
чинается проектирование рг — процесс осмысливания действия,
которое необходимо и достаточно для удовлетворения потребно-
сти. Для того чтобы обеспечить это действие, необходим дейст-
вующий комплекс, обладающий требуемыми свойствами. Первым
в логической последовательности свойством будет система, пони-
маемая как неслучайная (т. е. закономерная) возможность дей-
ствия. Ниже мы покажем, что действующий комплекс обретает
возможность функционирования благодаря структурам, которые
представляют собой свойства изделий. Структуры изделия в ко-
нечном счете обусловлены конструкцией, т. е. результатом конст-
руирования (аналогично тому, как система представляет собой
результат проектирования).
В какой-то мере действие и структура случайны. Система же
и конструкция не должны быть случайными.
Использование понятия системы как свойства функционирую-
щего комплекса в процессе проектирования избавляет проекти-
ровщика на самой первой стадии осмысливания от привязки к
какому-то материальному комплексу. Благодаря этому достигает-
ся идеализация действия — существенное понятие методологии
технического проектирования.
Система и техническая система
73
Производственный комплекс одновременно представляет собой
и комплекс, эксплуатирующий различные технические средства.
Прежде всего к ним относятся станки и различные другие обра-
батывающие машины. Зачастую эксплуатация основывается на
использовании технических средств, изготовляемых в мастерской,
которая сама оснащена такими же средствами. Если мы не сможем
отличать абстракции, т. е. системы, от конкретности, т. е. дейст-
вующего комплекса, то нам будет трудно отличить и производ-
ственный комплекс от эксплуатационного. В данном случае мы
были бы лишены способа однозначного деления такого материаль-
ного комплекса на два различных комплекса. Трудность такого
рода исчезает в том случае, если в одном материальном комплек-
се объединить различные свойства. В таких случаях можно гово-
рить о синергии'), т. е. о согласованности действий различных си-
стем.
Если возникает потребность в техническом средстве, то стано-
вится необходимым создание системы действия этого средства. Если
действие должно быть творческим, то оказывается необходимым и
создание творческой системы действующего комплекса.
В конце данной главы обратим внимание на еще одно значение
понятия системы как свойства действующего комплекса.
В начальных главах книги особое внимание было обращено
на систему технических средств как объект чисто инженерной дея-
тельности. Это позволяет определить второй объект инженерной
деятельности — конструкцию.
Объяснение понятия системы проводилось с помощью понятия
действия и логической связи между системой и действием. Вполне
очевидно, что потребность действия технического средства опре-
деляет потребность технического творчества. Отсюда следует, что
оказывается необходимым создание информационной системы как
основы совместных действий проектировщиков и конструкторов.
Начиная исследование с понятия системы, мы тем самым пол-
ностью охватываем проблему технических действий, цель которых
сводится к удовлетворению материальных потребностей, и подхо-
дим к задачам проектирования и конструирования.
3.15. Вход, выход и два порядка
Отношения представляют собой абстракции. А как обстоит дело
с входами и выходами?
» Синергия — совместное действие двух или большего числа каких-либо
объектов или сил в одном направлении для получения желаемого результата. —
Прим. ред.
74
Глава 3
Входом и выходом технических средств могут быть энергия,
масса и информация. Энергия и масса, будучи свойствами мате-
рии, представляют собой конкретности. Информация же является
абстракцией, и поэтому носителями информации при действии
технических средств служат масса и энергия.
Понимая необходимость определенных разъяснений, касаю-
щихся входа и выхода, дадим их на примере задачи двух поряд-
ков.
Энергия и масса относятся к конкретностям, т. е. к материаль-
ным комплексам. Не следует смешивать два разных понятия из раз-
личных областей.
Рассматривая предметы, по отношению к которым мы зани-
маем какую-то позицию, необходимо отдавать себе отчет в том,
что наши познавательные возможности ограничены конечным мно-
жеством свойств, представляемых в виде абстракций. Исследуя
проблемы конкретностей, мы, по существу, говорим не о них са-
мих, а об их свойствах. Однако мы делаем это таким образом,
чтобы возвращение в область конкретностей протекало посредст-
вом использования проектов как основы действий с материальны-
ми комплексами.
В данной книге мы стараемся не смешивать сферу конкретно-
стей со сферой абстракций. Поставим перед собой вопрос: «Было
ли бы полезным нам понятие «комплекс биллиардных шаров и
расцветок» или понятие «комплекс арифмометров и десятичных
чисел»? А разве не аналогично бы звучал следующий вопрос:
«Система — это множество действующих элементов (например,
машин) и множество связей между ними»’)?
Информация относится к сфере абстракций. Энергия и масса —
конкретности — обладают свойствами, которые также относятся к
сфере абстракций. Наше действие основывается на переходе из
сферы конкретностей в сферу абстракции и наоборот.
Между энергией или массой (как входом) и энергией и массой
(как выходом) существует материальная зависимость, которая
определяется действием технического средства, представляющего
о Вопрос об определении понятия «система» весьма сложен; существует це-
лый ряд определений, часто противоречащих одно другому. Часто системой на-
зывают некоторую абстрактную модель реального объекта, отражающую с той
«ин иной степенью идеализации совокупность множества элементов и связей меж-
дау ними. Такая трактовка не содержит противоречия, о котором пишет Я- Дит-
рих. В предельном случае, когда степень идеализации минимальна, сам реальный
объект может рассматриваться как система. — Прим. ред.
Система и техническая система
75
собой конкретность. А как обстоит дело, когда мы приступаем к
описанию системы?
На рис. 3.6 можно показать материальные входы и выходы
масла. В этом примере масло всегда будет характеризоваться мас-
сой и энергией. Таким образом, мы все время находимся в сфере
конкретностей. Переходя же к описанию системы (рис. 3.7), отра-
жающей связь между маслом-входом и маслом-выходом, т. е. к
отношению, мы тем самым лишаем масло того свойства, которое
имеет значение при определении системы, и начинаем мысленно
Рис. 3.12. Действия в области конкретностей и в области абстракций.
оперировать физическими понятиями (например, расходом, тепло-
вым потоком, температурой и т. д.). Таким образом, в абстрактной
сфере входами и выходами служат физические параметры массы
и энергии, которыми характеризуются проекты.
«Жить плодотворно, достигать жизненных целей — это означает
жить, обладая информацией»1).
На рис. 3.12 представлена модель действия. Живя среди кон-
кретностей и манипулируя ими, мы получаем информацию. Ана-
лизируя результаты 'наблюдений, мы создаем различные понятия,
представляющие собой синтез этих наблюдений. Если мы мыслим
разумно и понятийно, то в нашем сознании постоянно протекают
два процесса — анализ и синтез. Благодаря этому образуется об-
ласть абстракций. В этой области возникают различные проекты
практического характера. Благодаря этим проектам, которыми мо-
гут быть самые простые замыслы деятельности, мы переносим свои
действия в область конкретностей. Исследуя результаты наших
действий с конкретностями (рис. 3.11), мы совершаем новые на-
блюдения и делаем выводы, переносясь при этом снова в область
абстракций. Этот процесс протекает непрерывно; проблема же сво-
дится к получению обновленной информации.
') Винер Н. Кибернетика и общество. Пер. с англ. — М.: ИЛ, 1958, 1960,
с. 14.
4. ИЗДЕЛИЕ
4.0. Введение
Изготовитель изготовляет изделия.
Процесс изготовления основывается на преобразовании мате-
риальных комплексов. Изделие представляет собой результат це-
ленаправленного преобразования материальных комплексов.
Изделиями мы называем различные материалы и предметы,
отвечающие .потребностям человека. Существует лишь определен-
ный класс изготовленных материальных объектов, которые пред-
ставляют собой законченные изделия и могут быть использованы
в виде технических средств. Однако существует и такой класс
объектов, которые с точки зрения одних потребностей представля-
ют собой законченные изделия, а с точки зрения других потребно-
стей — полуфабрикаты.
Ограничим область нашего рассмотрения производствами, непо-
средственная цель которых сводится к изготовлению изделия, соот-
ветствующего конструкции. В противном случае оно теряет значение
технического средства.
В данной работе мы ограничимся решениями задач, связанных
с изделиями, изготовляемыми в соответствии с ранее разработан-
ной конструкцией. В этом разделе мы займемся такими изделия-
ми, которые должны превратиться в технические средства, пред-
назначенные для использования в процессе удовлетворения потреб-
ностей. К ним могут относиться орудия (среди них машины) или
помещения (среди них строения).
Тезис в начале раздела подчеркивает обоснованность ис-
пользования в этой работе термина «изделие». Действительно,
лишь в сравнительно небольшом перечне публикаций (преимуще-
ственно научных) столь последовательно используются термины,
имеющие свою языковую основу в этимологии слова «делать».
4.1. Проект и изделие
Сначала проект, затем изделие.
Рассмотрим свойства изделия, изготовленного на основе ранее
разработанного проекта.
Изделие
77
Изделие изготовляется благодаря упорядочению материи по-
средством мысли.
Изделие представляет собой некоторую конкретность, отвечаю-
щую проекту. Таким проектом служит конструкция. Это объясне-
ние все еще оказывается необходимым, ибо термину «конструк-
ция» приписываются различные значения. Очень часто этот тер-
мин используется применительно к изделию, т. е. к конкретности.
В нашем понимании конструкция представляет собой абстрактное
отражение конкретности, а не конкретность (т. е. материальный
комплекс). Это устраняет различного рода логические недоразу-
мения.
Инженер выступает против роста энтропии.
Желать! Смотреть! Видеть! Слушать! Слышать! Думать! Пони-
мать!
Осмысливать! Изменять окружающую среду в соответствии с по-
требностями жизни и развития!
Существенное свойство изделий состоит в их подчиненности
мысли — мысли творцов и работников, занимающихся сохранени-
ем состояния изделий. Техносфера изобилует искусственными ма-
териальными предметами, которые подвергаются распаду. Мы
можем говорить о повсеместном росте энтропии как о законе по-
ведения материи. «Бесхозная», мертвая материя рассеивается.
Задача инженера и человека вообще сводится к противодействию
энтропии, что требует творческой работы мыслив. Пьер де Лятиль
назвал этот процесс анэнтропией. Другие исследователи использу-
ют термин «негэнтропия».
Изготовленное изделие является результатом оплодотворения
материи человеческой мыслью (рис. 4.1). Мысль проектировщика
и конструктора обретает вид проекта, который становится конст-
рукцией тогда, когда благодаря ему оказывается возможным про-
цесс изготовления, обеспечивающий в свою очередь реализацию
материального комплекса, обладающего теми свойствами, которые
предопределены проектом.
Ч Говоря о «противодействии энтропии», нужно иметь в виду, что всякое
уменьшение энтропии какого-либо объекта неизбежно ведет к росту энтропии
внешней по отношению к нему среды. При этом возрастание энтропии среды
всегда больше, чем уменьшение энтропии объекта. Чем лучше и совершеннее тех-
нический объект (по терминологии автора — техническое средство), тем меньше
разность этих изменений и тем меньше суммарное возрастание энтропии. Таким
образом, «противодействие энтропии» должно в конечном счете сводиться к ми-
нимизации ее общего возрастания (в принципе неизбежного). — Прим. ред.
78
Глава 4
Человек создан для творчества. Он осуществляет изменения в
окружающей среде в соответствии со своим сознанием. Незави-
симо от того, насколько люди смогут механизировать и автомати-
зировать элементы проектно-конструкторского процесса, прежде
всего всегда и везде первостепенное значение будет иметь побуж-
дающая к непосредственному действию мысль.
Производственный процесс
Изделие
Рис. 4.1. Описание сущности изделия и конструкции.
Мы хорошо поймем значение мысли, если заметим, что любое
живое существо, которое не может приспособиться к окружающей
среде, обречено на гибель. Люди же благодаря мышлению способ-
ны изменить окружающую среду и свое поведение.
4.2. Массовое производство изделий
Проект и изделие имеют свою историю.
В процессе удовлетворения потребностей огромное значение
имеет выпуск в большом количестве (тиражирование) изделий с
одинаковыми свойствами; массовое производство многих различ-
ных технических средств — машин и немашинных орудий — пред-
ставляет собой знаменательный факт нашего времени. Необходи-
Изделие
79
мость тиражирования изделий с одинаковыми свойствами обос-
новывается:
ф выявленной потребностью в таких же или аналогичных из-
делиях;
ф возможностью обеспечить изменение свойств материальных
комплексов в жестко ограниченных пределах.
Эффективность массового производства изделий зависит от
способа передачи информации, который в конечном счете обуслов-
лен видом коммуникатов.
Попытаемся описать действия, направленные на массовое про-
изводство изделий.
На ранней стадии развития производства процесс передачи
информации был развит весьма слабо. Это было вызвано отсут-
б
Рис. 4.2. Модель тиражирования изделий в условиях первобытного общества.
а —на основе изделия; б — на основе устной передачи информации.
ствием соответствующих технических средств передачи комму ни-
катов. Производство одинаковых изделий основывалось на непо-
средственном воспроизведении отдельных образцов. Проиллюст-
рируем вышесказанное с помощью рис. 4.2, а. Ремесленник, кото-
рый одновременно был и творцом замысла свойств изделия, каж-
дый раз мог пользоваться своим замыслом. Если же за процесс
изготовления одного и того же изделия принимались другие изго-
товители, то для их деятельности был необходим образец изделия.
В случае непосредственного воспроизведения изделия изгото-
витель старался придать предмету свойства, аналогичные образцу.
Разумеется, эти свойства не были идентичными, ибо вследствие
индивидуальных свойств материальных объектов никогда нельзя
повторить свойства самого образца. Скорость тиражирования из-
80
Глава 4
делий, увеличивающаяся благодаря вовлечению в процесс изго-
товления все большего числа изготовителей, зависела от скоро-
сти передачи изделия из одних рук в другие. При этом образец
играл роль носителя информации о присущих ему свойствах.
Такой способ передачи информации во многих случаях был более
практичным (если не единственно возможным) по отношению к
определенным изделиям по сравнению с передачей каменных или
глиняных таблиц с нанесенными на них записями.
Несколько иной способ тиражирования изделий может основы-
ваться на непосредственной (устной) передаче информации
(рис. 4.2,6).
Папирус сыграл огромную роль. Как утверждают некоторые
историки, его отсутствие в Римской империи могло быть одной из
причин ее падения.
Первобытные способы тиражирования обеспечивали получение
лишь аналогичных изделий. Степень подобия зависела от наблю-
дательности изготовителей. Бла-
годаря открытию предшественни-
ка бумаги — папируса — около
5000 лет тому назад появилась
возможность более эффективной
записи и передачи коммуникатов.
Чаще всего эти изделия описы-
вал не сам изготовитель, а писа-
тель. На первых этапах пользо-
вались лишь словесным описани-
ем (рис. 4.3), что значительно
ограничивало возможность
значного описания данного
лия. Таким путем можно
добиться лишь подобия
лий.
одно-
изде-
было
изде-
Рис. 4.3. Тиражирование изделия при ре-
месленном производстве на основе отно-
сительно рационального описания.
Памятники письменности указывают на сравнительно позднее
появление эскизов изделий, которые прилагались к словесному
описанию. Лишь в конце средневековья начали более часто поль-
зоваться эскизами, что значительно повысило эффективность опи-
сания.
Изобретенная Гутенбергом в конце 40-х годов XV столетия от-
ливаемая подвижная литера привела к значительным изменениям
Изделие
81
в способах осуществления записи. Печатание способствовало раз-
витию многих естественных наук.
Бумага и печать значительно усилили мощь коммуникатов.
В конце XV столетия Леонардо да Винчи благодаря своему
художественному таланту использовал рисунок в качестве формы
записи многих деталей различных машин и строений. Однако эти
эскизы он рассматривал как форму записи исключительно для се-
бя и для посвященных, ибо если бы кто-то захотел прочесть сло-
весные описания как обычную запись, то ему необходимо было бы
воспользоваться зеркалом. Леонардо да Винчи начал работу над
принципами рисуночной записи, используя при этом методы пер-
спективного рисунка.
Галилею и Ньютону мы благодарны за конкретный способ от-
ражения физических явлений и их количественное представление.
В XIX в. Монж заложил основы геометрического отображения,
которыми мы пользуемся до сегодняшнего дня.
Основными требованиями, предъявляемыми к записям конструк-
ции, должны быть конкретность и однозначность, ибо запись долж-
на быть коммуникатом, содержащим только информацию.
Благодаря достижениям многих поколений ученых, а именно:
четкости формулирования понятий и утверждений (заслуга
философов);
9 математической точности (результат работы физиков перио-
да, называемого историками современным);
9 точности графической записи внешнего вида (достигаемой
на основе правил, разработанных основоположниками начерта-
тельной геометрии), а также
увеличению скорости передачи информации с помощью пе-
чати стало возможным то, чего нельзя было достичь в древности
и в средневековый период.
Проводя анализ возможности тиражирования изделия с точки
зрения значения записи конструкции, обратим внимание на про-
блему творчества и изготовления. В руках ремесленников изделие
возникает без каких-либо внешних указаний о конструкции (иног-
да бывает трудно провести грань, где кончается ручное творчест-
во ремесленника, а где начинается произведение искусства). Од-
нако даже при таких обстоятельствах нельзя отрицать, что в голо-
ве создателя изделия протекает мыслительный процесс, в какой-то
степени опережающий производственный процесс. Это имеет место
и тогда, когда используют метод проб и ошибок.
6-1157
€2
Глава 4
Вид любого изделия свидетельствует о том, что существует про-
ект, в соответствии с которым выполнено данное изделие.
В голове исполнителя (ремесленника или художника) сначала
возникает замысел — воображаемая модель структурных свойств
изделия. Из-за неумения осуществить запись проекта или в случае
Рис. 4.4. Промышленное производство изделий на
основе конструкции, позволяющей многим изгото-
вителям выпускать множество одних и тех же из-
делий.
игнорирования необходимости записи проект конструкции как ре-
зультат конструирования перед изготовлением изделия не выде-
ляется. Однако на основе анализа свойств изделия мы можем
определить значение проекта. То, что создано мыслительным про-
цессом ранее (конструкция), мы распознаем благодаря тому, что
было изготовлено позже (изделие). Проект и изделие — это само-
стоятельные творения.
Изделие должно быть изготовлено в соответствии с конструк-
цией (проектом).
Специализация творческих и производственных действий стала
возможной благодаря современным средствам и методам. Техни-
ческий проект разрабатывается не самим изготовителем, а про-
ектировщиком и конструктором. В данном случае, говоря о техни-
ческом проекте, мы имеем в виду систему и конструкцию. Рассмат-
ривая проблему технического творчества в более широком плане,
следует обратить внимание на то, что в сознании инженера сна-
чала возникает абстрактно понятая суть замысла изделия, рас-
сматриваемого как материальная конкретность. Концентрируя
Изделие
83
внимание на отношении между конструкцией и изделием, можно
установить, что изготовитель нуждается в конструкции.
Такой же — отнюдь не означает тот же самый.
Процесс изготовления становится возможным благодаря конст-
рукции, переведенной в запись конструкции (рис. 4.4). Это обес-
печивает возможность изготовления:
одного и того же изделия или его составных элементов или
же необходимых материалов на различных предприятиях и в раз-
личное время;
9 относительно большого числа изделий на различных пред-
приятиях, причем к одинаковым изделиям предъявляют одни и те
же требования.
4.3. Техническая информация в процессе изготовления
Свойства изделия в процессе изготовления технических средств
ни в коем случае нельзя изменять без соответствующей информа-
ции, исходящей от проектировщика и конструктора.
Техническая информация относительно системы и конструкции
становится основой изготовления (производственных операций и
контроля результатов этих операций).
Если рассматривать ремесло как один из видов технического
творчества, то следует все же отметить уменьшение значения ре-
месленных процедур в последнее время. И даже когда участие
ремесленника-специалиста в какой-либо области оказывается воз-
можным, его предложения, направленные на изменение конструк-
ции, нуждаются в исходящей от инженера информации, содержа-
щей хотя бы согласие на проведение предложенных изменений.
Это правило касается не только ремесленника, но и в равной сте-
пени инженера, ответственного за производственный процесс.
Поэтому, учитывая однозначность ответственности за конструк-
цию и проект, необходимо в качестве ответственного лица за свой-
ства изделия признать конструктора и проектировщика.
Для того чтобы показать значение технической информации,
включающей конструкторскую информацию, дополняемую для
реализации производственных заданий непосредственно операци-
онной информацией, разработанной инженерами, которых у нас
называют технологами, воспользуемся рис. 4.5.
Техническую документацию необходимо подвергать периодиче-
ской корректировке, учитывая возможность ошибок, а также необ-
ходимость ее периодического совершенствования.
6’
84
Глава 4
На основе технической информации (преимущественно конст-
рукторской)
заказываются материалы и полуфабрикаты (1);
ф заказываются готовые элементы и узлы (2);
ф разрабатываются операционные планы обработки (3) и
монтажа (4);
Рис. 4.5. Упрощенная
модель производственного процесса.
9 осуществляется контроль свойств поставляемых материалов
и полуфабрикатов (5) с тем, чтобы обеспечить их соответствие
конструкции и производственным требованиям;
9 осуществляется контроль свойств готовых элементов и уз-
лов в соответствии с конструкцией (6);
ф осуществляется контроль, аналогичный контролю (5) и (6),
по проводимый перед обработкой (7) и монтажом (3);
• осуществляется контроль обработанных элементов (9) в
соответствии с конструкцией;
ф осуществляется контроль технического средства после мон-
тажа (10).
На рис. 4.5 приведены также знаки контроля за информацией
(без указания номеров). Смысл этих процедур сводится к оценке
правильности инструкций, охватывающих:
ф операционные планы обработки и монтажа;
ф правила контроля.
Изделие
85
На рис. 4.5 тонкими линиями показано прохождение информа-
ции, а толстыми линиями — прохождение массы, т. е. материалов,
полуфабрикатов, элементов, узлов и самих изделий.
Эффективность производства в конечном счете зависит от тех-
нической информации и от рациональности коммуникатов, пред-
ставляющих собой носители информации, т. е. от качества того,
что называется конструкторской и технологической документа-
цией.
4.4. Развитие специализации производства
и конструирования
Основой изготовления является конструкция.
С целью упрощения описания процесса специализации произ-
водства и конструирования вместо термина «техническая инфор-
мация» в данном разделе мы будем пользоваться понятием «кон-
струкция», которое включает существенную часть технической
информации и для производственного процесса, рассматриваемо-
го как совокупность целенаправленных специализированных дей-
ствий.
Разделение труда и специализация во многих случаях сопро-
вождались негативными последствиями, в частности утратой взаимо-
действия.
Изложим затронутый вопрос, пользуясь обозначениями, приве-
денными на рис. 3.10 и 3.11, где:
е — лицо, непосредственно эксплуатирующее техническое сред-
ство для собственных потребностей;
w — изготовитель;
k — конструкторы;
b — исследователи, т. е. те, кто исследует эффективность изде-
лия и целесообразность конструкции;
е — эксплуатирующая организация;
к — проектно-конструкторская организация;
b — исследовательская организация;
w — предприятие, изготовляющее технические средства.
Можно выделить следующие этапы специализации:
D е,
2) ew,
3 ) е w,
4) е е w,
5) е е wk,
6) е е w к,
7) е е w kb,
8) е е w к Ь,
9) е е w kb,
10) е е — w — kb.
£6
Глава 4
Сущностью организации должны быть не система и структура,
а лица, осознанно выбирающие систему и организующиеся согласно
выбранной структуре.
Специализация и разделение труда способствуют идентификации
объектов действия.
Конструкторские исследования приобретают в настоящее время
большое значение.
В самом начале (7) человек, использующий техническое сред-
ство, был его изготовителем; он пользовался тем, что окружало
его, осуществляя производственные действия.
Со временем (2) рядом с личностью потребителя, использую-
щего изделие, появился изготовитель w, который обслуживал раз-
личных потребителей е.
По мере развития кустарного ремесла (3) начали появляться
ремесленные организации — производственные артели, концентри-
рующие изготовителей w. Одновременно ремесленные организа-
ции выполняли функции обучения.
Развитие социально-хозяйственной жизни привело к появлению
между потребителем е и техническим средством эксплуатацион-
ной организации е (4). Так, например, мы пользуемся железнодо-
рожным, автомобильным и авиационным транспортом.
Главным образом благодаря возможностям записи конструк-
ции (на что мы обратили внимание в разд. 4.2) возникла специ-
альность конструктора, которая привела к разделению процессов
конструирования и изготовления (5). На заводах появились
должности конструкторов. Чисто производственная организация w
превратилась в конструкторско-производственную организа-
цию wk.
Частная инициатива предпринимателей стала одной из причин
возникновения (6) в XIX столетии подразделений к. Появились
конструкторские (по существу проектно-конструкторские) бюро.
Наш век характеризуется бурным развитием научных исследо-
ваний. Это благоприятствовало росту интереса научных работни-
ков к конструкциям и действию технических средств, хотя далеко
не в той мере, в какой это возможно и необходимо. Наряду с кон-
структорами появились в последнее время исследователи Ь. На-
чали функционировать проектно-конструкторско-исследователь-
ские kb организации (7).
Разделение труда и специализация не должны означать органи-
зационного разделения.
Неправильное понимание проблем разделения труда и специа-
лизации иногда приводит к чрезмерному обособлению организа-
Изделие
87
ций. Остается фактом, что возникновение различных исследова-
тельских институтов (прежде всего отраслевых) привело к дезин-
теграции технического творчества (S). Известны случаи, когда
выдвигались лозунги, что деятельность организаций должна опи-
раться на то, чтобы в данной отрасли хозяйства «конструкторы
работали только с конструкторами, исследователи — с исследова-
телями и даже специалисты по автоматике — со специалистами по
автоматике»1).
Современные средства связи обеспечивают системную интегра-
цию. Это возможно даже при организационном разделении.
Богатый опыт развитых стран в различных отраслях промыш-
ленности указывает на важное значение интеграции (9). Органи-
зации, обозначенные знаком kb, будут более эффективно функцио-
нировать в области технического творчества, когда они превра-
тятся в исследовательско-проектно-конструкторско-внедренческие
организации.
Мы обращаем внимание на значение организационной инте-
грации. Можно считать, что организационная интеграция сглажи-
вает межличностные отношения. Однако в наше время даже в
случае организационной дезинтеграции можно использовать си-
стемную интеграцию.
Основой функционирования творческих технических организа-
ций в непосредственно операционной сфере, а также исследова-
тельских организаций должна быть рациональная информацион-
ная система. Реализация действий на основе интегральной инфор-
мационной системы — основы исследовательской, проектной, кон-
структорской и внедренческой деятельности — может способство-
вать повышению социальной эффективности удовлетворения по-
требностей с помощью технических средств.
» Мы не затронули вопроса разделения проектных и конструкторских орга-
низаций, так как, по существу, такое разделение практически не происходит. На-
ши проектные бюро почти без исключения всегда что-то конструируют. И самое
плохое то, что при таком разделении труда нерационально организована система
заработной платы. Это отрицательно сказалось на качестве конструирования,
а тем самым и на эффективности технических средств.
5. КОНСТРУКЦИЯ
5.0. Введение
Конструкция представляет собой продуманный комплекс
свойств, которые должны быть приданы изделиям.
В результате непосредственных процедур материальные комп-
лексы в ходе производственного процесса обретают определенную
комбинацию заранее продуманных свойств, которую мы называем
конструкцией. Конструкция всегда предшествует изделию. Таким
образом, мы провели весьма существенное разделение. Конструк-
ция, как и проект, представляет собой абстракцию, существующую
независимо от конкретности, которой является изделие.
Конструкция существует независимо от изделия, несмотря на
то, что рациональная конструкция в различных практических ситуа-
циях должна отвечать конкретным возможностям предприятия.
Здесь мы напомним о принципах тождественности и совмести-
мости. Отделение замысла от изделия как раз и отвечает требо-
ваниям этих двух правил логики. В теории конструкции необходи-
мо избегать многозначности, которая может быть допустима и
даже полезна в других областях.
Если мы видим партию автомобилей, например «Фи-
ат-125р/1300», то не сомневаемся в том, что эти автомобили соот-
ветствуют одной и той же конструкции. И тем не менее легко за-
метить, что нет двух полностью идентичных автомобилей.
Конструкция — это то, что ограничивает произвольность изготов-
ления изделия и в нужной мере определяет характеристики изде-
лия.
Не может существовать двух абсолютно одинаковых изделий;
вероятность существования двух идентичных материальных пред-
метов равна нулю. Видимость идентичности изделий создается
лишь в результате несовершенства наших органов чувств при
оценке структурных различий. Поэтому, например, не может быть
двух идентичных автомашин одной марки; могут быть лишь авто-
машины одинаковой конструкции. Поэтому можно ли утверждать,
что «конструкции», т. е. сами автомобили, относятся к той же
Конструкция
89
самой конструкции? Это было бы явное противоречие — логиче-
ский нонсенс.
В наших жилых районах можно насчитать множество домов
одинаковой конструкции. Кроме того, имеется множество домов,
которые должны быть одинаковой конструкции, однако, как легко
заметить, между ними наблюдаются различия, далеко не вмещаю-
щиеся в пределы допустимых отклонений. Как уже отмечалось
в гл. 4, существование конструкции в нашем понимании обеспе-
чивает возможность изготовления одних и тех же технических
средств в различных местах, в различное время и различными из-
готовителями. Таким образом, конструкция, которую мы можем
определить однозначно, характеризует множество изделий, кото-
рое в свою очередь мы можем определить как класс, свойством
которого является конструкция. Если мы говорим, что конструк-
ция А есть свойство изделия В, то, по существу, мы указываем на
то, что имеется некоторое множество В, (1^/^и), представляю-
щее собой класс со свойством А. По-видимому, мы не сделаем
логической ошибки, если скажем, что конструкция А образует
класс изделий В,.
Конструкция представляет собой класс изделий, рассматривае-
мых как некоторое множество.
Факт существования конструкции независимо от изделия (и
существования вполне объективного) отражается записью конст-
рукции с помощью графических, языковых и математических
знаков, которыми мы пользуемся при создании операционных ком-
муникатов для изготовителей, или же вспомогательных записей,
необходимых в процессе конструирования.
Благодаря записи конструкция существует объективно и до-
ступна в любое время. При этом, несмотря на наличие конструк-
ции, изделие может быть никогда не изготовленным. Такая воз-
можность представляет угрозу для конструкции, т. е., по сущест-
ву, для самого конструктора. Как мы отметим в гл 15, выпуск
изделия является необходимым условием подтверждения целесо-
образности свойств конструкции, которые конструктор хотел при-
дать изделию. Это необходимое, но недостаточное условие. Вторым
необходимым условием (особенно по отношению к техническим
средствам) является функционирование самого изделия, рассмат-
риваемого как техническое средство.
5.1. Определение конструкции
Конструктивные свойства изделия — это структуры и состояния,
обусловленные производственным процессом.
90
Глава 5
Конструкция представляет собой комплекс структур и состоя-
ний изделия. Из этого определения и из того, что сказано в
разд. 5.0, следует, что свойствами изделий, заданными конструк-
тором, являются структуры и состояния изделия. Приведенное
определение конструкции требует пояснения следующих понятий:
О разновидности комплекса;
О структуры изделия;
О состояния изделия.
5.2. Закон относительного постоянства
Абсолютного постоянства материальных комплексов не сущест-
вует. Можно, однако, использовать относительное постоянство.
Получение структур и состояний изделия или же вообще изго-
товление чего-либо с достаточно однозначными свойствами оказы-
вается возможным благодаря тому, что мы называем законом от-
носительного постоянства.
«Все течет, все изменяется». Этому утверждению, известному
еще со времен древнегреческих философов, можно в определенной
степени противопоставить закон относительного постоянства. Из-
вестные изречения о строительстве замков из воздуха или о плете-
нии кнутов из песка указывают на повсеместное понимание огра-
ничений, связанных с необходимостью обеспечить постоянство
материальных комплексов.
Постоянство, даже относительное, всегда ценилось высоко.
Историческим доказательством этого являются цены на бронзу, се-
ребро, золото, платину и алмазы.
Не существует изделий, не имеющих отклонений относительно
некоторого материального образца. Ошибка возникает лишь при
превышении допустимого отклонения.
Поскольку материальные комплексы подчиняются действию
закона относительного постоянства, существует возможность уста-
новления как вероятности появления изменений, так и их границ.
Используя относительное постоянство многих технических
средств, удается изготовлять материальные комплексы с настоль-
ко малыми изменениями, что можно говорить о постоянстве полу-
ченного материального комплекса — постоянстве, которое пони-
мается, естественно, не в абсолютном значении этого слова. Для
конструктора и для изготовителя (а в равной степени и для по-
требителя) закон относительного постоянства имеет важное зна-
чение, поскольку он представляет собой основу определения гра-
ниц допустимых изменений материального комплекса с позиций
эффективности технических средств.
Конструкция
91
Далеко не всегда проблема непостоянства материальных комп-
лексов понимается должным образом. Людям обычно присущи
остатки представлений, характерных для прошлого. Из-за непра-
вильного взгляда на свойства материальных комплексов иногда
не различаются понятия отклонения и ошибки, откуда вытекает
нерациональный подход к понятию ошибки.
Отклонения представляют собой особенности производствен-
ного процесса. Нет никакой возможности выполнить что-либо без
отклонений. Однако это не означает, что любое отклонение стано-
вится ошибкой — ошибкой является лишь недопустимое отклоне-
ние.
Чтобы предвидеть отклонения свойств изделий, необходимо
понимать, что производство представляет собой стохастический
процесс. Истоки исследования стохастических процессов связаны
в значительной степени с именем и деятельностью польского уче-
ного Мариана Смолуховского (1872—1917 гг.), который занимал-
ся исследованием движения малых частиц.
Стохастический процесс представляет собой результат дейст-
вия множества элементов со случайными свойствами ~ элементов,
которые, однако, можно описать не случайным образом. Парамет-
рами такого описания могут быть координаты, определяющие по-
ложение элемента в пространстве и времени, очередность собы-
тий, а также условные величины, например номер изготовляемого
в производственном процессе изделия (которое будет в данном
случае элементом).
Поведение элементов, участвующих в стохастическом процессе,
можно описать.
В качестве доступного примера стохастического процесса ав-
тор на лекциях основ конструкции машин приводит поведение
студентов. Общество студентов представляет собой множество
лиц, т. е. множество элементов, которые определяются с помощью
фамилий. Поведение студентов носит случайный характер. Так,
например, без выдачи соответствующего распоряжения и без
контроля за исполнением такого распоряжения очередность выхо-
да студентов из лекционного зала оказывается совершенно слу-
чайной. Если даже распорядиться выходить из зала в соответст-
вии с журнальным списком студентов, то следует ожидать случай-
ных недоразумений при выходе. В то же время если выполнить
ряд наблюдений на многих лекциях, то с некоторой точностью,
определяемой вероятностью, можно было бы оценить очередность
выхода (например, студенток по отношению к студентам) !>.
D Понятие стохастического процесса является результатом признания отсут-
ствия знаний о всех свойствах и особенностях функционирующего комплекса, т. е
наблюдаемого нами явления. Эмпирически установлен факт, что чем лучше изве-
92
Глава 5
5.3. Случайные свойства изделия
Следует различать понятие вещества и материала, а также поня-
тия внутренней и внешней структуры изделий.
Любое изделие представляет собой конкретность, так как оно
изготовлено из вещества, т. е. материального комплекса, который
представляет собой постоянный (по существу, как мы уже это
выяснили, относительно постоянный) объект. Свойство относи-
тельного постоянства реализуется в данном случае благодаря
сцеплению между частицами вещества. Комплексы из твердых
материалов обладают относительно большим постоянством гео-
метрических свойств, чем они существенно отличаются от жид-
костей и газов, которые принимают геометрические свойства со-
судов, в которые они помещены. Геометрическая структура пред-
ставляет собой частное свойство постоянных тел и служит при-
знаком постоянства комплекса. Это внешняя структура, противо-
положностью которой является внутренняя структура изделия.
Внутренняя структура представляет собой специфическую черту
вещества.
Постоянство внешних структур сохраняется лишь в отсутствие
воздействия внешних факторов, в том числе пассивных, например,
температуры. Приток или отток тепла влияет на изменение раз-
меров элементов, выполненных из постоянных тел.
Изменения объемов постоянных тел в зависимости от измене-
ния температуры можно предопределить с весьма высокой точ-
ностью. Аналогично обстоят дела с теплопроводностью, электри-
ческим сопротивлением и другими физическими свойствами.
В нашей практической деятельности мы отличаем существенное
от несущественного.
Несомненно, что детерминистический взгляд на поведение ма-
териальных комплексов возник еще в давние времена. Одной из
причин детерминистического понимания различных явлений было
стно все, что влияет на события, оказывающие в свою очередь влияние на изучае-
мое явление, тем с большей точностью можно определить протекание событий.
Здравый смысл показывает, что нет аргументов для принятия утверждения о том,
что «всем руководит случай». Логическим продолжением такого утверждения бы-
ло бы утверждение об отсутствии смысла Вселенной; в то же время в силе оста-
ется утверждение, что «бессмыслицей является лишь бессмысленность существо-
вания Вселенной», ибо бессмыслица исключает сама себя. (В этом примечании
автор не самым наглядным образом показал диалектическую связь философских
категорий необходимости и случайности, весьма подробно разработанную в мар-
ксистской диалектике. — Прим, ред.)
Конструкция
93
то, что многие свойства и особенности можно предопределить с
вероятностью, близкой к единице. Однако даже в тех случаях,
когда с практической точки зрения связь между причиной и след-
стечем однозначна (в детерминистическом плане), следует отда-
вать себе отчет в том, что это всего лишь упрощенное описание
явления, а само это упрощение основывается на игнорировании
несущественных отклонений.
Детерминистическое описание — это всего лишь результат ис-
ключения из описания тех явлений, которые практически малозна-
чимы.
На рис. 5.1 представлены модели стохастического S и детер-
минированного D процессов перехода. А, В и С обозначают раз-
личные состояния комплекса. Стрелки на рис. 5.1 обозначают
Рис. 5.1. Модели детерминированного
(О) и стохастического (5) процессов.
переход из одного состояния в другое. Если при изменении со-
стояний всегда наблюдается переход А в В, В в С и С в В (мо-
дель D), то такой процесс мы называем детерминированным.
В случае стохастического подхода (модель S) вероятность
перехода из одного состояния в другое меньше единицы. В этом
случае мерой постоянства процесса является значение вероятно-
сти (числа на рис. 5.1).
В приведенном примере значения случайных величин, харак-
теризующих переход из одного состояния в другое, подобраны
таким образом, чтобы обратить внимание читателя на следствия,
вытекающие из сопоставления моделей D и S. То, что мы прини-
маем за абсолютную определенность, т. е. те события, которые-
обозначены знаком плюс (а могли бы быть обозначены и едини-
цей), может оказаться, по существу, результатом округления чи-
сел 0,88, 0,91 и 0,98. При этом могло произойти исключение не-
большой вероятности, меру которой отражают числа 0,05, 0,03,
0,06, 0,07 и 0,02.
S4 Глава 5
Всякие материальные комплексы участвуют в повсеместно
существующих стохастических процессах. То же самое происхо-
дит и с изделием, которое должно стать техническим средством
и с достаточно высокой вероятностью обладать свойством, необ-
ходимым для его функционирования.
Результаты измерений, проводимых в производственном про-
цессе, великолепно иллюстрируют приведенные объяснения сто-
хастического процесса. При измерении одного и того же элемен-
та можно задать столь высокую точность измерения, что миого-
пратное получение одного и того же численного результата ста-
новится маловероятным. Трактуя результаты измерений статисти-
чески, следует отметить, что вероятность определения какого-то
однозначно установленного свойства изделия (например, длина
элемента машины равна 100 мм или масса элемента равна 1 кг)
практически равна нулю.
Если мы утверждаем, что длина элемента машины должна со-
ставлять 100 мм, то мы должны отдавать себе отчет в том, что ра-
ционально понимаемый результат измерения укажет на то, что длина
элемента не равна в точности указанной величине.
Нельзя изготовить шарик диаметром 20 мм или какое-нибудь
другое изделие, определенное таким образом. Можно лишь оп-
ределить меру вероятности получения диаметра в пределах, на-
пример, от 19,999 до 20,000 мм. При одних и тех же условиях
изготовления мера вероятности значительно возрастет, если рас-
ширить границы допуска от —0,001+0,000 до —0,002+0,000.
Получение заданного размера будет гарантировано с еще более
высокой вероятностью, если принять допуск —0,01+0,00.
Кроме производственных факторов, связанных со случайными
величинами, необходимо учитывать влияние других факторов.
Современные исследования технических средств учитывают износ
-взаимодействующих элементов^. Одним из главных факторов из-
носа элементов (а следовательно, изменений свойств) является
трение, которое может привести к изменению внешних (внешней
структуры) и внутренних (внутренней структуры) свойств эле-
ментов машин. Взаимодействие элементов возлагает на конструк-
торов решение сложных задач.
Коррозия представляет собой фактор деградации структурных
свойств элементов технических средств.
Обращая внимание на износ взаимодействующих элементов,
не следует пренебрегать и влиянием окружающей среды; в част-
П Англичане назвали эту область технических наук трибологией.
Конструкция
95
ности, в случае стальных элементов использование покрытий для
защиты от коррозии представляет собой техническую и хозяйст-
венную проблему первостепенной важности. Эти покрытия нуж-
но рассматривать как структурные средства, повышающие по-
стоянство материальных комплексов в условиях воздействий
окружающей среды (атмосферных, химических и т. п.). Нужно
учитывать и необходимость обеспечения постоянства изделий и
элементов технических средств вследствие разбухания при погло-
щении жидкости или газа, усыхания и т. п. В последнее время
появились и новые проблемы, относящиеся к радиационным и
космическим воздействиям.
Внутреннее постоянство материалов имеет огромное хозяйст-
венное значение.
Различные внутренние свойства, а среди них и постоянство
внутренних структур, т. е. сохранение материального комплекса
как целого, представляющего собой структурное единство (что
характеризуется прочностью), тесно связано с внешними свойст-
вами, т. е. с внешней структурой. В наших дальнейших объясне-
ниях мы остановимся на проблеме вероятностной оценки прочно-
стного свойства (более правильно было бы говорить о стереоме-
ханическом свойстве, как это делает Хубер). Обеспечение
прочности представляет собой не только техническую проблему,,
но и в равной степени — хозяйственную, т. е. проблему социаль-
ного значения.
5.4. Структуры изделия
Структура, будучи свойством изделия, представляет собой ин-
формацию о нем. Ее можно получить путем наблюдений и измере-
ний.
Структуру изделия мы понимаем как свойство конкретности.
Таким образом, в процессах конструирования и производства
структура (как абстракция) содержит информацию об изделии.
Структура определяет под определенным углом зрения порядок
множества материальных частиц. Раскрывая понятие структуры
изделия, обратим внимание на то, что с точки зрения свойств
изделия, представляющего собой техническое средство (т. е. с
позиций его функционирования, согласно определенной системе),
необходимо знать не все свойства (ибо все невозможно даже
перечислить), а лишь некоторые:
96
Глава 5
• свойства, которые с достаточно высокой надежностью обес-
печивают функционирование изделия, рассматриваемого как тех-
ническое средство;
• свойства, необходимые и достаточные, которые вполне
осознанно и целесообразно могут быть приданы изделию в ходе
производственного процесса.
Свойствами, определяющими конструкцию, являются:
О внешняя структура;
О внутренняя структура.
Мы будем выяснять понятие структуры именно в этой после-
довательности, ибо функционирование многих технических средств
существенным образом и прежде всего зависит от внешней
структуры. Конструктор, разрабатывая конструкцию, создает в
своем воображении внешний вид, который мы называем геомет-
рическим конструктивным видом. Вид является одной из харак-
теристик структуры.
Геометрические фигуры и тела представляют собой идеальные
концепции внешнего вида материальных комплексов.
На рис. 5.2 представлена графическая запись воображаемого
вида очень простого изделия. Этим изделием по замыслу кон-
Рис. 5.2. Модель внешней структуры в области, определенной геометрическим спо-
собом.
структора может быть, например, каменный параллелепипед.
Основой определения вида, которая в данном случае обусловли-
вает внешнюю структуру, является параллелепипед. Однако из-
готовить материальный предмет, который отвечал бы свойствам
параллелепипеда (в том смысле, как его понимает геометрия),
невозможно, даже при использовании самых точных станков и
инструментов.
При записи конструктивного вида используются графические
символы.
Конструкция 97
На рис. 5.2 приведены геометрические знаки параллелепипе-
дов, которые отнюдь не представляют собой точные отображения
параллелепипедов. Поэтому знаки геометрических изделий носят
характер символов, т. е. таких знаков, которые обозначают нечто
иное, чем то, что они сами непосредственно представляют. Иначе
говоря, знак параллелепипеда не является его отображением;
знак обозначает параллелепипед и представляет собой символ.
Расстояние между геометрическими границами есть мера точ-
ности изготовления.
Линейный знак, обозначающий структуру (на рис. 5.2 прове-
денная от руки линия), не имеет символического значения. Бла-
годаря инструментам он может быть даже изоморфным отобра-
жением поверхности кубика. Это отображение представляет со-
бой модель структур, т. е. распознанную черту материального
комплекса. Внешняя структура представляет собой свойство ма-
териального комплекса, которое может быть установлено с по-
мощью инструментов. Признание данного геометрического вида
за параллелепипед мы обосновываем тем, что внешняя структура
рассматриваемого тела может быть описана как совокупность
точек, не переходящая границ, определенных двумя геометриче-
скими параллелепипедами.
Располагаемое множество точек, характеризующих поверхност-
ные свойства материального комплекса, всегда ограниченно.
Рис. 5.3 иллюстрирует способ создания модели поверхности:
• эскиз а представляет собой аксонометрическую проекцию
точек, полученных в результате измерений. Если соединить сосед-
ние точки, то получается
• эскиз б — запись комплекса поверхности. Такого рода за-
пись геометрического вида (в аксонометрической форме) имеет
значение математической величины и служит мерой свойства, ко-
торым является внешняя структура. Увеличение числа измеряе-
мых точек повышает точность определения поверхности предмета.
Можно достаточно близко подойти к описанию поверхности ис-
следуемого предмета, однако в любом случае удается определить
не самую поверхность, а лишь ее модель.
Внутренняя структура, рассматриваемая как некоторое свойство
предмета, представляет собой химическую или физическую модель
вещества.
7—1147
98
Глава 5
Внутренняя структура есть то, что позволяет описать свойство
некоторого вещества, т. е. материальных частиц, находящихся в
области, ограниченной внешней структурой. Описание свойств
материала, из которого изготовлено данное изделие, представля-
ет собой информацию о внутренней структуре. Физика, химия,
кристаллография, материаловедение — все эти науки используют-
ся в качестве научной основы для описания внутренней структу-
ры. В зависимости от методов описания можно получить инфор-
Рис. 5.3. Стадии создания модели внешней структуры.
а — пространственно расположенные точки и плоскость отсчета (меньшие точки располага-
ются ниже больших); б — модель внешней структуры.
мацию о выявленной структуре с различной степенью точности.
Описание комплекса внешней и внутренней структур дает су-
щественную информацию операционного характера, столь необ-
ходимую для изготовителей. Игнорирование этой информации в
производственном цикле приводит к производственному браку.
5.5. Состояния изделия
Структуры и состояния изделия представляют собой достаточ-
ные условия для изготовления.
Производственный процесс приводит материальный комплекс
в состояние, отвечающее структурам, предопределенным конст-
руктором. Однако это условие необходимо и достаточно лишь в
случае элементов и частей машинных и строительных комплексов.
Рассматривая элементы, которые в своей совокупности обра-
зуют комплекс, представляющий собой некоторое техническое
средство (машину или строительный объект), мы можем выде-
лить различные комбинации элементов:
• множество элементов, собранное в зависимости от некото-
рых случайных обстоятельств (например, на складе);
• полный набор элементов, собранных случайно в неделимое
целое;
Конструкция
99
• полный набор элементов, собранных в соответствии с комп-
лексом геометрических структур технического средства, рассмат-
риваемого как изделие;
• полный набор элементов, собранных в соответствии с
конструкцией.
Сборка технического средства из элементов в соответствии с
геометрическими требованиями еще не исключает вредных для
функционирования машины или строительного объекта случайно-
стей. Бывают изделия, конструкция которых не охватывает всех
возможных состояний. Однако трудно отыскать пример машины, из-
готовленной без обеспечения в производственном процессе опреде-
ленных конструктивных состояний.
Если сопоставить описания последней и предпоследней воз-
можностей комбинаций и отнести это к определению конструкции
(разд. 5.1), то окажется, что различие информации, выраженной
в обоих указанных положениях, основывается на том, что конст-
рукция— это не только комплекс структур, но и в равной мере
комплекс состояний. Отсюда следует, что предпоследняя комби-
нация (полный набор элементов, собранных в соответствии с
комплексом геометрических структур технического средства, рас-
сматриваемого как изделие) не охватывает состояний, т. е. того,
что в соответствии с определением конструкции представляет
сущность различных изделий.
Типичными для многих технических средств являются напря-
женные состояния, которые специально создаются во время мон-
тажа. Так, например, определенные нагрузки существуют в резь-
бовых и клиновых соединениях. Обобщая понятие состояния,
специально созданного в изделии во время монтажных работ,
можно рассматривать поле как характеристику состояния. В рас-
смотренных случаях монтажных нагрузок этими полями служат
поля напряжений.
Соответствие изделия комплексу внешних и внутренних струк-
тур— это необходимое условие по отношению к любому изделию.
Любые изделия на какой-то стадии представляют собой отдель-
ные материальные предметы, которые непосредственно включа-
ются в эксплуатационный цикл (например, инструменты), или
же составные элементы сложных машинных и строительных
комплексов. Поэтому не во всех случаях необходимо определять
наряду с комплексом структур также и комплексы конструктив-
ных состояний.
Можно представить себе здание, построенное исключительно
из досок и гвоздей. Удары молотка в момент забивания гвоздя
Служат лишь для размещения гвоздя в соответствующем месте.
Разумеется, это не имеет ничего общего с понятием динамиче-
ского конструктивного состояния. Другим примером такого рода
7*
100
Глава 5
может быть некоторая несущая конструкция, состоящая из сталь-
ных прутьев, скрепленных между собой электросваркой. Этот
пример может служить также иллюстрацией отсутствия необхо-
димости создавать поля монтажных напряжений. Сварочные на-
пряжения являются чаще всего не конструктивными, а разруши-
тельными напряжениями, о чем конструктор должен постоянно
помнить и стремиться к созданию такой конструкции сварочных
комплексов, которая обеспечивала бы минимизацию сварочных
деформаций — одной из главных причин вредных напряжений.
5.6. Сущность комплекса структур
и состояний изделия
Производственный процесс имеет стохастический характер; по-
этому между комплексом структур и состояний изделия и вероят-
ностными распределениями существует причинная связь.
Если в определении конструкции желательно оттенить веро-
ятностные характеристики изделия, то можно сформулировать
следующее определение: конструкция представляет собой комп-
лекс распределений структур и состояний изделия. С помощью
рис. 5.2 мы показали, что комплекс внешней структуры охваты-
вает область различных случайных возможностей. То же самое
можно обнаружить в результате исследования внутренней струк-
туры и ее комплекса или же состояний изделия. Обобщенно под-
ходя к проблеме распределения структур и состояний изделия,
отметим, что распределение структур и состояний определяется:
• границами или
• методами математической статистики.
Выявление комплекса структур и состояний связано с нахож-
дением допустимых (с точки зрения функционирования изделия)
распределений. Задача установления границ структур практиче-
ски до сего времени решается путем использования понятия до-
пуска, рассматриваемого как границы допустимых отклонений
при измерениях.
5.7. Качественное и дефектное изделия
Не существует изделий, которым бы не были присущи произ-
водственные отклонения.
Ограниченность материальных возможностей всегда приводит
к отклонениям изделий от эталона. Отсюда возникает необходи-
мость введения понятия допустимых отклонений. Учет этих от-
Конструкция
101
клонений занимает существенное место в методике конструиро-
вания.
К дефектным относится такое изделие, измерения которого
указывают на наличие недопустимых отклонений.
Применение вероятностных оценок производственных отклоне-
ний представляет собой существенный фактор рационализации кон-
струкции и изготовления.
На рис. 5.4 показана задача, связанная с производственными
отклонениями, а на рис. 5.4, а — фрагмент записи из рис. 5.2.
Для упрощения мы заменили трехмерный комплекс двумерным.
Рис. 5.4. Внешняя структура.
а — допустимая; б — недопустимая.
Если внешняя структура отвечает распределению, обозначенному
границами двух квадратов на рис. 5.4, а, то мы считаем, что из-
делие выполнено в соответствии с конструкцией. На рис. 5,4,6
показаны области D, в которых структура еще вмещается в до-
пустимую область отклонений, однако эта область использована
до предела. Отметим, что в данном случае границы допуска все
же не нарушены. Однако в областях N произошло нарушение
границ допуска, в результате чего изделие, структура которого
описана на рис. 5.4, б, должно быть отнесено к дефектным.
Свойства вещества определяются границами содержания хи-
мических или структурных составляющих, например границами
содержания мартенсита в термообработанной стали. Мерой
структур, представляющих внутренние свойства материалов, слу-
жат стереомеханические свойства, т. е. прочность.
При рациональном подходе следует аналогично трактовать
задачу распределений конструктивных состояний изделия. При-
мером может служить распределение монтажных нагрузок в
резьбовых соединениях. В этом случае можно определить откло-
нения по отношению к номинальному значению силы, которую
необходимо приложить через гайку как элемент резьбового со-
единения.
102
Глава 5
5.8. Понятие конструктивной характеристики
Конструкция определяется конструктивными характеристиками.
Конструирование основывается на подборе конструктивных характе-
ристик.
Создание теории конструкции способствовало выявлению по-
нятия конструктивных характеристик. При создании конструкции
конструктор непосредственно оперирует этими характеристиками.
Определение конструктивной характеристики основано на вы-
боре конструктивного вида и комплекса размеров. Это можно
записать следующим образом:
C=I1JW, (5.1)
где П — обозначение (знак) конструктивного вида, W — комплекс
размеров, С — конструктивная характеристика.
С задачей измерений тесно связана задача определения откло-
нений.
Упрощая объяснение понятий конструктивного вида и комп-
лекса размеров, можно принять, что:
• конструктивный вид представляет собой качественное
свойство конструкции;
• комплекс размеров представляет собой способ определе-
ния количественных свойств конструкции.
Конструкция предопределяет допустимое распределение раз-
меров. Размер W (как элемента комплекса размеров) формаль-
но может быть записан следующим образом:
|Т|, (5.2)
где N — номинальный размер, Т — допуск и его положение.
С использованием аппарата математической статистики это
выражение можно представить в несколько ином виде:
(5.3)
где № — среднее значение размера, 5Л-— стандартное отклонение.
5.9. Геометрические конструктивные характеристики
Машины представляют собой технические средства, при изго-
товлении которых раскрывается значение внешней структуры,
рассматриваемой как некоторая случайная величина. Это наблю-
дение относится прежде всего к структурам взаимодействующих
Конструкция
103
элементов. Свойства рабочих поверхностей интересуют конструк-
торов, производственников, физиков и химиков.
Переход от ремесленных способов производства к промышлен-
ным потребовал рационализации конструкции. Конструктивные ха-
рактеристики определяют комплексы внешней структуры. Если на
чертеже не проставлены размеры, то он отражает лишь запись
внешнего вида.
Пока изделие доводилось до нужного состояния ремесленны-
ми способами, при которых подгонка элементов осуществлялась
постепенно, до удовлетворительного функционирования изделия,
Рис. 5.5. Записи конструктивного вида (а) и конструкции (б).
не возникало необходимости исследования сущности процедур
подгонки.
Серийное и массовое производство многих технических средств
привело к возникновению проблемы взаимозаменяемости элемен-
тов. Технической вершиной взаимозаменяемости стала возмож-
ность сборки машин без какого-либо предварительного подбора
элементов с учетом геометрического соответствия между взаимо-
действующими элементами. Иначе говоря, в современном массо-
вом производстве любой элемент, изготовленный независимо, от-
вечающий лишь требованию, оговоренному конструкцией, должен
быть пригоден для использования в любом экземпляре изделия,
относящегося к данной конструкции.
На рис. 5.5 приведена запись параллелепипеда. Принимая та-
кую запись геометрической фигуры, мы тем самым признали оче-
видность перпендикулярности между плоскостями, образующими
фигуру параллелепипеда. При этом мы считаем, что если бы
углы между плоскостями не были бы прямыми, то была бы дана
дополнительная информация, характеризующая величины углов.
Информация, содержащаяся на рис. 5.5, а, не отражает размеров
параллелепипеда, который мог бы быть изготовлен на основе
этого эскиза. Поэтому запись на рис. 5,5, а определяет множество
104
Глава 5
геометрических фигур, характеризуемых общим свойством пер-
пендикулярности граней.
На рис. 5.5,6 указан комплекс размеров, однозначно опреде-
ляющий размеры изделия (разумеется, при условии указания
численных значений х, у и z). Комплекс размеров можно рас-
сматривать как логическую функцию трех приведенных размеров:
W=f(x,y,z). (5.4)
В рассматриваемом случае записи конструктивных характе-
ристик не следует дополнительно определять связь между эле-
ментами множества, т. е. между размерами х, у и г, ибо в дан-
ном случае она непосредственно вытекает из свойства конструк-
тивного вида. Если конструктивный вид представляет собой пря-
моугольное пересечение плоскостей и известно множество размеров
у, z}, (5.5)
то имеется полная информация о конструктивных характери-
стиках. Формулируя это утверждение более конкретно, можно
сказать, что указанные конструктивные характеристики дают
полную информацию о внешней структуре изделия.
Изменение комплекса размеров определяет изменение распре-
деления структур.
Это очень важное утверждение может быть сформулировано
следующим образом. При определенном конструктивном виде
лишь один комплекс размеров оптимален, т. е. соответствует кри-
териям, выбранным в качестве основы для оценки конструкции.
Таким образом, изменение комплекса размеров и изменение
конструкции происходят одновременно. Это утверждение мы при-
водим ввиду того, что необходимо исключить случайный выбор
комплекса размеров. Более подробно этот вопрос рассмотрен в
первом томе «Основ конструкции машин», который называется
«Конструирование» (см. библиографический список).
5.10. Макроструктура и микроструктура
Значение внешней макроструктуры сводится к возможности
функционирования технического средства, а микроструктуры — к
эффективности функционирования. Микроструктура определяет ше-
роховатость поверхности.
Проблемы, связанные с макро- и микроструктурами, имеют
важное значение применительно к конструктивным характеристи-
кам.. В соответствии с записью на рис. 5.6, а предполагается изго-
Конструкция
105
товить пластинку толщиной h. Расценим этот рисунок как часть
записи конструкции пластинки. Если наряду с номинальным раз-
мером h дается отклонение Д/г, то запись можно представить в
более наглядном виде, как это показано на рис. 5.6, б. Обраща-
ясь к рис. 5.4, покажем, как будет выглядеть допустимая струк-
тура в данном случае (рис. 5.6, в). Если на рис. 5.6, в область,
ограниченную окружностью, рассмотреть под микроскопом, то
можно выявить микроструктуру поверхности (рис. 5.6,2 и д).
Рисунок 5.3 иллюстрировал способ получения модели внеш-
ней структуры. С учетом этого на рис. 5.7 показана модель внеш-
ней структуры, построенная на основе 64 точек, соответствующих
положению материальных частиц исследуемого изделия. Стоха-
стические свойства внешней структуры выявляет утверждение,
что положение отдельных точек на поверхности носит случайный
характер. В соответствии с определением стохастического процес-
са координаты точек устанавливались при однозначном определе-
нии положения точек. Для этого была использована сетка,
соответствующая распределению точек. Две координаты, харак-
теризующие положение каждой точки, имеют неслучайные зна-
чения. Третья же координата (по вертикали) представляет собой
исследуемую случайную величину.
Конструкция регламентирует изменения макро- и микрострук-
тур.
Конструктивные характеристики определяют две области из-
менения внешней структуры — область изменения макрострукту-
ры и область изменения микроструктуры.
Первая область определяется величиной С на рис. 5.7, т. е.
расстоянием между параллельными плоскостями, проходящими че-
рез точки А' и А". В общем случае эти ограничения даются
эквидистантными поверхностями, которые могут быть цилиндри-
ческими, коническими, эвольвентными и т. п. Эти ограничения
указывают на то, что ни одна точка не должна находиться за
пределами допуска, определенного граничными поверхностями.
Способы обработки влияют на шероховатость, т. е. на микро-
структуру поверхности изделия. Степень шероховатости также зави-
сит от типа обработки.
При вероятностном подходе к шероховатости необходимо учи-
тывать распределение этой шероховатости. Введем следующие
параметры шероховатости поверхности (рис. 5.6):
Rz — высота неровности, представляющая собой разницу меж г
ду средним значением максимальных выступов и средним
106
Глава 5
значением максимальных впадин R2, измеренных относительно
условной (номинальной) поверхности материального комплекса;
Ra— абсолютное значение среднеарифметического отклонения
от средней линии (величины у\ и у2).
Множество точек, описывающих шероховатость, может переме-
щаться в пределах допуска, характеризующего меру точности изме-
рений.
Вторая область ограничений случайных изменений внешней
структуры иллюстрируется на рис. 5.7 величинами £)мин и Т.
Т представляет собой допуск, или меру ширины поля допустимой
шероховатости. Область этого поля ограничивается плоскостями,
проходящими через точки Ai и А2. Именно в эти пределы должно
вмещаться множество точек, описывающих микроструктуру изде-
лия. Учитывая ограничения микроструктуры, можно отметить, что
плоскость, проходящая через точку А1г служит границей для
положения плоскости, ограничивающей «снизу» область шерохо-
ватости. Это означает, что точка А' в предельном случае может
быть тождественна точке Ai. Границей для плоскости, ограничи-
вающей шероховатость «сверху», является плоскость, проходя-
щая через точку А2. Аналогично точка А" может быть тождест-
венна точке А2. Поверхности Ai и А2 определяются в процессе
проведения измерений изделия.
На рис. 5.7 величину £>мин можно принять за номинальный
размер, а величина Т будет определять ширину и положение до-
пуска. Положение измеряемой поверхности, определяемое изме-
рительным инструментом, является случайной величиной; его
можно обозначить через D. В соответствии с принятым допусти-
мым отклонением Т эта величина должна удовлетворять условию
Дайн < < Диаке — • (5.6)
В левой части формулы (5.6) указаны знаки неравенства, по-
скольку путем измерений невозможно установить равенство.
Будущее методов оценки точности изготовления связано с ме-
тодами математической статистики.
На рис. 5.7 приведены запись гауссовского распределения и
среднее значение D случайной величины D'. Это распределение
указывает на то, что событие, которым является случайная вели-
чина £>', может произойти с большой вероятностью в непосред-
ственной близости от среднего значения. Однако интуиция и опыт
работников способствуют тому, что наиболее вероятными оказы-
ваются величины D', представляющие собой результат стремле-
Рис. 5.6. Макро- и микроструктуры поверхности.
мин
Рис. 5.7. Внешняя структура, представленная в виде случайной величины.
108
Глава 5
ния избежать чрезмерного уменьшения запаса материала. При
этом среднее значение D (рис. 5.7) находится ближе к плоскости,
проходящей через точку А2.
Внешняя структура непрерывно изменяется вследствие изме-
нения поверхностных слоев взаимодействующих элементов.
Определение конструктивных характеристик поверхности из-
делий на основе стохастического процесса весьма сложно. При
этом приходится, в частности, учитывать и то, что внешняя мик-
роструктура взаимодействующих элементов непрерывно изменя-
ется по отношению к первоначальной микроструктуре. Эти изме-
нения обусловлены:
• монтажными давлениями;
• потерей частичек, вызванной физико-химическими процес-
сами, протекающими между взаимодействующими элементами.
Систематически проводимые наблюдения дают необходимую
информацию об изменении внешней микроструктуры.
На рис. 5.8 приведена графическая модель вызванных монта-
жом деформаций поверхности элементов. Эти деформации могут
Рис. 5.8. Модель деформации поверхности.
быть упругими или пластическими. Конструкция должна быть
такой, чтобы зазоры и натяги, обусловливающие функционирова-
ние материального комплекса, были приближены к оптимальным
(в соответствии с принятыми конструктором критериями, учиты-
вающими предвидимые изменения в комплексе). Прогноз изме-
нений, вызванных деформациями (прежде всего упругими), не
представляет больших трудностей. Более сложны изменения фи-
зико-химического характера.’ Источником информации о возмож-
ных и вероятных изменениях служат исследования и практиче-
ский опыт, приобретаемый в результате систематических наблю-
дений if анализа получённЬтх данных. 1 • 1
Конструкция
109
5.11. Конструктивные характеристики вещества
Внутренняя структура образует диалектическое единство с внеш-
ней структурой.
Конструктивные характеристики вещества (т. е., в традицион-
ном понимании, характеристики материала конструкции) регла-
ментируют распределение внутренней структуры. В данном случае
термин «распределение» имеет весьма широкий смысл, учитывая
распределенные свойства вещества, из которого предполагается
изготовить изделие данной конструкции, функционирующее как
техническое средство.
Разделение понятий вещества и материала себя оправдало.
Распределение внутренней структуры представляет собой бо-
лее сложную задачу по сравнению с внешней, которая определя-
ется геометрическими конструктивными характеристиками. В слу-
чае геометрических характеристик достаточным оказывается оп-
ределение геометрических величин (длин и углов). В случае
внутренней структуры набор мер должен быть более представи-
тельным.
Учитывая формальные языковые трудности, для определения
характеристики внутренней структуры изделия введен термин
«конструктивная характеристика вещества», поскольку в нашем
понимании науки технического творчества термины «материал» и
«вещество» разделяются однозначно.
Примерами вещества могут служить: стекло, сталь, кремне-
зем и лен — материальные комплексы, определяемые исключи-
тельно с точки зрения внутренней структуры.
Примерами материалов являются соответственно: оконное
стекло, стальные прутья, песок и льняное полотно — материаль-
ные комплексы, определенные с учетом как внутренней, так и
внешней структуры.
Существует множество способов определения внутренней струк-
туры.
В зависимости от точки зрения внутренняя структура может
быть определена как: ;
ф химическая;
ф кристаллографическая;
ф металлографическая;
по
Глава 5
ф структура комплекса сложных химических частиц (особен*
но в случае искусственных материалов);
ф структура комплекса волокон в древесине или в тканях
и т. п.
Оценка производственных процессов с точки зрения внутренних
структур получаемых веществ нуждается в существенном усовер-
шенствовании. Внутренняя структура обусловливает стереомехани-
ческие свойства. Важное значение имеет термообработка как один
из основных факторов необходимого изменения структуры.
Металлы продолжают играть первостепенную роль при созда-
нии технических средств. Металлургический процесс представля-
ет собой типичный стохастический процесс; здесь играют су-
щественную роль многочисленные факторы, которые отсутствуют,
например, в процессе резания.
Результат металлургического процесса обычно оценивается в.
довольно широких пределах, что не может и не должно удовлет-
ворять конструкторов, к которым предъявляется требование все
более рационального технического творчества. Случайный харак-
тер изменения химической структуры, а также различные случай-
ные воздействия в металлургическом процессе обусловливают
случайные изменения металлографической структуры.
К наиболее важным свойствам конструкционных материалов
относятся их стереомеханические свойства, имеющие первосте-
пенное значение, когда речь идет о прочности комплексов, об-
разующих технические средства. Среди стереомеханпческих
свойств решающая роль принадлежит внутренней структуре.
Проблема внутренней структуры очень сложна. Достаточно при-
вести пример коррозии и других химических структурных изме-
нений. Можно предположить, что многие свойства и особенности
различных новых веществ нам остаются до сих пор неизвестны-
ми, хотя эти свойства могут оказаться вредными для человека.
Внутренняя структура (т. е. вид используемого вещества) на-
ряду со способом обработки определяет внешнюю структуру.
Конструктивный вид вещества — одна из характеристик внутрен-
ней структуры.
В случае использования определенных веществ конструктивный
вид определяет прочностные свойства.
В разд. 5.8 мы обратили внимание на понятие конструктивной
характеристики, определяемой конструктивным видом и комплек-
сом размеров (5.1). Для пояснения понятия конструктивного вида
вещества воспользуемся рис. 5.9. На этом рисунке показаны раз-
Конструкция
111
личные виды чугуна. Мы можем без труда распознать серый
чугун (а), ковкий чугун (б) и чугун со сфероидальным графитом
(в). Очевидно, что определения «серый», «ковкий» и т. д. здесь
означают класс чугуна, отличающийся специфическим конструк-
тивным видом. Анализ конструктивного вида дает объяснение
прочностных свойств, т. е. указывает на значение частичек графи-
та, выделяющихся во время металлургического процесса. Вид ча-
стичек графита показан на рис. 5.9.
a S в
Информация о конструктивном виде не содержит в себе ника-
ких указаний относительно количественных характеристик, ибо в
соответствии с определением конструктивной характеристики не-
обходимым оказывается еще и комплекс размеров, под которым
понимается комплекс всевозможных количественных характери-
стик. Этот комплекс может представлять собой совокупность дан-
ных такого рода, как
9 количественные соотношения химических составляющих;
• параметры тепловой обработки;
9 распределение стереомеханических свойств;
специальные требования из области физических, физико-
химических и химических свойств.
5.12. Динамические конструктивные характеристики
Процесс производства технических средств в условиях возра-
стающей механизации нуждается в определении динамических кон-
структивных характеристик.
Динамические конструктивные характеристики определяют
состояния изделия, возникающие в результате сборки элементов
112
Глава 5
в соответствии с конструкцией. Отметим здесь механодинамиче-
ские комплексы, в которых предварительные нагрузки, обуслов-
ленные монтажом, имеют особое значение.
Независимо от того, вызваны ли предварительные напряже-
ния, например в резьбовых соединениях, ручной сборкой или
с помощью автоматов, величина этих напряжений должна быть
определена. Поэтому задача сводится к выявлению распределе-
ния значений монтажных нагрузок.
Проблема состояний изделия, обусловленная требованиями
динамических конструктивных характеристик, не менее важна,,
чем проблема рабочих нагрузок.
Для определения динамической конструктивной характеристи-
ки требуются:
• анализ последствий рабочей нагрузки;
ф анализ влияния внешней структуры комплекса (прежде
всего конструктивного вида);
9 выбор способа монтажа.
Динамическая конструктивная характеристика может быть как
объектом, так и фактором оптимизации на основе прочностных кри-
териев.
Динамическая конструктивная характеристика может косвенно
обусловливать требуемую предварительную нагрузку.
Ограничимся лишь одним примером динамической конструк-
тивной характеристики, типичным и традиционным в конструкции
машин — соединением с поперечным клином (рис. 5.10). Дейст-
Рис. 5.10. Соединения с поперечным клином.
вне поперечного клина сводится к созданию и сохранению в со-
единении осевой нагрузки. Эта нагрузка возникает в результате
приложения некоторого усилия к клину в период его забивания
в соответствии с требуемой предварительной нагрузкой. Соедине-
ния, имеющие конструктивный вид, показанный на рис. 5.10,
применяются в кривошипных системах, т. е. там, где действуют
симметричные знакопеременные нагрузки. С позиций прочност-
ных свойств вид, представленный на рис. 5.10,6, более предпоч-
тителен, нежели вид, показанный на рис. 5.10, а.
Конструкции IB
Комплекс размеров динамической конструктивной характерис-
тики бывает, как правило, простым; однако всегда следует пом-
нить о необходимости определения размера в соответствии с
формулой (5.2), т. е. следует указывать не только номинальное
значение нагрузки W, но и значение допуска Т.
5.13. Воссоздание конструкции
Воссоздание конструкции представляет собой в определенном
смысле действие, обратное по отношению к созданию новой кон-
струкции.
Укажем на три случая, когда возникает необходимость вос-
создания конструкции по изделию:
ф выход из строя элемента машины или строения;
ф отсутствие элемента по причине его полного выхода из
строя или потери;
ф необходимость изготовления нового экземпляра машины на
основе существующего.
Замена вышедшего из строя элемента—это типичная эксплуа-
тационная задача. Отсутствие запасных элементов определяет
необходимость и конструкционного, и производственного процес-
сов. Наличие вышедшего из строя элемента позволяет воспроиз-
вести конструкцию без установления конструктивных свойств
элемента, но с учетом его особенностей, т. е. способа и условий
функционирования. При этом выполняется следующая последо-
вательность операций:
О выявление конструктивного вида элемента и проведение
измерений для определения основных номинальных размеров;
О запись геометрических конструктивных характеристик, т. е.
частичная запись конструкции, отражающая внешнюю структуру;
О определение вещества;
О определение нагрузок элемента на различных стадиях
функционирования технического средства;
О проверка правильности установленных геометрических и
вещественных конструктивных характеристик на основе прочност-
ных расчетов;
О окончательный выбор конструктивных характеристик ве-
щества и материала на основе требований, выдвигаемых условия-
ми функционирования;
О определение допусков геометрических размеров тех частей
элементов, которые непосредственно взаимодействуют с соответ-
ствующими частями элементов ремонтируемого комплекса; эта
процедура требует тщательного анализа с учетом критериев
функционирования комплекса (особенно машинного комплекса))
и модельных критериев.
8—1147
314 Глава 5
Более трудной задачей оказывается разработка конструкции
элемента, который оказался полностью разрушенным или поте-
рянным. В таком случае необходимо разработать конструкцию,
учитывая:
О структуру существующих элементов машины или строения
и прежде всего элементов и узлов, которые взаимодействуют с
недостающим элементом;
О функционирование технического средства и напряженные
состояния.
Выше мы затронули вопросы, связанные с непредусмотренны-
ми ситуациями. В наше время непредусмотренной ситуацией яв-
ляется отсутствие чертежей конструкции выходящих из строя
элементов (в случае использования отечественных машин). Не-
сколько иной может быть эта задача в случае использования
импортного оборудования. Однако и в этом случае почти всегда
можно добиться поставки импортного оборудования вместе с со-
ответствующей технической документацией.
Рассмотренный подход к проблеме воссоздания конструкции
должен включать разработку конструкций существующих объек-
тов. Так называемая инвентаризация строений представляет со-
бой не что иное, как разработку конструкций строительных комп-
лексов. Несколько иначе выглядит задача воссоздания конструк-
ции машины.
Воссоздание конструкции как основы изготовления последую-
щих экземпляров в соответствии с существующими машинами зна-
чительно облегчается при использовании методов математической
статистики.
Воссоздание конструкции машины требует процедур, анало-
гичных тем, которые выполняются при разработке чертежей кон-
струкции вышедшего из строя, но все же существующего элемен-
та. Однако следует различать две ситуации, которые возникают
при разработке конструкции. Фактором, обусловливающим такое
разделение, является численность наличных машин и возмож-
ность их разборки в целях проведения измерений. Нельзя исклю-
чить ситуацию, когда имеется лишь один экземпляр машины или,
напротив, когда имеется довольно большое число экземпляров,
позволяющих статистически оценить ожидаемые значения разме-
ров. Располагая результатами измерений достаточно большого
числа машин (это касается прежде всего размеров взаимодейст-
вующих элементов), можно статистически с достаточно высокой
достоверностью определить допуски, которые будут незначитель-
но отличаться от допусков, принятых в оригинальной конструк-
ции.
Чем меньшими будут различия между оригинальной конструк-
цией и конструкцией, представляющей собой результат воссозда-
Конструкция
115-
кия распределений структур и состояний машинного комплекса,,
тем более вероятной будет такая же ' эффективность функциони-
рования машины.
Нет ничего настолько хорошего, что не могло бы быть лучше.
Выход за пределы имеющегося практического опыта представляет
собой важное условие совершенствования конструкций технических
средств.
Выделенная формулировка представляет собой важный вывод.
Поэтому, создавая конструкцию на основе существующих машин,
стоит воспользоваться возможностью совершенствования конст-
рукции, прежде всего в случаях:
О попытки реализации предполагаемых конструктивных ха-
рактеристик, выявленных измерениями на основе критериев
функционирования машин, а также имеющихся производственных
возможностей;
О наличия данных систематических наблюдений и исследова-
ний существующих машин в целях определения их надежности.
При разработке новой конструкции на основе уже существую-
щих машин конструктор располагает большим запасом знаний
и практического опыта, чем при разработке оригинальной конст-
рукции. Однако не было бы никакого прогресса конструкций ма-
шин и строений, если бы мы ограничились совершенствованием
существующих конструкций. Тогда не было бы скачкообразного
развития, характерного для истории прогресса технических
средств.
8*
6. ЗАПИСЬ КОНСТРУКЦИИ
6.0. Введение
Запись служит средством связи и взаимопонимания. Конструк-
ция и запись конструкции находятся в диалектическом единстве.
Процесс конструирования требует записи. Значение записи
разнообразно, так как оно зависит от отношения субъекта к
объекту (человека к записи). Значение записи конструкции свя-
зано с рядом обстоятельств. Она представляет собой:
ф визуальное средство, позволяющее самому творцу конст-
рукции осуществлять сознательно обратную связь как условие
критического отношения к записываемому замыслу;
ф средство коммуникации между конструктором как созда-
телем конструкции и конструктором как критиком проекта;
Ф средство коммуникации между любыми поставщиками и
любыми потребителями.
Возникновение конструкции как проекта основано на манипули-
ровании материальными структурами.
На рис. 6.1 представлена иллюстрация связи между записью
и конструкцией (модель А. Дитриха). Одна плоскость символи-
зирует различные конструктивные возможности, а следовательно,
Рис. 6.1. Связь между записью и конструкцией.
Запись конструкции
117
представляет поле решений возможных конструкций, создавае-
мых конструктором, стремящимся к разработке оптимальной
конструкции. Возможные конструкции — это потенциальный на-
бор, который определяется знаниями и умением его создателя.
Другая плоскость изображает запись конструкции. Эти плоскости
пересекаются. Пересечение символизирует связь конструкции и
записи.
Из собственного опыта мы знаем, в какой большой мере влия-
ет на нашу деятельность вид технических средств записи: каран-
даши, бумага, чертежная доска, чертежные инструменты и дру-
гие, более эффективные, например, современные электронные
средства, сопряженные с экранным монитором (дисплеем), кото-
рые начинают заменять традиционную чертежную доску (куль-
ман).
Здесь мы обращаем внимание на эту сторону проблемы, ибо
необходимо все обстоятельнее и объективнее анализировать ус-
ловия работы проектировщиков и конструкторов как творческих
работников, определяющих характер техносферы.
6.1. Запись — средство коммуникации и памяти
Орудия и знаки в равной степени обусловливают жизнь и раз-
витие человеческого общества.
На рис. 3.9 мы обратили внимание на связь между орудиями
и знаками. Благодаря знакам мы оперируем информацией и мо-
жем пользоваться записью. Запись не только делает возможной
коммуникацию; знаки исполняют также роль памяти. В процессе
конструирования запись помогает голове, облегчая ей запомина-
ние всего того, что возникало в творческом процессе. Чем более
сложен проект, тем незамедлительней необходимо его записывать,
поскольку иначе проектировщик и конструктор могут утратить
часть существенных элементов своих замыслов.
Архив записей конструкции, так же как и библиотека, выпол-
няет роль памяти и служит средством, тем более действенным,
чем проще из этих запасников извлекается запись нужной инфор-
мации. Этот вопрос приобретает все большее значение и тесно
увязывается со способом материального воплощения записи.
Говоря о записи конструкции, мы имеем в виду также запись
системы и различные технические документы.
Наши ограниченные мыслительные возможности требуют при-
менения средств, визуализирующих задуманное. Благодаря зна-
кам. записи мы можем увидеть содержание творческой мысли.
118
Глава 6
Запись внешнего вида объекта значительно менее содержатель-
на по сравнению с символической записью свойств объекта. Благо-
даря орудиям и знакам мы можем управлять материей и информа-
цией.
На основе наших зрительных навыков — привычки к приему
поступающих из окружения сигналов (рис. 3.9) — получила раз-
витие графическая запись в том виде, который ведет родослов-
ную от иконографической записи. Однако с течением времени
она превратилась в символическую запись. Это развитие прошло
путь от внешнего вида до символа свойств вещи. С точки зрения
создателей технических средств, учитывая обобщающую роль
знака в записи результатов творческой работы, необходимо под-
черкнуть его особое значение:
О технические средства как орудия служат для овладения
материей, для управления материальными объектами путем це-
ленаправленного их преобразования;
О знаки позволяют управлять информацией.
Воспользуемся случаем акцентировать внимание на значении
записи как системы знаков, закрепленной графическими и иными
способами. Благодаря знакам п орудиям люди в отличие от пред-
ставителей животного мира не приспосабливаются к условиям,
существующим на земле, а, напротив, сознательно приспосабли-
вают окружение к своим потребностям. Даже в межпланетных
полетах люди не изменяют своей природы, а творчески ведут дело
к созданию артефактов, обеспечивающих условия, аналогичные
тем, которые характерны для нашей планеты как места обитания
людей.
Знаки служат средством выражения наших знаний.
Наш интеллект дает нам возможность оперировать знаками.
Наш язык возник как результат отношений человека с окру-
жающим миром.
В противоположность обиходному языку, включающему боль-
шое количество многозначных выражений, язык записи системы
и конструкции обязательно должен быть однозначным.
Задача обеспечения записи конструкции постоянно требует
новых решений в быстроизменяющемся мире.
Особое место среди знаков занимают графические символы.
Символы — это то, «что, если оно известно, напоминает о чем-ли-
бо ином, отличном от символа».
Запись конструкции
119
Иногда мы знаем, что нечто служит символом, но не понима-
ем, что символизируется. Это бывает вначале у обучающихся
инженерной графике. Если какой-либо символ (знак) не является
в нашей памяти функцией знания о чем-либо, то он окажется не
символом, а просто знаком без значения, который нам ни о чем
не говорит.
Знаки тесно взаимосвязаны с информационной системой.
Техническая деятельность с замыслами (разд. 3.13) более
чем что-либо другое требует существования информационной
системы, использование которой как основы деятельности воз-
можно благодаря комплексам, знаков, создающих средства ком-
муникации.
6.2. Технические чертежи
К техническим чертежам мы причисляем проектные и конструк-
торские чертежи, а также наглядные изображения.
Несмотря на все более широкое использование фотографиче-
ских пленок, магнитофонных лент и т. п., бумага (или вообще
.материал для записи) имеет наиболее массовое применение в
проектно-конструкторском деле, а также как документ (комму-
никат) для изготовителей. Бумага позволила широко применять
технические чертежи. Значение 'чертежа было когда-то настолько
значительно, что выработалось убеждение о неразрывном единст-
ве чертежа и конструкции. Во французском языке, например, от-
сутствует различие между терминами, соответствующими поня-
тию «конструктор» и понятию «чертежник». Даже у нас в неко-
торых проектно-конструкторских организациях вопрос: «Что чер-
тишь?» долгое время был однозначен вопросу: «Что конструи-
руешь?» Значение чертежа столь акцентировалось, что в чертеж-
ном таланте часто усматривался талант конструктора.
В наше время хранение и использование архивных чертежей
становится проблемой, требующей решения.
Большое число чертежей, их большая суммарная площадь
гвызывают большие трудности в архивах. Преобладание традици-
юнной чертежной записи вызывает необходимость обратить вни-
мание на разные негативные аспекты такого положения. Горы
бумаги с чертежами — это инертная масса, сопротивляющаяся
120
Глава 6
попытке воспользоваться этими чертежами. С учетом этого чер-
тежная калька и светочувствительная бумага начинают заме-
няться средствами фотографической техники.
Нормы чертежной записи требуют непрерывного совершенство-
вания с точки зрения простоты записи.
Все то, что утвердилось традицией использования технического
чертежа, будет, наверное, иметь значение до тех пор, пока ин-
теллект конструктора не подвергнется радикальным изменениям
под влиянием использования ЭВМ. Типичным традиционным эле-
ментом чертежной записи является упрощенная иконическая за-
пись.
Технический чертеж возник в результате упрощения икониче-
ской записи.
Язык технического чертежа составной. В нем можно выде-
лить:
О иконические знаки;
О чертежные символы;
О элементы обычного языка;
О язык (коды) записи комплекса размеров.
Эти элементы устанавливаются государственными и между-
народными стандартами.
6.3. Принципы и правила записи конструкции
Черты правильной записи, делающей достоверной оперативную
информацию, — однозначность, непротиворечивость и полнота.
В данном разделе мы выясним вопросы, относящиеся к запи-
си конструкции. Однако соответствующие правила и принципы
имеют значение и для любой другой технической документации.
В отношении записи конструкции выдвигаются в первую очередь
требования эффективной оперативности записи; эта запись не
должна допускать произвольной интерпретации.
Методы записи должны использовать:
О принцип однозначности (сообщение не должно требовать
интерпретации, т. е. выяснения и перевода);
О принцип непротиворечивости элементов записи (как усло-
вие согласованности);
О принцип полноты, имеющий особое значение для потреби-
теля записи; исходя из этого принципа, потребитель имеет право
Запись конструкции
121
считать, что данные записи необходимы и достаточны (примеры
использования этого принципа представлены в разд. 5.8).
Коммуникативность записи тем больше, чем шире известны
правила записи как формы сообщения.
Запись должна выполнять ряд формальных требований, пред-
ставляющих собой правила записи:
О вид знаков должен соответствовать целям информации:
проектной, конструкторской или инструктивной;
О число знаков должно быть необходимым и достаточным
для потребностей эффективной деятельности как потребителей,
так и машинных блоков приема информации;
С записи должны быть адекватны соответствующим мате-
риальным комплексам и должны иметь достаточно устойчивую
форму в пределах использования записи как средства информа-
ции.
Нельзя упускать из виду затраты на изготовление технической
документации и возможности ее изготовления.
Названные принципы и правила вытекают из соображений ин-
формативной целесообразности как основы существования запи-
си. Однако необходимо одновременно принимать во внимание
экономическую целесообразность и производственные возможно-
сти.
Затраты на изготовление технической документации в значи-
тельной степени связаны как с методикой обработки проектной
или конструкторской информации, так и с техникой составления
документации. У нас слишком мало внимания обращается на
различные элементы документации, в отношении которых должен
использоваться критерий устранения избыточности. Затраты, ко-
торые не обоснованы критериями эффективности (проектной, про-
изводственной или эксплуатационной'), с социальной точки зре-
ния недопустимы.
Материальные носители информации, а следовательно, и изде-
лия существенно влияют на способы записи конструкции.
Экономическая целесообразность показывает значение графи-
ческих упрощений, которые уменьшают число чертежных про-
цедур. Например, использование предусмотренного в нормах уп-
рощения первого уровня там, где достаточно упрощение второго
уровня, экономически нецелесообразно.
122
Глава 6
Из соображений производственных возможностей мы выводим
критерии выполнения технической документации. Использование
этих критериев позволяет осуществить оптимальный выбор из
альтернативных способов механизации записи и материалов,
применяемых для изготовления записей. Это становится важной
исследовательской задачей.
Макетирование способствует оптимальному использованию по-
мещений технических мегакомплексов.
Соображениями информационной полноты и производствен-
ных возможностей можно обосновать использование макетов в
проектно-конструкторском процессе. Применение макетов машин
(например, движущихся объектов) и помещений составляет ос-
нову проектного моделирования (макетирования). Графическая
запись конструкции мегакомплексов, в которых участвует мно-
жество машин и помещений, связанных сетью каналов связи,
затруднена необходимостью прорабатывать множество вариан-
тов, без которых оптимизация использования пространства мало-
вероятна. Операции на моделях технических средств ведут к
использованию миниатюрных макетов, образующих модель ме-
гакомплекса.
Сущность макетирования состоит в моделировании внешней
структуры мегакомплекса как целого. Благодаря миниатюриза-
ции облегчается работа пространственного воображения. Одно-
временно проводится выбор вариантов различных пространствен-
ных решений с учетом использования зданий, трубопроводов^
кабеля, различных конвейеров и т. и.
6.4. Сущность записи конструкции
Под графической записью конструкции понимаются главным
образом геометрические конструктивные характеристики.
В разд. 5.8 мы выяснили понятия геометрического конструк-
тивного вида и комплекса размеров. В свою очередь на рис. 6.2
представлен наглядный пример визуализации конструктивного
вида, на котором белой краской нанесен комплекс размеров. Это»
одновременно дает частичную запись конструкции, которая явля-
ется результатом макетирования. Комплекс размеров определяет
взаимное положение элементов мегакомплекса (технического»
средства для химической переработки). Фотографическая за-
пись— необходимое дополнение записи конструкции элементов,,
из которых должен быть изготовлен материальный мегакомплекс-
Запись конструкции
123
Фотографическая запись может заменить сборочные и компоно-
вочные чертежи.
Фотографическая техническая запись во многих случаях более
доходчива, нежели технический чертеж.
Рис. 6.2 иллюстрирует метод технической записи, служащей
для установления геометрической структуры сложных объектов.
Рис. 6.2. Макет с комплексом размеров.
Доходчивость фотографической записи достигается благодаря
тому, что модель можно фотографировать в любом ракурсе, без
труда достигая наиболее эффективной проекции и исключая
необходимость использования сложных методов начертательной
геометрии.
Таким образом, на основе технических чертежей и фотогра-
фической записи мы выявили сущность записи конструкции, ко-
торая опирается на два понятия:
О конструктивный вид;
О комплекс размеров.
Понятие записи конструкции адекватно понятию конструктив-
ной характеристики.
124
Глава 6
6.5. Запись конструктивного вида
Конструктивный вид образует класс внешних структур.
ружить различие между
Рис. 6.3. Заготовка (поковка)
и изготовленный шатун.
Конструктор начинает конструирование с выбора объема про-
странства, который займет его произведение.
Посмотрим на рис. 6.3. Удается ли с первого взгляда обна-
внешними структурами показанных объ-
ектов (шатуны двигателя внутреннего
сгорания)? Можно сказать, что кон-
фигурация этих двух объектов одина-
кова, несмотря на то, что при более
внимательном рассмотрении фотогра-
фии становится заметной разница
между внешними структурами заго-
товки (поковки) и шатуна после обра-
ботки.
Уделим еще немного внимания то-
му, что представлено на рис. 6.4. Это
записи конструктивного вида высоко-
оборотных двигателей швейцарской
фирмы «Зульцер». Видно, что геомет-
рические конфигурации этих двигате-
лей одинаковы.
Тем не менее, вероятно, мы заме-
тим определенное структурное раз-
личие— особенно между двигателем RD44/76 и остальными; одна-
ко в отношении существенных элементов двигателя — цилиндра,
поршня и узла шатуна — разница на первый взгляд незаметна.
Запись конструктивного вида основана на использовании разре-
зов, сечений и видов.
Разработку записи конструкции начинают с записи конструк-
тивного вида, обращая особое внимание на компоновку изделия;
при этом используют разрезы. Разрезы представлены на рис. 6.4 и
6.5. В очень большом числе случаев соответствующий подбор
разрезов позволяет ограничиться в записи конструкции исклю-
чительно ими. В некоторых случаях для составления записи тре-
буется внешний вид. На рис. 6.6 показана такая запись конструк-
тивного вида двигателя; дополнительные подробности этого кон-
структивного вида представлены на рис. 6.5.
RD90/155 RD76/155 RD68/125 RD56/100 RD99/76
119 119 135 ~ 150 170-190 215 - 250
2200-2300 1500-1600 1100-1333 760~917 050-567
900 760 680 f 560 990
Рис. 6.4. Типоразмерный ряд двигателей фирмы «Зульцер».
Рис. 6.5. Схематические разрезы высокооборотного двигателя А25 (изделие фирмы «Зульцер»),
Рис. 6.6. Общий вид двигателя А25 с основными размерами.
128
Глава 6
6.6. Запись комплекса размеров
Не всякий комплекс размеров имеет конструктивное значение.
На рис. 6.6 представлена запись комплекса размеров. Однако
.этот комплекс размеров не имеет конструктивного значения, по-
скольку размеры не описывают однозначно распределения струк-
тур как основы для изготовления. Конструктивно значимым счи-
тается комплекс размеров, относящихся преимущественно к об-
щим размерам машины, что имеет важное значение для конструк-
тора. Существует тесная связь между комплексом размеров и
конструктивным видом. С этой точки зрения оговорим правила
записи конструкции, учитывая, что однозначность, непротиворе-
чивость и полнота записи зависят главным образом от оптималь-
ного выбора комплекса размеров.
Особого внимания заслуживает вопрос совершенства чертежа
как записи конструкции.
В теории графической записи можно выделить правила сле-
дующих типов:
О предписывающие:
ф общие (соответствующего места и читаемости);
9 частные;
О ограничивающие.
Правила соответствующего места и правило читаемости состав-
ляют общие предписывающие правила.
Общие правила относятся в равной степени к комплексу раз-
меров и к записи конструктивного вида.
Правило соответствующего места указывает на такую связь
между конструктивным видом и комплексом размеров, которая
позволяет избежать разделения групп размеров, составляющих
логическое целое. Размещение размеров в случайных местах чер-
тежа противоречит логике создания комплекса размеров, а с
практической точки зрения ухудшает читаемость чертежа. К не-
верным указаниям и несоблюдению правила соответствующего
места обычно приходят, руководствуясь соображениями о том,
где всего проще поставить размер и как выполнить чертеж, что-
бы не было «пустых мест».
Правило читаемости имеет обобщенное значение, так как об-
ращает внимание на значение коммуникативности, и логически
Запись конструкции
129
вытекает из правила однозначности. Примером отступления от
правила читаемости может служить использование букв и цифр
слишком малых размеров в качестве условных обозначений или
отсутствие четкости линий, служащих графическим средством за-
писи комплекса размеров.
К частным предписывающим правилам относятся:
ф правило непосредственного размера;
О правило минимума размеров с малыми допусками;
ф правило общей размерной базы.
Правило непосредственного размера способствует повышению
точности изготовления.
На рис. 6.7 показаны два комплекса размеров. Комплекс а
дает сопоставление одинаковых размеров; он недопустим, так как
может привести к противоречию.
Рис. 6.7. Некорректный (а) и корректный (б) комплексы размеров.
Роль комплекса размеров в рассматриваемом примере осно-
вана на определении ширины канавки и ее положения относи-
тельно боковой кромки детали. Ширина канавки имеет особое
значение, так как от этого зависит точность работы направляю-
щей.
Согласно правилу непосредственного размера, задача выбора
комплекса размеров может быть записана следующим образом:
RWB => (аДс) V (а/\Ь)/\ ~\(Ь/\с). (6.1)
Исключение слишком малых допусков согласуется с экономиче-
ской целесообразностью.
Запись (6.1) выражает следующее: из правила непосредствен-
ного размера следует, что нужно использовать размеры а н с
или а и b (рис. 6.7,6), но не размеры b и с. Комплекс размеров,
определяемый знаком 1 , противоречит правилу непосредствен-
ного размера.
9—1147
130
Глава 6
Рис. 6.8. Иллюстрация ис-
пользования правила общей
размерной базы.
Правило минимума размеров с малыми допусками было сфор-
мулировано в результате более широкого понимания проблемы,
которую мы выявили в связи с уяснением правила непосредствен-
ного размера. Несоответствие правилу непосредственного разме-
ра есть одновременно и нарушение правила минимума размеров
с жесткими допусками, т. е. с малыми размерными отклонениями.
Правило общей размерной базы так-
же вытекает из принципа минимума раз-
меров с малыми допусками. Выделение
его имеет операционное значение, так как
это правило акцентирует внимание на
важности общей базы в сборном узле.
На рис. 6.8 представлена запись кон-
структивного вида узла машины вместе
с частью комплекса размеров. Функ-
ционирование узла требует малого от-
клонения положения торца элемента 2
относительно края соответствующей ка-
навки в элементе 1. Размеры а и b яв-
ляются непосредственными для элемен-
та / и соответственно для элемента 2,
общей же размерной базой служит пло-
скость Р — Р. Использование какого-
либо иного комплекса размеров приводит к необходимости ис-
пользования меньших допусков, которые придется подбирать с уче-
том отклонения положения в плоскости торца элемента 2 относи-
тельно края канавки в элементе 1.
К ограничивающим правилам относятся:
ф правило однократной записи информации;
ф правило исключения абстрактной размерной базы;
ф правило ограниченного использования одной размерной
базы;
ф правило ограниченного использования размерных цепей.
Неуверенность в отсутствии повторений вызывает излишние и
кропотливые процедуры.
Правило однократной записи информации на практике пони-
мается как предписание неповторения одного и того же размера.
Однако такое понимание ограничивает значение правила. В ши-
роком понимании это правило следует из принципа непротиво-
речивости. Повторение той же самой записи: вида, разреза, раз-
мера или словесной надписи может привести к противоречию.
Если будут проводиться изменения, то в случае соблюдения пра-
вила однократной записи однократное введение изменения исчер-
пывает все процедуры и не должно вызывать недоразумений.
Запись конструкции
131
Если же, напротив, существуют повторения, то изменение может
затронуть только одну запись (в общем случае—-не все), а из-за
этого может возникнуть противоречие.
Плоскости симметрии, оси тел вращения являются абстрактными
базами и не могут быть определены непосредственно с помощью
измерительных инструментов.
Правило исключения абстрактной размерной базы — принци-
пиальная потребность упрощения процедур измерения. Проиллю-
стрируем это примером задачи определения оси симметрии объек-
та, подлежащего обработке. В случае обработки отливок соответ-
ственно разметочным линиям, нанесенным на необработанной
поверхности (что в настоящее время может иметь место только в
индивидуальном производстве), размер, обозначенный относи-
тельно оси симметрии, обоснован, так как замер осуществляется
относительно реальной риски (т. е. не абстрактной базы). Однако
в других случаях, когда разметка заготовки не проводится, пло-
скости и оси симметрии представляют собой абстракции и не
создают материальной основы для измерительных инструментов.
В таких случаях оказываются необходимыми вспомогательные
приспособления, например призматические опоры.
Правила ограниченного использования одной размерной базы
и размерных цепей играют вспомогательную роль в отношении
предписывающих правил.
Правило ограниченного использования одной размерной базы
предостерегает от некритического использования одной базы.
Так, в случае ступенчатого элемента (например, валика) с точки
зрения очередности срезания слоев материала при изготовлении
ступенчатой части обтачиваемого элемента кажется удобным
выбрать одну размерную базу. Однако выбор размерной базы на
основе последовательности операций обработки может противо-
речить правилу непосредственного размера, что особенно важно
при назначении размеров с малыми допусками.
Правило ограниченного использования размерных цепей пред-
остерегает от злоупотребления измерительными методами. Раз-
мерная цепь допустима тогда, когда она образуется совокупно-
стью непосредственных размеров, что имеет место, например, в
случае повторяющихся строительных элементов (модулей). Од-
нако следует помнить, что даже в строительстве злоупотребление
размерными цепями может быть причиной накопления слишком
больших погрешностей номинального размера (шага) объекта,
который состоит из многочисленного ряда элементов.
9*
132
Глава 6
6.7. Машинная запись
Мы находимся в преддверии все более широкого использования
машинной записи.
Все более широкое применение ЭВМ позволяет пользоваться
ими в операциях, связанных с записью конструкции. Это обуслов-
ливает широкое употребление символической записи, основанной
на принципах языка записи, существенно отличного от «графиче-
ского»0.
Система символов и информационная система рассматрива-
ются в этих случаях как комплекс отношений преобразований
наборов символов в операционные сообщения.
'> Современный подход к записи конструкции связан не только с примене-
нием ЭВМ для ее получения, но и с проектированием элементов конструкции,
хранением и поиском конструкторской информации, а также с использованием
записи в производстве для управления оборудованием и непосредственного изго-
товления деталей и сборки узлов на автоматах. — Прим. ред.
7. СИСТЕМА, КОНСТРУКЦИЯ И ПРОЦЕСС
УДОВЛЕТВОРЕНИЯ ПОТРЕБНОСТЕЙ
7.0. Введение
Экономические потребности определяют направление социаль-
но-технической деятельности.
Процесс удовлетворения потребностей должен осуществляться
достаточно согласованными действиями. Недостаток согласованно-
сти увеличивает вероятность возникновения вредных последствий.
Задача проектировщика сводится в конечном счете к иссле-
дованию необходимости создания новых мегакомплексов и их
социального значения. Деятельность проектировщика должна
протекать в тесном сотрудничестве с экономистами и политика-
ми. В связи с этим нельзя не обратить внимания на то, что мно-
гие технические устройства в свете обоснованных критериев су-
ществования и развития не заслуживают того внимания, которое
мм уделяется. Этим проблемам посвящена гл. 13 книги.
В условиях современного бурно развивающегося мира все бо-
лее отчетливо начинает вырисовываться необходимость понима-
ния сущности и сложности процесса удовлетворения потребно-
стей. В настоящей главе делается попытка осветить сложность
такого процесса на основе понятий системы и конструкции. Ана-
лиз доводится до уровня производственных мегакомплексов и
мегакомплексов услуг, рассматриваемых с учетом капиталовло-
жений, поскольку материальные потребности людей удовлетво-
ряются производственными предприятиями и учреждениями
услуг.
7.1. Проектирование, конструирование
и капиталовложения
Необходимо научиться комплексно воспринимать сложные явле-
ния окружающей нас действительности, прежде всего те, которые
имеют социальное значение.
Процесс капиталовложений (инвестиций) тесно связан с по-
требностями и определяется ими. Эти потребности могут быть
актуальными или потенциальными. К актуальным потребностям
относятся те, которые начинают удовлетворяться с момента их
выявления. К потенциальным же потребностям относятся такие,
которые начинают вырисовываться в свете перспектив развития.
134
Глава 7
Инвестиционный процесс представляет собой очень сложную,
распределенную во времени и пространстве совокупность собы-
тий, что, однако, ни в коей мере не должно препятствовать комп-
лексному восприятию этого процесса. Уже в самом названии дан-
ной главы определен предмет деятельности проектировщиков
и конструкторов. Творческие действия, связанные с реализацией
определенных замыслов, представляют собой составную часть
комплексного социального явления — деятельности исследова-
тельско-проектно-конструкторско-внедренческих организаций.
Введение такого длинного термина продиктовано необходимостью
обратить внимание на диалектический смысл технического твор-
чества.
Чаще всего инвестиционный процесс направлен на создание
новых или на развитие уже существующих мегакомплексов. Он
требует больших материальных и временных затрат; при этом
деятельность инженеров имеет решающее значение.
Время — это наше богатство, однако, к сожалению, и оно не
безгранично.
На рис. 7.1 представлена модель инвестиционного процесса.
По существу это упрощенная запись информационной системы —
основы действия в процессе удовлетворения потребностей. Мо-
дель отражает важнейшие действия и их результаты, а также
информационные связи.
Информация о потенциальных потребностях представляет собой
совокупность гипотез. Трудности в формулировании этих гипотез
отражают несовпадение интересов различных социальных групп.
Весь процесс начинается с прогнозирования потребностей.
Прогнозирование должно быть закончено задолго до наступления
момента удовлетворения потребностей. Знания, связанные с
прогнозированием, обычно фрагментарны, т. е. неполны. Степень
гипотетичности информации зависит от временного интервала
прогнозирования 70. Сами гипотезы могут быть результатом:
ф экстраполяции факторов текущего состояния объектов;
ф выводов, сформулированных на основе комплекса крите-
риев, отвечающих прогнозированию будущего, рассматриваемо-
го как результат логической критической оценки существующего
состояния;
Ф потребностей общества (А. Тоффлер).
Хозяйственные планы и технические прогнозы образуют диалек-
тическое единство.
Система, конструкция и удовлетворение потребностей
135
Рис. 7.1. Модель инвестиционного процесса.
С разработки хозяйственных планов, собственно, начинается
деятельность практического значения, направленная на удовлет-
ворение будущих потребностей. Хозяйственные планы должны
разрабатываться в тесном единстве с техническими прогнозами,
в рамках которых необходимо выявить технические возможности,
136
Глава 7
т. е. возможности операций, обеспечивающих эксплуатацию тех-
нических средств. Такие прогнозы способствуют определению
направлений развития технических средств. Все это происходит
через некоторый временной промежуток с момента выявления
потребности. Однако задачи выявления потребности на этом не
заканчиваются. Время Т\, отделяющее разработку хозяйствен-
ных прогнозов от момента удовлетворения потребности, исполь-
зуется для проверки и усовершенствования гипотез. На интер-
вале времени То—Т\ следует обеспечить снижение уровня неоп-
ределенности.
Удовлетворение потребностей представляет собой открытую
задачу, т. е. такую, которая может постоянно дополняться и коррек-
тироваться.
Хозяйственные планы, подкрепленные выявленными техниче-
скими возможностями, становятся основой планирования капита-
ловложений. Эта последовательность процедур предпринимается
в благоприятных временных обстоятельствах, мерой которых слу-
жит время Т2, отделяющее планируемые инвестиции от момента
удовлетворения потребностей. Методы планирования капитало-
вложений должны опираться на результаты научных исследо-
ваний.
Оптимизация конструкции технических средств — это ключевая
хозяйственная проблема.
Из технических прогнозов, выполняемых в тесной связи с
хозяйственными прогнозами, берут свое начало научные исследо-
вания, которые во все большей мере играют социально значи-
мую роль1». При планировании разработки новой техники — дея-
тельности, опирающейся на научные исследования, —- анализи-
руется эффективность старых конструкций и путем конструиро-
вания создаются новые и совершенствуются существующие кон-
струкции.
” Научные исследования играют несколько более сложную роль, чем та, ко-
торая им отведена в схеме автора. Часть научно-исследовательских работ (НИР)
действительно начинается с технического прогнозирования и им определяется.
Вместе с тем многие научно-исследовательские работы фундаментального харак-
тера (в областях как естественных, так и технических наук) ведутся более неза-
висимо и сами в значительной степени направляют техническое прогнозирование,
создавая для него определенную базу.
Таким образом, связи в цепи наука — техника — производство носят сложный
диалектический характер и действуют как в прямом, так и обратном направле-
нии. — Прим. ред.
Система, конструкция и удовлетворение потребностей
137
Разнородность конструкций пределяется характерными для
данного периода исследовательскими, творческими и производст-
венными, т. е. социально-хозяйственными, возможностями.
Время Т3, по существу, имеет критически важное значение;
ему соответствует период технического проектирования. Эта дея-
тельность сопряжена с многочисленными операционными реше-
ниями. Осуществляемый при проектировании выбор технических
возможностей обеспечивает соответствующее удовлетворение
потребностей. Техническое проектирование на этой стадии дает
особо важные результаты. К ним относятся: система, рассматри-
ваемая как свойство инвестируемого объекта, а также основные
конструктивные характеристики. Проектирование существенным
образом влияет на конструирование, которое на данной стадии
включает:
ф выбор старых конструкций, т. е. конструкций, существую-
щих и обеспечивающих изготовление применяемых технических
средств;
ф совершенствование существующих конструкций, т. е. вне-
сение изменений в них с учетом новых критериев;
ф создание новых, т. е. таких конструкций, которые не явля-
ются модификацией существующих, а представляют собой логи-
ческий результат использования нового комплекса критериев, вы-
текающих в свою очередь из оценки актуальных потребностей;
ф разработку вспомогательных конструкций, т. е. таких, ко-
торые создаются в тесной связи с частными требованиями инве-
стируемого объекта.
Эффективность обратных связей зависит от резерва времени и
социально-хозяйственных отношений.
Использование при создании инвестируемых объектов техни-
ческих средств старой конструкции обычно диктуется хозяйствен-
ными требованиями. Чаще всего это вызывается недостатком
времени и проектно-производственной рутиной. Однако случает-
ся, что причиной такого технического консерватизма оказывается
отсутствие соответствующей информационной системы и прежде
всего необходимых обратных связей. На обозначениях информа-
ционных связей рис. 7.1 стрелки не показаны, так как в данном
случае мы имеем дело с двусторонними связями. Спроектирован-
ная система, как уже указывалось, служит основой конструиро-
вания, ибо конструкция — это логическое следствие системы.
Влияние системы на конструкцию показано на рис. 7.1 в виде
стрелок, направленных на:
О усовершенствованные конструкции;
138
Глава 7
О новые конструкции;
О вспомогательные конструкции.
Необходимо уделять должное внимание обратным связям меж-
ду конструированием и проектированием.
Влияние системы на конструкцию реализуется посредством
директив, содержащихся в техническом проекте. Значение непо-
средственных операционных и логических связей между проекти-
рованием и конструированием, к сожалению, у нас недооцени-
вается; это свидетельствует о недостаточно эффективной органи-
зационной структуре творческих технических организаций.
Разработанная техническая система обусловливает принятие
соответствующих конструктивных решений. На их основе осу-
ществляется производство технических средств, что в свою оче-
редь обеспечивает создание технического мегакомплекса в соот-
ветствии с инвестициями.
Система, т. е. абстракция, синтезированная в соответствии с по-
требностями, должна использоваться в качестве основы для критиче-
ской оценки существенной части социально-хозяйственных комплек-
сов, направленных на удовлетворение потребностей.
Удовлетворение потребностей оказывается возможным благо-
даря эксплуатации технических средств. Это одна из стадий про-
верки правильности любых гипотез, принимаемых в творческом
и производственном процессах.
Представленная на рис. 7.1 модель не отражает существен-
ных обратных связей между эксплуатацией и производством
(строительством), проектированием, конструированием и плани-
рованием. Эта проблема будет освещена в последующих главах
данной книги. Если бы на рис. 7.1 мы учли эти связи, то обнару-
жили бы, что рассматриваемая модель представляет собой запись
информационной системы, определяющей инвестиционный про-
цесс. Читатель, более глубоко интересующийся проблемами твор-
ческой технической деятельности, может сопоставить эту модель
с рис. 3.10.
7.2. Постепенное увеличение области
технико-экономических действий
Величина области зависит от ширины и глубины, т. е. от направ-
ления и масштаба исследований и операционных задач.
Система, конструкция и удовлетворение потребностей
139
Показанная на рис. 7.1 информационная система относится к
решению технических и экономических задач. Выявление потреб-
ностей, планирование и проектирование должны учитывать кри-
терии затрат, т. е. экономические критерии, а также — в каждом
конкретном случае — и социальные критерии.
Здесь следует указать на проблему постепенного увеличения
области действий, которая имеет методологическое значение. При
этом всегда необходимо принимать во внимание затраты времени
и средств, которые общество может себе позволить для решения
той или иной технической задачи.
Не все субъективные потребности могут и должны удовлетво-
ряться.
Рис. 7.2 иллюстрирует постепенное расширение области
действий. С пространственно-временной точки зрения наиболее
широка область действий, направленных на выявление потреб-
Рис. 7.2. Модель области технико-экономических действий в процессе удовлетво-
рения потребностей.
140
Глава 7
ностей. В данном случае мы имеем дело с материальными по-
требностями. Однако эти потребности — результат не только ма-
териальных, но в равной степени культурных или вообще духов-
ных потребностей. Ширина области может быть настолько боль-
шой, что не все зоны исследуемого пространства в одинаковой
степени будут исследованы и описаны.
Проблема потребностей содержит в себе и моральный аспект.
Термин «прогнозирование потребностей» связан с задачей
распознавания и выбора. Регистрация всех возможных потребно-
стей, по-видимому, теоретически оправданна, поскольку в процессе
распознавания не следует заранее отбрасывать какие-либо по-
требности из перечня. Перечень потребностей должен содержать
как действительно социально признанные, так и всевозможные
субъективныее потребности. Прогнозирование потребностей, нуж-
дающихся в удовлетворении, представляет собой весьма значи-
мую социальную процедуру, связанную с большой ответствен-
ностью. Мнения относительно-углубления области действий могут
быть диаметрально противоположными, так как здесь мы сопри-
касаемся уже с моральным аспектом проблемы, на который до
настоящего времени экономисты и инженеры почти не обращали
внимания.
Возможность углубленного подхода к решению задачи обратно
пропорциональна широте.
Хозяйственные прогнозы должны охватывать весь диапазон,
соответствующий принятому перечню потребностей, упорядочен-
ному в соответствии с их важностью для жизни и развития об-
щества. Однако следует отметить, что на практике картина вы-
глядит по-другому. Эта стадия технико-экономической деятель-
ности нуждается в формулировании критериев выбора
потребностей, которые должны быть удовлетворены в первую
очередь. Хозяйственные прогнозы требуют глубокого подхода к
проблемам удовлетворения потребностей. При этом прежде всего
необходимо учитывать материальные ресурсы, а также творче-
ские и производственные возможности.
Проектирование прежде всего должно учитывать социальные
критерии. Конструирование же оставляет за собой разработку и де-
тальный учет технико-экономических критериев.
Планирование инвестиций является практическим результатом
хозяйственного прогноза (который также имеет форму планиро-
Система, конструкция и удовлетворение потребностей 141
вания), однако при этом учитываются всевозможные конкретные
обстоятельства проектирования, конструирования и изготовления
технических средств. Именно по этим причинам сфера планиро-
вания инвестиций оказывается меньшей, чем сфера хозяйствен-
ного прогнозирования. Учет же всевозможных конкретных ситуа-
ций означает углубление подхода к инвестиционной задаче.
Как было отмечено в разд. 7.1, проектирование решающим
образом обусловливает техническую эффективность удовлетворе-
ния потребностей с помощью планируемого объекта инвестиций.
Глубина подхода к проектной задаче обеспечивается путем вы-
бора соответствующего социально-технического комплекса крите-
риев, который должен быть определен на предыдущих стадиях
инвестиционной деятельности.
Конструирование представляет собой процесс, обеспечиваю-
щий придание изделиям желаемых свойств. Эти изделия в рас-
сматриваемом случае должны превратиться в технические сред-
ства, предназначаемые для строительства объекта, служащего
предметом инвестиций. Диапазон операций этого процесса уста-
новлен в проекте. Однако с учетом ответственности конструктора
этот диапазон нуждается в его одобрении. Указанный принцип
отражает взаимодействие и совместную ответственность конст-
руктора и проектировщика.
Несмотря на все многообразие технико-экономических дейст-
вий, их социальное значение сводится прежде всего к тому, что
они должны служить удовлетворению потребностей путем про-
изводства и эксплуатации технических средств, обеспечивающих
развитие человека и общества.
7.3. Проектирование в самом широком смысле
Различные уровни обобщения сложных задач облегчают их по-
нимание и трактовку.
Объектом проектирования являются свойства технических
средств и отношений между ними, рассматриваемых с позиций про-
изводственных целей или целей обслуживания.
Можно считать, что самые общие задачи проектирования сво-
дятся к ответу на два вопроса:
О каковы цели проектирования?
О на чем основывается проектирование?
При формулировке ответов воспользуемся конкретным приме-
ром — пусть им будем машиностроительный завод. Этот завод
должен включать цехи механической и термической обработки, а
также сборочные цехи. Необходимы также металлообрабатываю-
щие станки, различные инструменты, нагревательные печи, транс-
портные средства, различного рода вспомогательное оборудова-
142
Глава 7
ъие типа подъездных путей, дорог, зданий, устройств энергопи-
тания и социально-бытового назначения и т. п. Если в соответст-
вии с традиционными решениями завод имеет возможность про-
изводить заготовки, то необходимы литейный цех и сварочные
участки.
Эффективность перечисленных технических средств будет
тем выше, чем лучше они соответствуют намеченным производст-
венным целям. Применительно к другим объектам могут появ-
ляться и другие цели (например, цели обслуживания). Однако
эффективность предопределяется не только видами и числом
технических средств, но и отношениями между этими средствами,
которые определяются как отношения связей в технической сис-
теме, представляющей собой основу производственной деятель-
ности.
На машиностроительных заводах внешним проявлением от-
ношений между техническими средствами (например, между
машинами) могут быть обрабатывающие линии (конвейеры).
Следует обратить внимание на сложность взаимосвязей между
техническими средствами. Здесь приходится иметь дело с опера-
ционными планами, выбором транспортных средств и средств
управления производственными процессами.
Проект должен отражать все то, что проектировщик может
знать об условиях эффективного действия, рассматриваемых с уче-
том сложности целей.
Проект должен отражать всевозможные существенные для
функционирования завода свойства и особенности технических
средств, включая при этом и указания, относящиеся к условиям,
необходимым для достижения технической и экономической эф-
фективности, заложенной в проекте. Поэтому проект должен
включать технические описания и экономический анализ.
Воспользовавшись языком практики проектирования, мы мо-
жем сказать, что объект проектирования охватывает:
О технические средства;
О отношения между средствами;
О цели производства или обслуживания.
Критериями их оценки служат технические и экономические
результаты (рис. 7.3).
Функционирование завода зависит от эффективности затрат
на строительство самого завода и обеспечение соответствующих
внешних условий. Отметим важнейшие элементы, которые харак-
теризуют внешние условия. К ним относятся:
ф социальные условия;
ф транспортные и коммуникационные связи; _
ф снабжение водой, воздухом, электроэнергией и т. п.;
Система, конструкция и удовлетворение потребностей
143
ф климатические, географические и территориальные усло-
вия;
ф условия сбыта изделий и потребности в услугах;
Результаты
Рис. 7.3. Объект проектирования при обобщенном рассмотрении.
ф условия поставки материалов, полуфабрикатов и различ-
ного сырья.
Техническое проектирование не ограничивается решением тех-
нических задач. Оно в равной степени требует решения экономиче-
ских вопросов.
Вышеназванные факторы вместе с техническими средствами и
отношениями между ними подчинены социально-организационным
критериям.
Проект может служить основой инвестиций лишь в том слу-
чае, когда затраты, необходимые для реализации предусмотрен-
ного проектом объекта, не переходят границ, предусмотренных
выбранными критериями.
144
Глава 7
Ограничиваясь самым общим подходом к проектированию, мы
•можем сформулировать следующие определения технического
проектирования.
Проектирование сводится к решению экономических и техни-
ческих задач выбора технических, социальных и финансовых
средств, необходимых для достижения целей производства или
обслуживания, обеспечивающих требуемые технико-социальные
результаты.
Проектирование основывается на таком выборе технических
средств и установлении между ними таких отношений, при кото-
рых созданный в определенных условиях технический мегакомп-
лекс обеспечивал бы достижение поставленной цели. При этом
затраты не должны превышать допустимых.
Ответственность за превышение предусмотренных проектом за-
трат становится важной социальной проблемой.
Есть смысл задаться вопросом: «Насколько жестко выполня-
ется в хозяйственной деятельности последняя часть определе-
ния?» В качестве примера суровых требований, предъявляемых
в этой части, приведем выдержку из X книги Витрувия, написан-
ной около двух тысяч лет тому назад.
«Архитектор, приступающий к выполнению государственного
заказа, заранее определяет стоимость его выполнения. После
представления сметы его состояние переходит в руки государства,
и это длится до тех пор, пока работа не будет выполнена. После
этого, в случае если затраты не превышают сметы, архитектор
получает похвальный лист и знаки отличия. Если архитектор
превысил смету менее чем на одну четверть, то эти затраты по-
крывает государство, и исполнителя не ждет никакое наказание.
Если же архитектор превысил смету более чем на одну четверть,
то он должен покрыть разницу за свой счет».
Формально при капиталистических отношениях это правило
сохранилось до сегодняшнего дня. У нас же часто за последствия
таких ошибок расплачивается общество.
7.4. Системное единство производства
и эксплуатации
Рассмотрение системы как свойства позволяет сформулировать
определение функционирования сложных мегакомплексов.
Любой объект, как и любое событие, может иметь множество
различных черт. В предыдущих разделах было дано описание
инвестиционного процесса при самом общем, неформализованном
Система, конструкция и удовлетворение потребностей 145
подходе. В этом описании показано значение конструкции и сис-
темы, рассматриваемых как свойства инвестиционного объекта—
технического мегакомплекса, обеспечивающего решение задачи
удовлетворения потребностей. Одновременно была установлена
последовательность операционных элементов инвестиционного
процесса, к которым относятся:
О проектирование;
О конструирование;
О изготовление (строительство);
О эксплуатация.
Между изготовлением и эксплуатацией существует тесная взаи-
мосвязь.
Рассмотрением вопросов, относящихся к действиям с замысла-
ми (рис. 3.11), мы займемся в последующих главах. Здесь мы
хотели бы обратить внимание на единство изготовления и экс-
плуатации.
В разд. 7.3 дана зарисовка технических средств, представляю-
щих собой производственный мегакомплекс. Проблема единства,
которую можно было бы назвать проблемой системного единства,
основывается на том, что производственный мегакомплекс дол-
жен обладать двумя свойствами, к которым относятся:
О производственная система;
О эксплуатационная система.
Современное проектирование должно обеспечивать удовле-
творение требований производственной и эксплуатационной систем.
При проектировании производственных предприятий, а также
обслуживающих комплексов до настоящего времени на первое
место выдвигались и решались проблемы производственных и об-
служивающих систем.
На рис. 7.3 указано на два объекта проектирования;
О технические средства;
О отношения между средствами.
Возможности производственной системы обусловлены оптими-
зацией эксплуатационной системы.
При системном подходе существенным свойством технических
средств являются отношения преобразований, которые охватыва-
ют переработку и перемещение (разд. 3.3). Отношения между
техническими средствами реализуются на основе связей. Преоб-
разования и связи выбираются с учетом производственного про-
10-1147
146
Глава 7
цесса. Однако производство требует соответствующей эксплуата-
ции технических средств, на что преимущественно влияют:
ф реализация эргономических и социальных требований;
ф способ использования средств с общетехнических позиций;
Ф содержание средств, цель которого сводится к обеспечению
надежности;
ф профилактические ремонты;
ф устранение текущих отказов.
Капиталовложения и предвидимые затраты на эксплуатацию
технических средств представляют собой диалектическое единство
народнохозяйственного значения.
В соответствии с оптимальной эксплуатационной системой
действие технических средств требует определенных затрат. Пре-
небрежение этим фактом приводит к преждевременной утрате
эффективности технических средств.
Эксплуатационная система представляет собой комплекс от-
ношений энергетических, массовых и информационных преобразо-
ваний. Этот комплекс нетрудно выявить при сопоставлении задач,
вытекающих из требований эксплуатации, с разновидностями
отношений. В данном случае мы сопоставляем лишь эргономиче-
ские требования с отношениями информационных преобразо-
ваний.
Производственная и эксплуатационная системы отнюдь не
находятся в противоречии, а, напротив, выступают как взаимо-
поддерживающие. Оптимизация объекта в свете критериев соци-
ально-технической адекватности требует согласования производ-
ственного процесса с эксплуатационным.
Таким образом, производство и эксплуатация — это два само-
стоятельных процесса, реализуемых с помощью одних и тех же
технических средств и с позиций тех же самых средств.
Удовлетворение потребностей с помощью технических средств
представляет собой бесконечную цепь тесно связанных между
собой звеньев. Большим социальным злом была бы ситуация
автономного развития такой цепи, ибо это угрожало бы подчи-
нить человека техническим средствам. Задачи инженеров, эконо-
мистов, хозяйственников и других специалистов должны сводить-
ся к неустанному исследованию значения всевозможных звеньев
производственной цепи.
Т.Ъ. Значение решений в процессе
удовлетворения потребностей
В процессе удовлетворения потребностей осознанно принятые
решения имеют огромное социальное значение.
Система, конструкция и удовлетворение потребностей
147
Представленная на рис. 7.1 модель не отражает процедур,
которые имеют особое значение в свете положений разд. 7.4.
Здесь мы имеем в виду поочередно принимаемые решения, что
легче всего показать при рассмотрении последовательности дей-
ствий в процессе удовлетворения потребностей.
Любая сколь-нибудь значимая стадия действия требует своевре-
менного принятия решений относительно разрешения или запреще-
ния действия.
Рациональные решения всегда снижают случайность действия.
Чем раньше обнаружится необходимость возврата к более ран-
ним стадиям, тем ниже народнохозяйственные потери.
Принятие решений относится к наиважнейшим проблемам в
методологии проектирования и конструирования. Рассмотрим та-
кой комплекс решений, который непосредственно связан с изло-
женными выше соображениями. Введем соответствующие обозна-
чения, которыми мы будем пользоваться всюду, где будет в этом
необходимость. Нижеследующее описание отражает несколько
расширенный подход по сравнению с моделью, представленной
на рис. 7.1. Интересующую нас последовательность представим
следующим образом:
гр — выявление потребности;
dr—решение (или его отсутствие) относительно дальнейшего
использования результатов выявления потребности;
pg—планирование действий с учетом признания необхо-
димости удовлетворения потребности;
dp—оценка плана и решение (или его отсутствие) относи-
тельно его реализации;
рг — проектирование системы;
ds — оценка проекта и решение (или его отсутствие) относи-
тельно использования проекта как основы конструирования;
ks~ конструирование технических средств или выбор сущест-
вующих конструкций технических средств;
dk — оценка конструкции и решение (или его отсутствие) от-
носительно использования конструкции для изготовления или
приобретения технических средств;
wt—изготовление или приобретение технических средств;
dw — оценка изделия и решение (или его отсутствие) относи-
тельно принятия изделия в эксплуатацию в виде технического
средства;
bd — исследование технического средства в период эксплуа-
тации;
db — анализ результатов эксплуатационных исследований и
разработка предложений для проектировщиков, конструкторов и
изготовителей.
10*
148
Глава 7
Этот процесс имеет итерационный характер, поскольку в нем
действуют обратные связи. Выражение «или его отсутствие»
указывает на возможность отсутствия основ для решения относи-
тельно действия на очередной стадии процесса. Следствием этого
может быть:
О либо рекомендация о возврате к одной из предыдущих ста-
дий (с четким указанием критериев, которые должны стать ос-
новой повторной разработки), или о повторном исследовании
комплекса критериев;
О либо решение о прекращении действия.
Решение о прекращении действия может быть вызвано:
О либо изменившимися по сравнению с теми, которые ранее
принимались во внимание, социально-хозяйственными обстоятель-
ствами;
О либо признанием факта принятия на предыдущих стадиях
необоснованных решений в период разработки плана, систе-
мы или конструкции.
Основой решений должно быть правило соответствующего
выбора комплекса критериев. Без такой основы могут оказаться
принятыми решения, которые с большой долей вероятности ока-
жутся случайными.
7.6. Информационная система как основа
сложного действия
Чем более сложным становится действие, тем большую роль
играет информационная система.
Во всех разделах гл. 7 обращалось внимание на сложность
процесса удовлетворения потребностей, связанных с использова-
нием новых технических средств. Существенное значение для
действия играют информационные связи. Отсутствие таких связей
снижает рациональность действия.
Монолог теряет свое социальное значение в современном мире,
а диалог требует двусторонних связей. В некоторых случаях тре-
буется полный оборот информационного потока.
Хорошо известные на практике недостатки каналов прохожде-
ния информации делают полезным описание еще одной модели
информационной системы с тщательным учетом отношения свя-
зей. На рис. 7.4 приведена комплексная система, обозначенная в
соответствии с формулировками разд. 7.5. Кроме того, показаны
знаки отношения связей между составляющими системами, рас-
Система, конструкция и удовлетворение потребностей
149^
сматриваемыми как комплексы отношений операционных преоб-
разований. Комплексные системы не следует рассматривать как
тождественные организационным операционным, комплексам, ибо
различные организационные комплексы могут иметь в качестве
основы систему, упрощенная мо-
дель которой представлена на
рис. 7.4.
Для того чтобы упростить
словесное описание связей и их
значения, будем обращать вни-
мание на процессы, реализован-
ные соответственно с указанны-
ми системами, пользуясь теми
же самыми обозначениями: вме-
сто «системы исследовательского
комплекса», рассматриваемой в
качестве системы, будем писать,
например, просто «исследова-
ния».
Все то, что имеет значение
для социально-технической аде-
кватности технических средств,
служащих удовлетворению по-
требностей, например эксплуа-
Рис. 7.4. Модель отношений связи в>
комплексной системе.
тация ер в сфере удовлетворения потребностей, становится одним
из объектов проектирования рг и конструирования ks, а также
исследования bd. Необходимым условием этого является сущест-
вование показанных на рис. 7.4 связей. Эти связи могут быть
двусторонними или односторонними. Связь должна существовать
между проектированием рг, конструированием ks и эксплуата-
цией ер в сфере потребностей, ибо необходимым условием явля-
ется распознание потребности. Стрелка к рг и ks означает приток
информации из сферы потребностей, а стрелки к ер — влияние на
процесс эксплуатации.
Особо важное значение имеют проектирование рг и конструи-
рование ks. Однако это оказывается справедливым лишь тогда,,
когда реализация соответствует отношению связи с исследовани-
ем bd. Именно поэтому термином «исследовательско-проектно-
конструкторско-внедренческий процесс» мы как бы подчеркиваем-
значение необходимого единства операционных действий — столь-
существенных при удовлетворении потребностей.
Техническое творчество требует рационализации, которая стано-
вится возможной в результате проведения научных и практических/
исследований.
150
Глава 7
Между рг, ks и bd должны существовать двусторонние связи.
Проектирование и конструирование дают информацию об иссле-
дованиях, которые необходимы для рационализации системы и
конструкции. Таким образом, творческий операционный процесс
•влияет на ход исследований. В процессе проектирования и конст-
руирования выявляются различные проблемы, возникают различ-
ные вопросы, на которые может ответить только исследователь.
Постулаты операционного творчества, адресуемые исследова-
телю, обусловливают прохождение потока информации в обрат-
ном направлении. Поэтому между проектировщиками и конст-
рукторами, с одной стороны, и между исследователями — с дру-
гой, должен существовать диалог, обеспечивающий необходимое
в данной ситуации взаимопонимание.
В процессе удовлетворения потребностей проектирование и кон-
струирование занимают центральное место.
В отдельных случаях проектировщик или конструктор берет
на себя и исследовательские задачи. В таком случае двусторонняя
•связь устанавливается сама по себе, так как она проявляется в
одном лице.
Основополагающее значение проектирования и конструирования
реализуется благодаря двусторонним связям.
Проектировщики являются творцами концепций свойств тех-
нических средств. Они должны быть полностью подготовлены
для проведения анализа возможности удовлетворения потребно-
стей путем использования технических средств. Таким образом,
в процессе исследования потребностей исследователи имеют под-
держку со стороны творцов технических средств. Необходимым
условием рациональности действий при исследовании потребно-
стей является сотрудничество проектировщиков, конструкторов и
исследователей, ибо в конечном счете именно проектировщики и
конструкторы несут ответственность за социально-техническую
адекватность машин, помещений и технических мегакомплексов.
Исследовательская система bd связана с производственной
системой wt. Сотрудничающие с проектировщиками и конструк-
торами исследователи должны стремиться к получению такой
информации, которая существенна для производственного про-
цесса. Однако исследователи не влияют непосредственно на про-
изводство, в результате чего здесь имеет место односторонняя
направленность связи, т. е. от wt к bd.
Система, конструкция и удовлетворение потребностей 151
Чрезвычайно важна способность воспринимать ^информацию и
информировать других.
Системы рг и ks двусторонне связаны со всеми остальными
составляющими системами. Поэтому действия этих систем имеют
особо важное значение. Проектировщик и конструктор:
О пользуются всевозможной информацией как в результате
собственных действий, так и благодаря действиям, опирающимся
на другие системы;
О информируют взаимодействующие комплексы, существенно
влияя на их эффективность.
Моделью, представленной на рис. 7.4, мы проиллюстрировали
особенности исследовательской системы bd, составляющей осно-
ву процедур, непосредственно направленных на решение задач
удовлетворения потребностей. Такая разновидность исследова-
ний называется прикладными исследованиями.
8. ОПТИМИЗАЦИЯ
8.0. Введение
Активность и стремление к знаниям объясняются желанием по-
вышать эффективность действий.
Несмотря на то что довольно часто можно встретиться с по-
пытками узкого подхода к проблеме оптимизации, следует при-
знать всю широту области, охватываемой указанной проблемой,
ибо это отвечает интересам человека и общества (хотя мы не
всегда отдаем себе в этом отчет).
Если область оптимизации ограничить задачами инженерной
практики, то можно отметить два основополагающих правила
технического действия:
О получение желаемого эффекта при минимуме затрат;
О получение максимального эффекта при использовании за-
данных ограниченных ресурсов.
Эти правила обрели значение экономических законов. Иногда
можно встретиться с ошибочной трактовкой этих правил: «полу-
чение максимального эффекта при минимуме затрат». Однако
такая трактовка логически противоречива и ее требования невоз-
можно выполнить.
Оптимизация действия, объекта или его отдельной характери-
стики означает выбор из множества возможностей. Этот выбор осу-
ществляется в соответствии с принятыми критериями.
Анализируя правила технического действия, мы можем опре-
делить существенное свойство этого действия. Этим свойством яв-
ляется отношение к критерию, которым может быть:
О минимизация затрат либо
О максимизация эффекта.
Использование этих критериев позволяет осуществить оптими-
зацию. С другой стороны, оптимизация, рассматриваемая как
рациональная процедура, возможна лишь тогда, когда существу-
ют различные варианты и принятые критерии выбора.
Чем шире область возможных решений и чем более удачно вы-
браны критерии, тем больше вероятность нахождения абсолют-
ного оптимума. Практически мы всегда определяем относитель-
ный оптимум, поскольку выбор критериев никогда не бывает
идеальным, а область возможностей всегда ограниченна.
Оптимизация
153
8.1. Стремление к оптимизации — врожденная
человеческая склонность
Сознательно или неосознанно мы всегда стремимся к оптимиза-
ции действия.
Ошибки и неудачи являются следствием выбора неправильных
критериев.
Рис. 8.1. Дороги на местности с различ-
ной проходимостью.
Один из создателей основ научной организации труда замеча-
тельный ученый Кароль Адамецкий (1866—1933 гг.), читая лек-
цию в Варшавском политех-
ническом институте, привел
пример врожденных склонно-
стей человека к оптимизации
действия. Опишем этот при-
мер, воспользовавшись рис.
8.1. Рассматривались дороги,
соединяющие рыбацкий по-
селок с причалом лодок для
ловли рыбы. На рис. 8.1 точ-
ка А указывает на начало
пути из поселка, а точка В—
на место расположения при-
чала. Дорога до причала со-
ответствовала не прямой АВ,
проходящей через точку С', а
ломаной, проходящей через
точку С. Этот путь представля
стремления к минимизации труда по преодолению пути из точ-
ки А в точку В. Эта минимизация учитывает различные сопро-
тивления движению по лугу и песчаному пляжу.
Запишем в аналитической форме то, что практически ощуща-
ли рыбаки. Запись может быть представлена в следующем виде:
£=aa-|-Pb, (8.1)
--------* 1) => (С-------- С' => £мин), (8.2)
(4------------------------------------------> оо) => (С-> С" => £мин), (8.3)
собой результат инстинктивного
где а — длина участка дороги на лугу; Ъ — длина участка дороги
на пляже; а — коэффициент затрат энергии на лугу; р— коэффи-
циент затрат энергии на пляже; Е — затрата энергии на преодо-
ление дороги АСВ.
При одинаковых коэффициентах затрат энергии [зависимость
(8.2)] дорога АВ выглядела бы в виде прямой линии АС'В. При
454
Глава 8
условии, что песок на пляже очень сыпучий, самой короткой до-
рогой через пляж был бы путь АС"В. Логическую зависимость
(8.2) можно выразить и другим способом: если отношение р к
а стремится к 1, а С стремится к С", то в результате получается
£Мин. Зависимость (8.3) соответствует заключению: если отноше-
ние акр стремится к 0, а С стремится к С", то в результате
получается ЕМ1Ш.
8.2. Формальные условия оптимизации
при обобщенном подходе
Задача оптимизации существует лишь тогда, когда существует
область возможных решений.
Обобщение может быть проведено на основе анализа примера,
описанного с помощью рис. 8.1. В результате этого анализа мож-
Рис. 8.2. Формальная схема оптимизации.
О существует много вариантов решения задачи преодоления
расстояния от поселка до причала;
О существует критерий в виде затрат энергии на прохожде-
ние этого пути.
Следовательно, задача оптимизации существует, так как выбор
дороги не очевиден и не однозначен.
Формальный подход проиллюстрируем с помощью рис. 8.2.
Если существует задача, требующая решения, то необходимо:
О рассмотреть любую возможность ее решения, что может
быть осуществлено путем выбора среди известных решений и
{или) поиска новых возможных решений;
Оптимизация
155
О установить основы оценки, необходимой для рационально-
го выбора, т. е. использовать соответствующие данной задаче
критерии.
Использование единиц измерений и мер облегчает процесс
оптимизации.
Отметим, что в рассмотренном случае могут быть измерены
затраты энергии рыбаков на преодоление пути. Однако в боль-
шинстве практических случаев существуют лишь ограничиваю-
щие критерии. В таких случаях мерой служит граница, которую
не следует переступать.
Критерии имеют эвристическую силу.
Переходя границы формального подхода к оптимизации, сле-
дует обратить внимание на то, что мы называем областью воз-
можных решений. От размеров этой области зависит возможность
приближения к абсолютному оптимуму. В результате этого воз-
никает задача создания области возможных решений, для реше-
ния которой могут быть использованы логические и эвристиче-
ские методы.
Творчество решающим образом зависит от умения использовать
эвристические методы.
Эвристические методы повышают возможности поиска и от-
крытия в тех случаях, когда оказываются недостаточными логи-
ческие методы, обеспечивающие в принципе получение решений
путем дедукции. В эвристических методах огромное значение
имеет интуитивное мышление, существенным образом отличаю-
щееся от мышления, которое опирается на логические действия.
Здесь уместно напомнить, что уже древнегреческие философы
при решении математических задач заложили основы теории ин-
туитивного мышления.
8.3. Сущность выбора
Выбор служит основой оптимизации. Значимость выбранного
решения зависит от способа выбора.
Выбор решения является ключевой процедурой процесса оп-
тимизации. Возможные решения используются в процедуре выбо-
156
Глава 8
ра (ср. разд. 7.5). Важную роль играет способ осуществления
выбора, если выбор не очевиден и не однозначен.
Придание техническим средствам определенных свойств требует
критериального выбора.
Обобщая вышесказанное, можно сделать вывод, что решения
относятся к действиям, которые предпринимаются уже после осу-
ществления определенных процедур. Примером таких процедур
могут служить элементы оптимизирующего действия. Решения
могут приниматься на основе различного рода выбора. К ним от-
носятся:
ф критериальный выбор;
ф волевой выбор;
ф случайный выбор.
В случае отсутствия информации метод проб и ошибок может
быть использован для выхода из трудной ситуации.
Очевидной методологической предпосылкой случайного выбо-
ра оказывается минимизация области выбора. Примером этого
может быть выбор пути на распутье в случае, если нет дорожных
указателей и признаков, которые позволили бы оценить вероят-
ность правильного выбора пути. Наличие таких признаков хотя
бы в какой-то мере могло бы иметь значение критериального
выбора. Примером случайного выбора явился бы выбор пути,
основанный на подбрасывании монеты. Обоснованием такого по-
ступка могло бы быть полное незнание, а посему и полная неуве-
ренность при острой необходимости отправиться в путь. Это
сопряжено с риском допустить ошибку, которая может обнару-
житься уже в процессе движения. Однако такой выбор не исклю-
чает и счастливого исхода.
Рационализация действия связана со стремлением использо-
вать критериальный выбор. Основы такого выбора описаны в
разд. 8.2. Он основывается на дедукции, предпосылками которой
служат:
О элементы информационного множества, из которого можно
выбрать операционный элемент множества;
О полный комплекс критериев.
Волевой выбор представляет собой вполне осознанный и ответ-
ственный выбор в условиях недостаточной полноты комплекса кри-
териев.
Оптимизация
157
Волевой выбор осуществляется тогда, когда отсутствует пол-
ный комплекс критериев и имеется необходимость заполнения
информационного пробела при полном понимании риска. Чем
меньше информационный пробел, тем меньше риск. При этом
нельзя не учитывать альтернативной возможности — проведения
процедур по дополнению комплекса критериев. Однако с этим
связан риск запоздания выбора решения относительно дальней-
шего действия. Таким образом, мы выявили дилемму высшего по-
рядка. Решением этой дилеммы является выбор:
О заполнять ли информационный пробел за счет интуиции и
личных склонностей лица, принимающего решение, или же,
О учитывая желательность уменьшения риска, решиться на
дальнейший поиск недостающих критериев.
Любое решение сопряжено с риском.
Наш подход несколько отличается от общепринятого. Алго-
ритмы выбора могут быть волевыми несмотря на то, что для их
решения достаточна ЭВМ. Нет сомнений в том, что ЭВМ не при-
нимает решений. Это, если не поддаваться фетишизации, всего
лишь безвольная и безответственная машина. Ради точности
следует обратить внимание на то, что признание наличия полного
комплекса критериев также является своего рода решением, ибо
никогда не может быть полной уверенности в том, что подобран-
ный комплекс критериев достаточно полон.
Однако если исходить из того, что любое действие выполня-
ется с отклонениями и что существует область допустимых откло-
нений, наличие которых отнюдь не означает ошибки, то разделе-
ние выбора на критериальный и волевой следует считать вполне
оправданным. Рационализация действия основывается на сниже-
нии диапазона волевого выбора в пользу диапазона критериаль-
ного выбора. Все это тесно связано с проблемой ответственности
и риска.
8.4. Прямая оптимизация
Прямая оптимизация является частным случаем оптимизации
с одним критерием.
Непосредственная (прямая) оптимизация проводится в случае
простых задач. Она связана с использованием лишь одного кри-
терия в качестве основы оценки предмета выбора. Пусть х отно-
158
Глава 8
сится к множеству X (х^Х). Известна также основа оценки ве-
личины х, рассматриваемой как предмет выбора. Этой критери-
альной основой служит величина у}\ Зависимость между вели-
чинами у и х известна. Принятым критерием является минимум
значения у (рис. 8.3).
Рис. 8.3. Пример непосредственной
оптимизации.
Рис. 8.4. Пример непосредственной опти-
мизации с противоположными критери-
альными зависимостями.
Задачу непосредственной оптимизации можно также записать
в следующем виде:
У=1(х), (8.4)
(У^Ч/мИи) 0"~^ОПт)- (8-5)
Другой пример непосредственной оптимизации представлен
на рис. 8.4. Этот случай мы называем оптимизацией с противо-
положными критериальными зависимостями. Смысл этого выра-
жения объясняют зависимости (8.6) и (8.7). Запись общей теории
оптимизации такого рода выглядит следующим образом:
(8.6)
X2 = f2(x), (8.7)
(7<i+Д2 —> Л;,И11) =>(%—> хопт). (8.8)
На практике установить абсолютный оптимум не удается.
Формула (8.8) записана несколько иначе, чем формула (8.5);
это сделано для того, чтобы обратить внимание на задачу при-
ближения к границе. По мнению автора, такой подход вполне
правомерен с позиций методологии технического проектирования,
’> В отечественной литературе по теории оптимизации эта величина называет-
ся целевой функцией. — Прим. ред.
Оптимизация
159
так как нельзя допустить существования одного однозначного
оптимума. Такой оптимум имеет абсолютный смысл, и поэтому
•он может относиться лишь к области математики, а не к области
практических (технических) действий.
8.5. Проблема множества оптимальных величин
Решение задачи оптимизации может существовать и в много-
мерном пространстве.
Для разъяснения существа проблемы воспользуемся случаем
•оптимизации с ограничивающими критериями. Такой метод опти-
мизации основывается на линейном программировании. Запись
задачи оптимизации с ограничивающими критериями при произ-
вольном числе оптимизируемых величин может быть представле-
на следующим образом:
K—w1x1-l~w2x2-l-...-l-wnxn----► MIN (МАХ), (8.9)
х}----> ОРТ,
Д=а11х14-а12х2-1-...-|-я1гех:„ (8.9.1)
/:2=а21х1+а22х2+... +а2пхп г2, (8.9.2)
fm=amlx1^-am2x2-\-...^~amnxn rm. (8.9.m)
Перенося задачу в трехмерное пространство, представим за-
пись в следующем виде:
z=wrx4-w,.y ► MIN, (X, у) —- ОРТ, х > 0 у > 0, (8-Ю) (8.П)
(8.11.1)
f2=a2xx-\-a2lJy'^r2, (8.11.2)
!з=а3^-\-а3[/у^ г3. (8.11.3)
Графическое представление помогает воспринимать сложные
зависимости.
Уравнение (8.10) в трехмерном пространстве соответствует
плоскости, проходящей через начало координат О (рис. 8.5). Ог-
раничивающими функциями являются критериальные величины
160
Глава 8
ri, которые нельзя переступать, а их графические отображения
представляют собой следы пересечения многогранника с плоско-
стью ху.
Плоскость, описываемая зависимостью (8.10), оставляет на
плоскости xz след ОС, а на плоскости yz— след ОС. В записи
Рис. 8.5. Геометрическая модель оптимизации
с ограничивающими критериями.
задачи предусмотрены
лишь положительные
значения х и у, поэтому
след OF на плоскости ху
мы рассматриваем всего
лишь как вспомогатель-
ную линию. Каждая пря-
мая, проходящая парал-
лельно этому следу и ле-
жащая на плоскости
(8.10), удалена от пло-
скости ху на величину z,
что вытекает из зависи-
мости (8.10).
На плоскости OEF
лежит прямая НС. Про-
екцией этой прямой на
плоскость ху является
прямая GB. Эта прямая
имеет одну общую точку
с гранью области, опре-
деленной уравнениями
-для fi, f2 и f3 (в случае
принятия знака равен-
ства). Это точка опти-
мальных значений х и у.
Любая другая точка допустимой области пространства на пло-
скости ху не отвечает условию (8.10), т. е. минимуму значения
величины z.
Отрезки GH, IJ и ВС равны между собой. Поэтому координа-
ты прямой НС можно представить в виде
Z = wvyG = wxxK + wyyL = wxxB,
(8-12)
где большие буквы в индексации обозначают точки, в которых
определены координаты х и у.
На основе этого можно установить правило определения экви-
дистантности в трехмерной задаче по отношению к прямым, ле-
жащим на плоскости OEF. Это правило может быть записано в
виде уравнения
xwx=ywu.
(8.13)
Оптимизация
161
В частном случае при сохранении формальной корректности в
результате поиска оптимальных значений исследуемых величин мож-
но практически получить значимое многоэлементное множество.
Благодаря этому можно перенести рассмотрение задачи на
плоскость ху (рис. 8.6). Предметом поиска будет прямая, отве-
чающая выражениям (8.13) и (8.11) вместе с ограничивающими
условиями, т. е. критериями
(8.11.1, 2, 3). Задача сводит-
ся к тому, чтобы нанести на У
чертеж (рис. 8.6) произволь-
ную прямую, соответствую-
щую выражению (8.13), и
провести параллельную ей
линию, имеющую одну общую
точку с гранями допустимой
области, при соблюдении ус-
ловия (8.10). На рис. 8.6 эта ,
точка находится на пересече-
нии прямых fi и f2.
Воспользовавшись рис. 8.6,
можно отметить, что прямая,
отвечающая условию (8.13),
может мало чем отличаться Рис. 8.6. Графическая модель оптими-
ст прямой f2. В таком случае зации.
(при практическом подходе к
ситуации) все множество пар значений х и у для отрезка АВ
представляло бы собой решение, соответствующее искомым опти-
мальным значениям величин х и у [согласно уравнению
(8.10)]. Таким образом, в качестве результата оптимизации
можно получить не одну пару значений исследуемых величин, а
целую их совокупность. Аналогично может случиться и при не-
посредственной оптимизации (особенно если опустить некоторые
математические требования и учесть только имеющие практиче-
ский смысл значения). В случае поиска конструктивных решений
свобода выбора элемента множества, подходящего с операцион-
но-конструктивной точки зрения, может быть ограничена, напри-
мер, некоторыми нормами или же другими условиями, которые
не были введены в алгоритм оптимизации.
8.6. Оптимизация без экстремума
Ограничивающие критерии1) имеют важное практическое зна-
чение.
*) В литературе их часто называют «лимиттеры». — Прим. ред.
11—1147
J&2.
Глава 8
В предыдущих разделах мы рассматривали случаи оптимиза-
ции с экстремальным критерием (минимум или максимум), кото-
рому соответствуют выражения (8.5), (8.8), (8.9) и (8.10). Одна-
ко уже в случаях (8.9) и (8.10) были и ограничивающие крите-
рии. Поэтому можно предвидеть случаи оптимизации с ограничи-
вающими критериями без дополнительных условий выбора
экстремальных значений. Рассмотрим случаи, в которых исполь-
зуются:
ф сходящиеся ограничивающие критерии;
Ф частично расходящиеся ограничивающие критерии.
Сходящиеся критерии постепенно исключают из возможного мно-
жества элементы, находящиеся вне области допустимых элементов.
На рис. 8.7 показан пример
мися критериями мы называем
сходящихся критериев. Сходящи-
такие ограничивающие критерии,
Рис. 8.7. Пример сходящихся крите-
риев.
Рис. 8.8. Пример частично расходя-
щихся критериев.
которые постепенно исключают элементы множества. Это означа-
ет, что критерий более низкого уровня (на рис. 8.7 это критерий
Д) охватывает элементы множества, которые считаются допусти-
мыми с позиций критерия более высокого уровня — критерия В,
а также и критерия С, ибо критерий В охватывает элементы, до-
пустимые в свете критерия С. Такие критерии представляют со-
бой как бы сита с последовательно уменьшающимися ячейками.
Примером сходящихся ограничивающих критериев могут
быть:
ф критерий физических возможностей (А на рис. 8.7);
ф критерий технических возможностей (В);
ф экономические критерии (С).
Оптимизация
163
Допустимые элементы представляют собой множество, являю-
щееся пересечением множеств, определенных критериями.
На рис. 8.8 приведен пример частично расходящихся критери-
ев. Если области, границы которых обозначены буквами А, В и
С, представляют собой модели множеств, среди которых мы осу-
ществляем поиск оптимальных элементов (в данном случае эле-
Рис. 8.9. Пример полностью расходя-
щихся критериев.
ментов этих трех множеств), то искомые элементы должны отве-
чать условию принадлежности к каждому множеству. Это можно
записать следующим образом:
ЛПВПСнеХ. (8.14)
Если
Х^О, (8.15)
то существует оптимальное решение, т. е. решение, соответствую-
щее всем ограничивающим критериям. Такой случай показан на
рис. 8.8.
Отметим еще одно свойство частично расходящихся крите-
риев, которые тем не менее обеспечивают нахождение оптималь-
ного решения. Итак, если существует подмножество нескольких
множеств, то одновременно существуют и подмножества, являю-
щиеся свойством парных множеств. Для существования пересе-
чения всех множеств это условие необходимо, но недостаточно.
Рассмотрим вышесказанное на примере рис. 8.8:
А П В = область, заштрихованная горизонтальными и вертикальными
линиями;
В n С = область, заштрихованная вертикальными и наклонными лини-
ями;
С П А = область, заштрихованная наклонными и горизонтальными ли
ниями.
11
164
Глава 8
Отсутствие решения по двум критериям доказывает наличие
полностью расходящихся критериев.
Это правило имеет практическое значение, ибо оно избавляет
нас от необходимости проведения дальнейших исследований воз-
можности получения оптимального решения (особенно в том
случае, когда мы пришли к выводу, что решения, отвечающего
произвольному подмножеству критериев, не существует). Такой
случай показан на рис. 8.9:
ЛПСеееО. (8.16)
Пересечение множеств Л и С равно нулю, что проявляется в
отсутствии наложения заштрихованных областей (рис. 8.9).
8.7. Оптимизация с компромиссным критерием
В отдельных случаях компромиссный критерий возможен и до-
пустим.
В некоторых случаях полностью расходящихся критериев
можно применить компромиссный критерий. Чаще всего такой
критерий получают путем коррекции основных критериев. Рас-
смотрим такой случай на примере упрощенной технической зада-
чи. Пусть объектами выбора в проектно-конструкторском процес-
се будут:
О свойство автомобиля (например, скорость движения в оп-
ределенных условиях);
О какое-либо второе свойство автомобиля (например, мас-
са М автомобиля).
По отношению к этим величинам использованы критерии:
О максимально достижимой скорости о^омин;
О минимально достижимой массы Af^AfMaKC;
О надежности, который выражается в виде зависимости меж-
ду массой автомобиля и его скоростью:
M=F(v).
Это можно записать следующим образом:
М, v допустимые =>
v > Ч,„н
М <<акс
M^F(v)
(8.17)
(8.18)
Оптимизация
165
Если комплекс критериев выглядит так, как это
рис. 8.10, то после проведения анализа получим
А = (v > ум11н) л (М < Л1макс) =/= 0,
0 = (М<Ммакс)П[М>Г(п)]^О,
Г = (v > пынн) Л [М F (п)] 0,
но
АП©0Г = 0.
показано на
(8.18.1)
(8.18.2)
(8.18.3)
(8.19)
Компромиссный критерий может быть отнесен к любым другим
критериям.
Не найдя решения, воспользуемся компромиссным критерием.
Это может сводиться к компромиссному принятию:
9 критерия скорости;
• критерия массы;
• критерия надежности.
Принимая во внимание всевозрастающие требования к движе-
нию на дорогах, а также безопасность пассажиров и пешеходов.
Рис. 8.10. Эффект изменений критериальной скорости (о„ия—*-г*ин) 11 критери-
альной массы (Мыакс—>Л1*а1!С).
критерию надежности следует отдать приоритет при поиске комп-
ромиссного критерия. На рис. 8.10 показаны возможные коррек-
ции двух оставшихся критериев (т. е. критериев скорости и мас-
сы). Таким образом, в результате проведенной компромиссной оп-
тимизации получено новое (квазиоптимальное) решение. Разуме-
ется, что этого удалось достичь, изменив требования:
(V и* * ИН) п (М < Жаке) Г) [М > F (х)]=я (8.20)
При этом величины массы и скорости автомобиля представляют
собой множество, отличающееся от нуля:
J ' {v,G}=/?^0. (8.21)
166
Глава 8
8.8. Сложная оптимизация
Оптимизация системы и конструкции требует использования
комплекса критериев.
На практике довольно часто проявляется стремление к одно-
критериальной оптимизации. Это объясняется влиянием экономи-
ческих школ, которые стараются свести оценки к денежному из-
мерению. При этом предполагается, будто бы все можно свести
к такому измерению и определить всевозможные затраты некото-
рым способом, позволяющим единообразно оценить их.
Более широкий подход к проблеме технической оптимизации
обнаруживает, что чем более удачно выбраны критерии, тем боль-
шей оказывается вероятность получения оптимальных техничес-
ких средств.
Общей (глобальной) оптимизации можно противопоставить ча-
стичную (локальную) оптимизацию, которая становится возможной
благодаря разбиению процесса проектирования и конструирования
на стадии.
Критерии устанавливают, руководствуясь целесообразностью
создания изделия и принципами конструирования. Их многообра-
зие в сочетании с многообразием оптимизируемых величин опреде-
ляет сложность комплекса критериев. Однако многочисленность
критериев не исключает в ряде случаев непосредственных опера-
ций, т. е. однокритериальной оптимизации. Необходимо обратить
внимание на то, что оптимизируемым объектом может быть не из-
делие в целом, рассматриваемое как техническое средство, а лишь
та или иная его характеристика. Потребность частичной оптими-
зации возникает в связи с тем, что процесс создания изделия про-
ходит ряд стадий.
Частичная оптимизация — это путь к общей оптимизации. Об-
щая оптимизация становится возможной благодаря тому, что в
процессах проектирования и конструирования происходит посте-
пенная оптимизация.
8.9. Дивергентно-конвергентный процесс
Узлы, завершающие отдельные стадии создания изделия, пред-
ставляют собой соответствующие логические звенья частной и об-
щей оптимизации.
Оптимизационные действия предпринимаются на различных
стадиях творческого технического действия. Это действие может
Оптимизация
167
быть расходящимся (дивергентным) или сходящимся (конвергент-
ным), что в самом общем случае можно изобразить с помощью
графа, представляющего собой модель стадий и узлов (по теории
графов ребер и вершин соответственно) (рис. 8.11). Процесс начи-
нается с формулировки общей концепции решения рассматривае-
мой задачи на стадии I. Узел 1 представляет собой результат об-
Рис. 8.11. Граф дивергентно-конвер-
гентного процесса.
щей оптимизации с использованием основных критериев, на кото-
рых мы остановимся более подробно в последующей части главы.
Комплексная задача распадается на частные задачи, которые ре-
шаются на стадии II. После узла 2, являющегося результатом ча-
стичной оптимизации, обычно осуществляется стадия III оптими-
зации.
Правильность оптимизации определяется проверкой, которая
может обнаружить необходимость дальнейшей оптимизации.
В модели процесса, показанной на рис. 8.11, узлы 3 представ-
ляют собой результат наиболее тщательной детализации решения
задачи. Эти решения получают путем частичной оптимизации.
После узла 3, который представляет собой окончание детальной
разработки решения, наступают конвергентные стадии — IV и V.
Узел 4 позволяет осуществить предварительную полную проверку,
а узел 5 — окончательную полную проверку, которая может ока-
заться (по аналогии с узлом 4) не окончательной. Необходимость
оптимизации на конечных стадиях проектно-конструкторского про-
цесса объясняется тем, что на предыдущих стадиях не удается
соблюсти все налагаемые комплексом критериев условия.
168
Глава 8
Расходимость и сходимость проектно-конструкторского процес-
са связана с рациональным учетом элементов комплекса крите-
риев.
8.10. Метод взвешенных оценок
Метод взвешенных оценок заменяет общую оптимизацию.
В отсутствие более рациональных методов для решения оптими-
зационной задачи могут быть использованы оценочные методы.
В самом общем случае метод взвешенных оценок можно опи-
сать следующим образом:
О существует многоэлементное множество, представляющее
собой область возможных решений X:Ri (I = 1,2,..., п);
О используется комплекс m основных критериев: Kj (j—1, —
О возможны различные обстоятельства использования решений
Ri, причем при различных обстоятельствах основные критерии име-
ют различные значения, оцениваемые коэффициентами значимости
Wj (j=l, 2, .., е).
Оценка решения сводится к принятию значений критериев К,
и численных значений Wj. Это осуществляется путем оценки каж-
дого решения Ri
(Значение решения R) (8.22)
Субъективные влияния лиц, осуществляющих оценку, и преж-
де всего задающих численные значения критериев при различных
обстоятельствах, можно уменьшить посредством участия группы
экспертов.
Среди множества решений конструктор должен отыскать нуж-
ное.
Метод взвешенных оценок иногда пытаются использовать для
оценки затрат при изготовлении и эксплуатации технических
средств, которые могут быть реализованы по различным системам
и конструкциям. Однако в таких случаях может сконцентрировать-
ся столько неточных частных оценок, что полученный общий по-
казатель, а именно такой смысл имеет произведение (8.22), могут
привести к серьезным ошибкам. Нерешенной проблемой остаются
методы оптимального выбора решения многих технических задач,
имеющих важное социальное значение, о чем мы еще будем го-
ворить в последующих главах книги.
Риск начинается с момента выбора объектов критериальной
оценки.
Оптимизация
169
Рис. 8.12. Конструктивные
виды конической зубчатой передачи.
Приведем пример из практики использования метода взвешен-
ных оценок. На рис. 8.12 представлена запись конструктивного ви-
да установки подшипников для угловых шестереночных передач.
Присмотримся к этим рисункам и задумаемся — существует ли од-
нозначная основа выбора вида подшипников и их установки для
произвольно заданных условий использования конструкции в соот-
ветствии с представленными конструктивными видами? Столкнув-
шись с задачей выбора конструктивного решения шестереночной
передачи в горной машине для одного из крупнейших польских за-
водов, мы остановились на следующем комплексе критериев, по-
служивших основой оценки:
1 — простота конструкции;
2 — производственные возможности (технологичность изделия);
3 — возможность точной установки взаимодействующих элемен-
тов;
4 — удобство регулировки зазора между зубьями;
5 — удобство регулировки зазора подшипника;
6 — доступность регулируемых элементов;
170
Глава 8
7 — возможность обеспечения одинаковой износоустойчивости
подшипников;
8 — суммарная масса подшипников качения.
Риск метода определяется накапливаемым риском его после-
довательных стадий.
Можно отметить, что при выборе критериальных основ авторы
не избежали некоторых очевидных формальных неточностей. Не-
точности связаны главным образом с игнорированием взаимоза-
висимости между объектами оценки. Противовесом этим упущени-
ям оказываются преимущества практического характера.
В рассматриваемом случае были приняты значения 1, 2 и 3
для К,. В табл. 8.1 сопоставлены результаты проведенной оценки.
Таблица 8.1
Значения К,
Конструктив- ный ВИД (рис. 8.12) KJ
1 2 3 4 5 6 7 8
а 2 2 2 2 2 1 2 3
б 3 3 2 3 2 1 1 1
в 2 2 3 2 3 2 2 3
г 2 2 1 1 3 1 3 3
Рассматривались следующие условия использования конструк-
тивных решений:
ф единичное производство;
ф серийное производство.
При этом были приняты следующие оценки числовых значений
величины wr 1,0 — существенная значимость критерия Kf, 0,5 —
умеренная значимость; 0,0 — несущественная значимость крите-
рия. В табл. 8.2 приведены результаты сопоставления оценок ве-
Таблица 8.2
Значения w.
Изготовление 1 2 3 4 5 6 7 8
Единичное 1,0 1,0 0,5 0,5 0,0 0,0 0,0 0,0
Серийное 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 1,0 1,0
Оптимизация
171
Таблица 8.3
Результаты взвешенной оценки
Изготовление Конструктивный вид (рис. 8.12)
а б в г
Единичное 6,0 8,5 6,5 5,0
Серийное 11,0 9,5 13,0 11,5
личины Wj. Приведем пример интерпретации числовых значений
величины wp а) считается, что простота конструкции существенна
при единичном производстве (ау=1); б) при серийном производст-
ве, когда используются специальные инструментальные средства,
простота играет меньшую роль (w = 0,5); в) масса подшипников
(и их стоимость) при единичном производстве несущественна {w —
= 0,0); г) при серийном производстве (не говоря уже о массовом)
роль этих параметров становится доминирующей (w=l,0). В табл.
8.3 представлены результаты расчетов суммы произведений (8.23).
Из этого сопоставления видно, что конструктивный вид, приведен-
ный на рис. 8.12,6, в наибольшей степени отвечает случаю единич-
ного производства, а на рис. 8.12, в — случаю серийного производ-
ства. Однако если бы в комплексе критериев были учтены условия
приобретения подшипников, то могло бы оказаться, что в связи
с трудностью приобретения двухрядных подшипников конструктив-
ное решение, приведенное на рис. 8.12, в, получило бы более низ-
кую оценку.
8.11. Прогнозируемые оптимумы
Ожидание и прогнозирование—не одно и то же.
Аналитическое решение различных оптимизационных задач поз-
воляет надеяться на то, что процесс разработки технического сред-
ства будет действительно оптимальным, если будут соблюдаться
условия, принятые в математической модели. Можно ожидать
сравнительно полного соответствия между тем, что моделирова-
лось, и моделью. Обычно это не связано с большими трудностями,
если основные черты явления известны и их можно описать с по-
мощью математической модели, используя при этом относительно
однозначные связи.
Прогнозирование оптимальных решений опирается на знание
обстоятельств появления случайных событий.
172
Глава 8
Если я договорился со своим знакомым относительно его визи-
та ко мне (при определенных условиях), то в момент, когда я
пришел к выводу, что эти условия наступили, и при допущении
однозначной связи между этими условиями и способом поведения
знакомого я жду его визита.
Дело обстоит по-иному, когда мой знакомый бывает у меня про-
ездом через город, в котором я живу, и когда эти поездки бывают
нерегулярными, а уж тем более если не в каждый свой приезд зна-
комый посещает меня. В данном случае если в моей памяти со-
хранились какие-то характерные обстоятельства, которые благо-
приятствуют визиту моего знакомого, то после того, как я устано-
вил наличие этих обстоятельств, я могу предвидеть приход моего
знакомого.
В имитационной модели могут быть учтены случайности.
Здесь специально выбран пример случайных посещений знако-
мого, ибо в нем, как и в большинстве других реальных процессов,
сказываются случайные факторы (на эту задачу обращено внима-
ние в разд. 5.2). В таких случаях применяются различные модели,
имитирующие стохастический процесс, которые могут быть:
О конкретными;
О абстрактными.
Конкретные модели представляют собой материальные комп-
лексы, обладающие свойствами, аналогичными свойствам комп-
лексов, система которых подвергается оптимизации. В процессе
поиска оптимальных решений конкретная имитационная модель
применяется таким образом, чтобы можно было смоделировать по-
явление конкретных случайных событий.
Имитационная абстрактная модель носит математический ха-
рактер. При этом модель включает факторы, которые могут при-
нимать случайные значения. Эти значения вводятся на основе таб-
лиц случайных чисел или же с помощью различных средств, обес-
печивающих получение случайных величин, например рулеткой
(отсюда и название: метод Монте-Карло).
8.12. Итерационные процедуры
Каждое решение какой-либо задачи должно быть оптимальным
в соответствии со здравым смыслом. Однако для этого необходимо
использовать соответствующие критерии.
Если математическая модель, взятая за основу для поиска оп-
тимума, представляет собой зависимость, в которой искомая вели-
Оптимизация
173
чина может иметь производные, то процедура сводится к попеку
экстремума с использованием математико-аналитических методов.
В последующих главах этой монографии мы приведем примеры
сложных математических зависимостей, которые создают «замкну-
тый круг». Примером этого может служить зависимость, в которой
действуют факторы, зависимые от фактора, подвергающегося оп-
Рис. 8.13. Модель
итерационной про-
цедуры.
типизации. В таких случаях необходимо поочередно изменять ис-
следуемый фактор и оценивать результат (рис. 8.13).
Если оценка положительна, т. е. оптимальное решение достигну-
то, то проектный или конструкторский процесс можно проводить
далее. Полученное решение становится основой для выполнения
дальнейших процедур.
Если же оценка отрицательна, то информация возвращается
для повторной переработки. Эта процедура длится до тех пор, пока
не будет достигнут результат, который получит положительную
оценку и будет признан решением задачи оптимизации.
Рассматривая понятие оптимизации в широком плане, необхо-
димо всегда помнить, что полученный оптимум стоит ровно столь-
ко, сколько стоят критерии, на основе которых он получен. Интер-
претируя этот вывод несколько по-иному, отметим, что значение
оптимума может быть лишь логическим результатом значений кри-
териев.
9. КОМПЛЕКС КРИТЕРИЕВ
9.0 Введение
Критерий служит основой оценки изделия, позволяющей избе-
жать субъективных и произвольных суждений.
П роектирование и конструирование представляют собой виды
деятельности, направленные на решение задач разработки техни-
ческих средств; такую деятельность обусловливают:
О изменения свойств и особенностей существующих техничес-
ких средств;
О введение новых технических средств;
О устранение излишних или вредных средств.
Каждая задача такого рода требует по меньшей мере альтер-
нативного решения (или — или)', изменить, ввести, устранить либо
не изменять, не вводить, не устранять. В обобщенном понимании
можно выделить два рода решений:
О решения, опирающиеся на рациональные основы, непосред-
ственно следующие из разумного проектирования и конст-
руирования;
О решения с чертами произвольного выбора или опенками
лишь части объекта решения.
Творческая деятельность всегда отягощена риском, который
можно свести к минимуму только подбором рационального ком-
плекса критериев.
Решение заключается в выборе способа действия — делать или
не делать — либо элемента по меньшей мере из двух возможных.
Рационализация выбора заключается в использовании критериев
как основы оценки. Однако каждый критерий проявляется по-раз-
ному, а именно;
О служит основой оценки;
О уточняет описание задачи;
• определенным образом ориентирует проектно-конструктор-
скую деятельность.
Критерии ориентируют деятельность, направленную на решение
задачи.
Комплекс критериев
175
Использование рационального комплекса критериев представ-
ляет собой основной метод творческой технической деятельности.
От того, как составлен комплекс критериев, зависит успех поста-
новки и решения задачи.
В разд. 8.2, посвященном сущности выбора, мы выделили: кри-
териальный выбор, выбор на основе волевого решения и случай-
ный выбор. Настоящая глава посвящена способам создания комп-
лекса критериев, необходимых для выполнения критериального
выбора.
9.1. Проблема выбора критериев
Минимизация случайных влияний возможна посредством ис-
пользования комплекса критериев. Подбор критериев надо осно-
вывать на соответствующих закономерностях.
Случайный подбор критериев может привести к случайным ре-
шениям.
По-видимому, не требует доказательства то, что критерии
должны:
О быть понятными каждому, осуществляющему оценку;
О давать возможность однозначного обоснования.
Использование принципиальных соображений делает возмож-
ным подбор комплекса критериев.
Критериями не могут быть субъективные убеждения, например
«считаю, что это плохое решение» либо «это мне не нравится». Та-
кие оценки неразумны и неубедительны, ибо они произвольны.
Правильность выбора мы ищем в обоснованиях-, задавая вопрос:
«На каком основании?» и отвечая на него, мы предпринимаем те
или иные действия. Характерная черта, отличающая определяю-
щие критерии среди неисчислимого множества самых разных кри-
териев, — выбор их из соответствующих принципиальных сообра-
жений.
9.2. Роль комплекса критериев
В проектно-конструкторском процессе объектом оценки явля-
ются:
О система как основа функционирования технического сред-
ства;
176
Глава 9
О конструкция, которая в нужной степени регламентирует из-
готовление изделия, предназначенного для того, чтобы стать тех-
ническим средством.
Каковы критерии — таковы система и конструкция.
Рис. 9.1 иллюстрирует логическую связь между комплексом
критериев, системой и конструкцией. Рассматривать это надо сле-
дующим образом: система Sm, определяющая действие D, и конст-
рукция Ks, определяющая структуры и состояния S', представля-
ют собой логическое следствие критериев. Во вводном разделе
гл. 9 мы обратили внимание на операционное значение критериев;
Рис. 9.1. Логическая связь между си-
стемой, конструкцией и комплексом
критериев.
приступая сейчас к выяснению основной роли критериев, мы можем
свести наши наблюдения в следующие формулировки:
О основная роль комплекса критериев определяется тем, что
оптимальное решение задачи зависит от оптимальности подбора
критериев;
О операционное значение критериев связано с определением
последовательности процедур, результат которых должен соответ-
ствовать критериям.
9.3. Типы принципиальных обоснований
Принципиальными соображениями в проектировании и констру-
ировании являются соображения целесообразности создания техни-
ческих комплексов.
Рассматривая рис. 9.1, можно установить, что именно критерии
обусловливают создание системы и конструкции. Обратим вни-
мание на то, что:
О система представляет собой основу функционирования ис-
кусственного материального комплекса (технического средства);
О конструкция представляет собой основу изготовления мате-
риального комплекса, а следовательно, основу создания изделия.
Комплекс критериев
177
В связи с этим обратим внимание на два вопроса:
О на каком основании создается техническое средство?
О на каком основании создается изделие?
Диалектика обоснования заключается в том, что мы относим
его к материальному комплексу, который рассматривается либо
как техническое средство, либо как изделие.
Обоснование целесообразности создания технического средст-
ва определяет основы критериев, относящихся к системе; следова-
тельно, оно выступает прежде всего в проектировании; обоснова-
ние же целесообразности создания изделия относится к конструк-
ции, которая является объектом конструирования. Выполнение
процессов проектирования и конструирования служит определе-
нию свойств того самого материального комплекса, которым ста-
новится изделие, предназначенное для того, чтобы быть техничес-
ким средством.
9.4. Обоснование целесообразности создания
технического средства
Обоснование целесообразности существования не всегда пол-
ностью оценивается, обоснование развития часто подменяется обо-
снованием роста.
Назначение технических средств состоит в обеспечении связи
человека с материальной средой. Эта связь должна не только де-
лать возможной существование в условиях, имеющих место в об-
ществе; она должна также способствовать развитию человека и
общества. Технические средства должны служить удовлетворению
постоянно изменяющихся потребностей; это удовлетворение по-
требностей — не цель, а лишь способ обеспечения существования
и развития человеческого общества. Указанные предпосылки поз-
воляют определить виды принципиальных обоснований целесооб-
разности создания технического средства, которыми являются:
О обоснование целесообразности существования;
О обоснование целесообразности развития.
Не наносить ущерба жизни — этот принцип должен быть обя-
зателен также и для инженеров.
Недостаточное внимание к этим требованиям при проектирова-
нии элементов техносферы — технических мегакомплексов или да-
же единичных машин — может привести и приводит кантигуман-
12—1147
378
Глава 9
мым последствиям. Иногда стремление к росту, увеличению видов и
количества элементов техносферы заслоняет различные последст-
вия этого роста и прежде всего негативные последствия, которые
ощущаются все больше, особенно жителями городов.
Эти два фундаментальных обоснования целесообразности соз-
дания технического средства определены не только нашими собст-
венными наблюдениями, но также и обильной научно-технической
литературой, появляющейся во всем мире.
С учетом выделенных в этом разделе двух типов обоснований
в рамках данной работы рассмотрим два критерия:
О критерий социально-технической адекватности;
О критерий устранения избыточности.
9.5. Критерий социально-технической адекватности
Эргономика дает научный подход к восстановлению равновесия
между человеком и техническим артефактом.
Рецидив антигуманизма, создаваемый зачастую инженером, мо-
жет быть также поставлен в вину экономистам и даже различным
общественным деятелям. Упрек, доведенный до утверждения, что
при проектировании и конструировании недооцениваются взаим-
ные отношения «человек — машина», адресован только инженеру.
За упомянутым отношением скрываются еще и другие отношения:
техносфера — общество и техносфера — биосфера. На это обраще-
но внимание в гл. 2 (рис. 2.1).
Здесь нас прежде всего интересует критерий социально-техни-
ческой адекватности, ведущий главным образом к вопросу об
антропотехническом комплексе.
9.5.1. Антропотехнический комплекс
Социально-техническая адекватность представляет собой очень
сложную проблему, требующую детального исследования.
Отношения между человеком и техническим средством можно
описать следующим способом:
ф воздействие человека на технические средства проявляется
в деятельности, направленной на их производство и эксплуатацию;
ф свойства и особенности технических средств воздействуют
на человека.
Из этих очевидных утверждений можно сделать выводы, выяс-
няющие круг вопросов, связанных с критерием социально-техни-
ческой адекватности:
Комплекс критериев
17»
• недопустимо придание техническим средствам свойств, ко-
торые не следуют из их соответствующих особенностей и могут не
отвечать потребностям человека;
Вред можно свести к минимуму путем системного проектиро-
вания.
ф главный источник неудовлетворительного использования тех-
нических средств заключен в частном проектировании, не охваты-
вающем целостно проблем потребностей;
ф придание все большего значения техническим средствам, так
же как и эффективной взаимосвязи человека с его окружением,
требует замены частного проектирования проектированием си-
стемным.
Существуют отношения между техническими средствами и их
создателями, изготовителями, потребителями и лицами, не осве-
домленными об указанных отношениях.
Целостно понимая взаимосвязь человека с техническим средст-
вом, следует рассматривать всевозможные обстоятельства этой
связи:
ф В процессе создания системы и конструкции как логических
основ существования технического средства существуют интеллек-
туальное и эмоциональное отношения творческой личности к то-
му, что она создает. Только исполнитель в буквальном смысле это-
го слова не связан эмоционально со своим делом. Творческая лич-
ность связана не только со своим непосредственным делом, напри-
мер с системой, конструкцией, но также с будущим техническим
средством, которое в момент создания системы и конструкции су-
ществует только потенциально. В системном понимании критерия
социально-технической адекватности следует учитывать факт лич-
ной потребности в творчестве как выражение развития личности,
а также учитывать социальное значение этого творчества.
ф Существует связь между создателем и техническим средст-
вом в процессе его создания; эта связь имеет большое'значение,,
так как обусловливает успех работы. На успешность функциони-
рования технического средства существенное влияние оказывает
и обслуживание в процессе эксплуатации.
ф Наиболее осязаемые отношения существуют между техниче-
ским средством и человеком, который непосредственно использует
это средство.
9 В итоге в широком понимании необходимо всегда помнить,
что технические средства создают техносферу, которая составляет
часть материального окружения человека и тем самым воздейст-
12*
180
Глава 9
вует на его осведомленность либо неосведомленность. Это воздей-
ствие (часто весьма отрицательное) до сих пор недостаточно оп-
ределено и исследовано.
Уяснение всех этих отношений составляет первый шаг на пути
повышения адекватности технических средств.
9.5.2. Понятие адекватности
В понятие адекватности мы включаем долговечность техниче-
ского средства, а также условия, эффективность и надежность его
действия.
Понятие адекватности содействует выявлению элементов комп-
лекса критериев в результате осознания четырех групп задач, в
которых определяющую роль играют соответственно:
О эффективность действия (функционирования) технического
средства, определяемая критериями действия;
О условия действия, описываемые критериями установления
условий, как основ оценки соответствия проекта реальности;
О долговечность материального комплекса, составляющего тех-
ническое средство, т. е. предполагаемый срок или число циклов
действия;
О надежность эффективного действия при заложенной долго-
вечности и заданных условиях.
Для искусственных материальных комплексов абсолютная на-
дежность невероятна. Любое техническое средство в конце концов
откажет. Используя термин «надежность» как существенный кри-
терий адекватности, мы будем рассматривать относительную на-
дежность Р и формулировать задачу в соответствии с выражением
= (9.1)
Выражение (9.1) представляет собой запись аксиомы: надежность
и ненадежность в сумме составляют единицу, т. е. абсолютную на-
дежность. Мерой надежности служит вероятность успешного дей-
ствия, т. е. отношение величины фактических показателей к вели-
чине возможных показателей абсолютной надежности.
Чем меньше ненадежность, тем больше надежность.
Мы не можем требовать абсолютной надежности от создаваемых
нами материальных комплексов-изделий. Абсолютно надежно мо-
жет быть только то, что мы создаем в наших мыслях и рассужде-
ниях, т. е. абстрактно, и то лишь в четко обозначенных границах.
Два плюс два с абсолютной надежностью составляют четыре, пока
Комплекс критериев
181
мы не введем эту операцию в ЭВМ. Квадрат как геометрическое
понятие с полной надежностью имеет прямые углы и равные длины
сторон, но тут и конец данному утверждению: ничего подобного в
природе материальных комплексов не существует, а если и сущест-
вует, то мы не сумеем с абсолютной надежностью доказать это.
Критерии эффективности действия делают возможным формаль-
ное определение действия.
В рамках обоснования необходимости создания технического
средства наибольшее значение имеют критерии действия. Проекти-
ровщику надлежит всегда помнить о том, что критерии должны
быть отражением способа удовлетворения потребности.
Правильность и однозначность определения критериев имеют
важное общественное, хозяйственное, а также операционное значе-
ния в проектировании и конструировании; последнее непосредст-
венно влияет на эффективность инженерного труда.
Изменение условий действия может означать изменение адек-
ватности.
Условия действия, часто недооцениваемые проектировщиками,
являются существенным элементом понятия адекватности. При из-
менении условий действия эффективность и надежность действия,
как и долговечность технического средства, могут оказаться дру-
гими. Средствами установления условий действия могут быть:
9 физические параметры;
ф описание внешних условий, соответственно и однозначно
сформулированных.
Проектировщик имеет право требовать изменения условий дей-
ствия технических средств, если это осуществимо.
К внешним условиям относятся:
ф не зависящие от проектировщика условия, которые нужно
своевременно распознать на уровне, соответствующем их влиянию
на действие технического средства, либо
ф условия, частично или целиком зависящие от проектировщи-
ка, если они входят в сферу проектирования.
Исследование условий действия технического средства должно
выявить как то, что не зависит от проектировщика, так и то, что
от него зависит. Необходимо учитывать возможность изменений в
условиях. Слишком часто заранее предполагается неизменность
комплексов, составляющих существенные условия действия.
182
Глава 9
9.5.3. Надежность эффективности удовлетворения потребности
Процесс удовлетворения потребности представляет собой пос-
ледовательность операций от момента распознания потребности до
эксплуатации технического средства.
Сложность процесса удовлетворения потребности показана в
предыдущих разделах: здесь мы займемся проблемой надежности
получения желаемого результата процесса в целом. Обращаясь
непосредственно к содержанию разд. 9.5.1, воспользуемся упрощен-
ной моделью, в которую входят:
О техническое средство, предназначенное для удовлетворения
потребности;
О окружение, влияющее на эффективность технического сред-
ства в процессе эксплуатации;
О оператор, управляющий техническим средством;
О потребители результата действия технического средства;
О окружение, подвергающееся воздействию технического сред-
ства, в том числе люди, могущие либо непосредственно, либо кос-
венно ощущать эффект его действия в пространстве и времени.
До последнего времени инженеров интересовала главным обра-
зом техническая эффективность, а также, в меньшей степени, значе-
ние факторов окружения.
Математическую модель задачи мы будем базировать на упро-
щенных положениях; это упрощение определяется условием неза-
висимости факторов, участвующих в модели.
Элементами модели являются:
Pt — техническая надежность технического средства в лабора-
торных условиях;
Pz — надежность (гарантия) отсутствия вредного воздействия
окружения на техническое средство, т. е. надежность действия тех-
нического средства в функциональных условиях окружения;
Ро — надежность эффективного действия оператора, управляю-
щего техническим средством;
Рр — надежность эффективного удовлетворения потребности с
точки зрения конкретных условий, действительных для времени
удовлетворения потребности; эта надежность зависит от вероятных
отношений между потребителями результата действия и техниче-
ским средством;
Рь — надежность (гарантия) отсутствия вредного воздействия
технического средства на окружение, что могло бы снизить общест-
венную полезность средства.
Комплекс критериев
183
В наше время учет всех существенных факторов и эффектов,
связанных с процессом удовлетворения потребностей при помощи
технических средств, представляется с позиций экологии необхо-
димым.
При условии независимости факторов друг от друга математи-
ческая модель имеет вид:
Р=РеРг-Р0-Рр-Рь, (9.2)
где Р — надежность эффективности процесса удовлетворения по-
требности.
Задачу надежности можно рассматривать, непосредственно оце-
нивая ненадежность. Согласно (9.1) имеем
Р=1 — Р. (9.3)
Рассмотрим пример, в котором ненадежность получения желае-
мого результата, соответствующего модели (9.2), равна 0,1; тогда
надежность эффективного удовлетворения потребности составит:
Р=0,9 0,9 • 0,9 • 0,9 • 0,9=0,59049.
Оценим значение уменьшения ненадежности действия техниче-
ского средства, приняв теперь десятикратно меньшую ненадеж-
ность (не 0,1, а 0,01), т. е. надежность Р/ = 0,99. При перемноже-
нии согласно (9.2) получаем Р = 0,649539.
В соответствии с (9.3) ненадежность в первом случае равна
0,41, во втором 0,35. Таким образом, уменьшение ненадежности
примерно на 15% потребовало десятикратного уменьшения нена-
дежности действия технического средства.
9.5.4. Техническая надежность
Определение надежности как меры технической адекватности
требует проверки путем экспериментальных исследований.
Техническая надежность была тем критерием, которым обычно
ограничивался инженер, и то косвенным образом; так его, за ма-
лыми исключениями, обучали и еще учат теперь. До того времени,
когда благодаря великим физикам XX в. было понято значение
случайных явлений, преобладал взгляд, что результаты инженер-
ного труда должны иметь абсолютную надежность (Р=1). Всякую
неадекватность, если она не возникала ввиду явных ошибок конст-
руктора, изготовителя или эксплуатационника, пытались обосно-
вать скрытыми дефектами материала.
184
Глава 9
Определение неадекватности требует соответствующих экспери-
ментальных исследований, статистических наблюдений и аналитиче-
ских исследований.
Опыт оценки технической надежности машин дает Р/ = 0,9ч-
4-0,999.
Надежность обычно используемых точных подшипников, закла-
дываемая их создателями, составляет 0,9. Неадекватность техни-
ческих средств в настоящее время наиболее тщательно исследова-
на для особенно ответственных и рискованных предприятий,
например таких, как межпланетные пилотируемые полеты. Надеж-
ность элементов и деталей космического корабля «Аполлон-8»,
заложенная разработчиками, составляла Р = 0,99999 — следователь-
но, допускалась ненадежность, в 10 000 раз меньшая, чем ненадеж-
ность обыкновенного точного подшипника, работающего в стан-
дартных условиях. Такое требование возникло из расчета, опира-
ющегося на заложенные показатели адекватности, которые вклю-
чают:
О эффективность действия — полета с Земли вокруг Луны с
возвращением на Землю;
О условия действия — межпланетные условия, а также условия
старта и посадки;
О долговечность на время полета от старта до возвращения
на Землю;
О надежность эффективного полета Р=0,999.
Как мы покажем ниже, полезным оказалось выражение
Р=0,1", (9.4)
где п — показатель надежности.
При таком понимании показатель надежности полета КК
«Аполлон» составлял « = 3, показатель же надежности элементов и
деталей п=5. По окончании полета оказалось, что этот последний
показатель равнялся п=6, так как во время полета вышло из строя
деталей в 10 раз меньше числа, принятого за допустимое.
Жизнь и смерть становятся проблемой не только общественной,
но и технической, что увеличивает этическое значение техники. Чис-
ло технических средств, угрожающих жизни, все растет; по этой
причине требуется радикально уменьшить меру риска использования
машин и мегакомплексов.
В настоящее время только невежда может считать абсолютной
надежность технических средств. Усаживаясь в автомобиль, лифт,
самолет или вообще в какое-либо транспортное средство, мы мо-
жем быть уверены только в том, что нам не грозит абсолютная
Комплекс критериев
185
смертельная опасность, но одновременно мы не можем быть аб-
солютно уверены, что нам ничто не грозит1).
Опасность, возникающая в результате уличного движения ме-
ханических средств транспорта, гораздо больше той, что была при
использовании конных экипажей, а ведь и в тех условиях погибали
люди, и среди них такие, как Пьер Кюри (1859—1906 гг.).
Сейчас начинают обращать внимание на два вида опасности.
Уровни надежности принимаются как результат осведомленности
об опасности, грозящей жизни. В случае когда потребитель како-
го-либо технического средства не знает о грозящей ему опасности,
а подвергается ей неотвратимым образом в вероятностном смысле,
выдвигается требование снижения риска до значения, в 10 000 раз
меньшего в сравнении с ситуацией, в которой человек сознательно
и добровольно предпринимает рискованный шаг.
9.5.5. Надежность безвредности воздействия окружения
Тот, кто сталкивался с проектированием и конструированием
машин для тропиков, арктических условий, для разработок место-
рождений газа или химических предприятий, может оценить, в ка-
кой малой мере конструктор обращает внимание на воздействие
окружения в так называемых обычных условиях.
Праксеологическое значение для инженера имеют любознатель-
ность, добросовестность и воображение.
Исследование адекватности технических средств как функции
окружения ведет к выявлению многочисленных задач, в частности:
О температурных условий;
О коррозии и иных результатов внешних воздействий на струк-
туру технических средств;
О степени герметичности соответствующих полостей;
О транспортных условий;
О действий людей, случайно (или даже преднамеренно) вредя-
щих;
О атмосферных (например, ураган) и геофизических (сейсми-
ческих либо тектонических) явлений.
Обращая внимание лишь на некоторые возможные вредные воз-
действия окружения на техническое средство, следует признать
значение:
> По-видимому, не совсем правильно возлагать ответственность за отсутст-
вие абсолютной безопасности для жизни человека только на технические средст-
ва. Жизнь человека всегда была подвержена опасности с некоторой вероятностью.
Вопрос состоит в том, в какой степени рост техники увеличивает или уменьшает
эту опасность. Существуют виды техники, специально предназначенные для сни-
жения такой вероятности (санитарная, противопожарная). —Прим. ред.
186
Глава 9
• стремления к отысканию всевозможных значимых ситуаци-
онных данных, способствующих определению внешних условий, в
которых предстоит работать проектируемому и конструируемому
техническому средству;
• права изменения ситуации, т. е. права производить измене-
ния в окружении с тем, чтобы увеличить меру адекватности Рг.
Не следует уповать на неизменность сложившихся материальных
комплексов и общественных укладов.
Проектировщик и конструктор должны представлять себе лю-
бые возможные элементы окружения и их оценки с системной и
конструкторской точек зрения, т. е. оценки, необходимые в про-
цессе проектирования и конструирования.
9.5.6. Надежность эффективного действия оператора
Эргономические критерии составляют существенный элемент
комплекса критериев.
Как показывают многочисленные исследования, многие машины
имеют конструкцию, затрудняющую эффективное действие опе-
ратора. Дефекты конструкции создаются неудовлетворительным
конструктивным видом машин и неоптимальным комплексом раз-
меров. Самое существенное влияние в этом плане оказывают гео-
метрические конструктивные характеристики, хотя не следует
упускать из виду и значение конструктивных характеристик ве-
щества (материала).
Возникла обширная область исследований и технического твор-
чества под названием «техническая эстетика». Этой области неког-
да было дано название «дизайн» (заимствование английского тер-
мина design, относящегося к проектированию и конструированию).
Впрочем, проф. Е. Ф. О’Доэрти из Дублина в 1962 г. на конферен-
ции, посвященной проблемам проектирования, сказал об этом тер-
мине, что он используется в стольких значениях, что вообще пере-
стал что-либо означать.
Институт технической эстетики в Варшаве развивает широкую
научную и проектную деятельность в сотрудничестве с промышлен-
ностью, обучая также проектировщиков и конструкторов.
Хотя в технической эстетике делается акцент на эргономичес-
кие отношения в системе «человек — машина», все же не забыва-
ются и факторы, не имеющие непосредственного значения для фи-
зического труда; при целостном понимании этих отношений прояв-
ляются и духовные факторы — возникает проблема красоты в тех-
нике.
Комплекс критериев
187
9.5.7. Эргономические критерии
Эргономика — область знаний, в которой формулируются усло-
вия оптимизации отношений между человеком и машиной в трудо-
вом процессе.
Эргономика указывает на требования, которые необходимо при-
нимать во внимание при проектировании и конструировании, а сле-
довательно, требования, предъявляемые к техническим системам и
конструкциям. Наиболее очевидны конструктивные требования,
среди которых на первое место выдвигаются критерии, касающиеся
гигиены и безопасности труда.
Эргономические критерии обоснованы целесообразностью су-
ществования и целесообразностью развития. Они имеют также су-
щественное значение в свете целесообразности общественных зат-
рат и, следовательно, в свете экономической целесообразности.
Связь человека с техническим средством сложна и не со всех
точек зрения раскрыта и проанализирована.
В рамках эргономических теорий следует провести классифи-
кацию свойств и особенностей искусственных материальных комп-
лексов. Эргономические критерии имеют существенное значение
как конструктивные критерии. Назовем лишь некоторые задачи,
связанные с набором конструктивных эргономических критериев,
обязательных для проектировщика и конструктора, а также для
руководителей эксплуатации технических средств:
9 операционные условия на рабочем месте, определяющие
образ действия психосоматических (сенсомоторных) органов опе-
ратора;
ф факторы влияния окружающей среды: температура, влаж-
ность, освещенность, цвет и отражение света (блики), радиация,
акустические эффекты, пыль, движение предметов и людей около
рабочего места оператора, темп, которому должно подчиняться те-
ло оператора, и т. п.;
9 влияние технического средства и окружения с психологиче-
ской точки зрения.
В необъятной проблематике эргономики мы рассмотрим только
один пример — один из наиболее близких проектировщикам и кон-
структорам, а также чертежникам.
На рис. 9.2 приведен показатель, характеризующий различные
заболевания людей, пользующихся чертежной доской как техни-
ческим средством трудового процесса1'1. Средний (для всех видов
’> Результаты исследований Института Бэттела, приведенные В. Тёрнером в
Konstruktion, № 1 (1965).
188
Глава 9
Ю
Рис. 9.2. Показатель заболеваемости лиц, работающих у чертежной доски (по
В. Тернеру).
заболеваний) показатель имеет наивысшее значение (46) для го-
ризонтального положения стола при работе в позе «стоя». Наи-
меньшие показатели (26 и 22) отмечены для случаев, когда человек
работает стоя или использует стул, а доска наклонена.
Комплекс критериев
189
9.5.8. Красота технических средств
Критерии красоты установить трудно, но проблема красоты
составляет существенный элемент методологии технического проек-
тирования.
Красота технических средств -это не только эргономическая,
но прежде всего экологическая проблема.
Как оператор, так и все другие потребители машин и помеще-
ний как-то связаны с ними и некоторым образом отражают целост-
ность материальной среды; характерными примерами такой целост-
ности служат антропотехнические комплексы.
Заботу о красоте технических средств можно обосновать следу-
ющим образом:
• человек не должен чувствовать дискомфорта при контакте-
с техническими средствами — особенно на рабочем месте, где он
непосредственно зависит от машины;
9 технические средства своей формой, внешним видом долж-
ны информировать о своем операционном назначении и должны
вызывать особое отношение оператора, способствующее успешно-
му управлению и содержанию в порядке данного средства;
ф технические средства создают техносферу, которая в наше
время составляет существенный элемент мира, в котором живет
человек; этот элемент вызывает различные психические состояния
человека и тем самым влияет на его развитие.
Красота технических средств, как и все в нашем мире, может
быть предметом злоупотреблений.
Необходимо, однако, в самом начале обратить внимание на то,
что красота имеет двоякое (амбивалентное) значение и может быть
использована также во вред человеку. Так нередко происходит в ус-
ловиях частного предпринимательства. Нетрудно привести факты
придания изделию спекулятивно-привлекательного внешнего вида,
что упрощает продажу; ведь не каждый покупатель помнит о том,
что «не все то золото, что блестит».
В противоположность такой коммерческой подоплеке сущест-
вует правило, что прежде всего необходимо заботиться о красоте
тех технических средств, характерной чертей которых является вы-
сокая социально-техническая адекватность, удовлетворяющая
критериям целесообразности существования и целесообразности
развития.
Руководствуясь эргономическими критериями, необходимо при-
знать важность красоты машины с точки зрения непосредственной
связи машины с обслуживающим персоналом. Красивая машина.
190
Глава 9
(или вообще техническое средство)—объект, в большей мере за-
служивающий тщательного обслуживания. Можно утверждать, что
красота машины служит позитивным фактором повышения аде-
кватности.
Красота машины и помещений уменьшает опасность бездушной
•связи человека с техническими средствами.
Мы различаем красоту собственную (органичную) и красоту
воплощенную.
Расшифруем этот результат анализа проблемы красоты техни-
ческих средств:
• красота может быть следствием конструктивных характери-
стик, подобранных с точки зрения сугубо технической цели, т. е.
непосредственно операционного действия;
• красота может быть логической целью эстетических крите-
риев, создающих основу выбора конструктивных характеристик,
прежде всего конструктивного вида.
Не каждая машина, имеющая красивый внешний вид, надежна
в желаемой мере, но внешне безобразная машина всегда пробуж-
дает сомнения относительно того, рационально ли она сконструи-
рована.
Красоту, возникающую из чисто технической сущности, мы
.назвали собственной (органичной) красотой. Красоту как эффект
конструктивных характеристик, подобранных с антропологической
или социологической точки зрения, мы назвали воплощенной кра-
сотой. Машины, рационально сконструированные в техническом
смысле, могут быть красивы исключительно благодаря конструк-
тивным характеристикам, подобранным с точки зрения действия,
непосредственно удовлетворяющего потребности. Различные при-
меры конструкций машин и строений обнаруживают гармонию гео-
метрических пропорций и красок, ритма повторяемых элементов
конструктивной формы и пластики поверхности. Отсутствие слу-
чайностей, рациональное использование законов механики, термо-
динамики, аэродинамики, гидравлики и электротехники, тщательно
подобранных конструктивных критериев — все это способствует
.созданию красоты изделия.
Технические средства имеют особенности, весьма значимые для
’человека. Одна из таких особенностей — принадлежность к иконо-
сфере, т. е. сфере образов, действующих как полезное либо вред-
ное окружение. Безобразность машин и строений должна быть лик-
видирована во имя охраны среды.
Комплекс критериев
191
Как всегда, сотрудничество в техническом творчестве имеет
существенное значение. Необходимо включать художников-конструк-
торов (дизайнеров) в процесс создания технических средств.
В конструкции машин большое значение приобретает подбор
окрашенных и блестящих (особенно хромированных) поверхностей-
Рис. 9.3. Пример разра-
ботки промышленной
формы изделия, выпол-
ненной Институтом тех-
нической эстетики (фото
Е. Левандовской).
Рис. 9.4. Пример разработки промышленной фор-
мы изделия, выполненной Институтом технической
эстетики (фото Е. Левандовской).
Все чаще используются пластмассовые покрытия. Эту тенденцию
определяют:
О критерии защиты от вредных внешних влияний, например от
коррозии;
О операционные критерии — выделение типа, групп или одно-
родных функциональных элементов; например, желтая краска ис-
пользуется для обозначения транспортных групп, красная указы-
вает на место смазки и т. д.
Эстетическая гармонизация окраски функциональных элемен-
тов объекта требует определенных знаний в области колористикщ.
которая руководствуется правилами, установленными опытным пу-
тем с учетом психологических исследований.
192
Глава 9
На рис. 9.3 показан вертикально сверлильный станок, формы
которого выбраны в результате деятельности художника-конструк-
тора. На рис. 9.4 показан механический погрузчик. Анализируя оба
рисунка, можно установить общее правило использования плоских
гладких поверхностей, что имеет несомненное значение для содер-
жания машин в чистоте. Безусловно, приняты также во внимание
критерии возможности изготовления.
Отсюда видно, что правила, использованные художниками-
конструкторами, соответствуют принципу минимизации затрат тру-
<да человека.
9.5.9. Проблема надежности удовлетворения потребности
в конкретном комплексе
Всегда ли мы стараемся предвидеть меру неадекватности удов-
летворения потребностей в конкретных условиях будущего?
Проектировщик может лишь взвесить гипотезы, относящиеся к
будущему процессу удовлетворения потребности (на это обращено
внимание в гл. 7). Эти гипотезы опираются на критерии, в значи-
тельной степени определяемые оценкой того, что может свершиться
через определенный промежуток времени. Такие условия действий
проектировщика и конструктора требуют использования понятия
надежности, которое в разд. 9.5.3 обозначено символом Рр.
Техническая надежность Pt определяется экспериментально,
обычно значительно раньше ввода технического средства в эксплу-
атацию; эти эксперименты проводятся в условиях, соответствующих
исходным критериям. Такой подход может считаться определенно-
го рода идеализацией даже тогда, когда пытаются моделировать
эксплуатационные условия, а следовательно, при попытке учесть
взаимозависимость факторов надежности Р2 (разд. 9.5.3).
Течение времени влечет за собой изменение понимания потреб-
ностей, так как происходит изменение условий жизни.
Рассматривая надежность Рр, можно принять за аксиому то,
что в различии между решениями проектировщика и действитель-
ными условиями процесса удовлетворения потребностей проявля-
ется неадекватность понимания потребностей. Это одна пз проб-
лем проектирования, трудных для решения и одновременно очень
ответственных, особенно если признать недопустимость обраще-
ния к формальным аргументам решений; к сожалению, такие аргу-
менты еще широко используются.
Комплекс критериев
193
9.5.10. Потребность и антипотребность
Осознавая, что в результате функционирования различного ро-
да технических мегакомплексов может возникнуть угроза для их
здоровья и жизни, люди начинают обращать внимание на экологи-
ческие проблемы. Формально мы учли эти проблемы, выделяя на-
дежность безвредности воздействия технического средства на ок-
ружающую среду Ръ (разд. 9.5.3).
В обобщенном подходе необходимо учитывать, что Земля слу-
жит развитию человека и общества.
В целостном понимании мы относим понятие экологии не толь-
ко к биосфере, а рассматриваем весь сложный комплекс биосфе-
ра— техносфера — социосфера как экологический комплекс, или
экосферу (гл. 2). Экологический комплекс, понимаемый таким об-
разом, аналогичен чисто биологическому комплексу, например во-
доему со всей фауной, флорой и атмосферой. Сейчас начинают при-
нимать во внимание и ноосферу, т. е. сферу мыслей и знаний, кото-
рая проявляется также в культуре и общественной жизни.
Широко понимаемое окружение тесно связано с удовлетворени-
ем актуальных и потенциальных потребностей. Используя необду-
манно (либо недостаточно критично) различные элементы техно-
сферы, мы разрушаем часть среды и тем самым уменьшаем воз-
можность удовлетворения потребностей в ближайшем и отдаленном
будущем. Необходимость рационального анализа надежности дей-
ствия техносферы требует от инженеров, экономистов и прежде
всего от проектировщиков совершенно нового подхода к техничес-
ким проблемам. В этом плане необходимы обширные исследования
и соответствующие логические и математические выводы.
Минимизация вредного воздействия технических средств на сре-
ду представляет социальную необходимость.
Побочные эффекты техносферы отягощают нашу жизнь и раз-
витие. Происходящие негативные изменения не всегда вовремя за-
мечаются и зачастую требуют прогнозирования. Однако это воз-
можно только лишь при системном, а значит, целостном подходе
относительно и времени, и пространства. Производство полимеров,
например, нуждается в хлоре; производство хлора методом элект-
ролиза вызывает проникновение в сточные воды ртути, применя-
емой в электродах; ртуть попадает в реки и становится составной
частью корма рыбы; рыба попадает на наш стол, и ртуть достается
нашему организму. Это лишь одно из негативных последствий
технического прогресса среди многих, установленных биологами.
13—1147
194
Глава 9
Недостаточное распространение информации о состоянии техно-
сферы и последствиях ее развития может отомстить человеческому
обществу.
Возникают новые проблемы проектирования технических
средств, которые раньше не принимались инженерами во внима-
ние. Происходят явления, о которых должны знать все более ши-
рокие круги общества. Эта осведомленность и соответствующие
знания должны стать движущей силой позитивных изменений в
развивающемся комплексе различных технических средств. Суще-
ствует мнение, что степень вовлечения наших усилий в дело охраны
среды зависит от воли, выраженной обществом. Однако необходи-
мо признать, что разумное и решительное требование может быть
сформулировано лишь тогда, когда информация о состоянии тех-
носферы и ее влиянии на человеческое общество благодаря надле-
жащим социальным факторам станет доступна всем. Все более
обширную литературу на эту тему (см. библиографический список)
должны изучать не только инженеры и ученые.
Исследование экологических проблем выявило антипотребности.
Среди различных элементарных потребностей встречается много
весьма странных, которые составляют загадку современности.
Вредные воздействия на окружение выступают как явления, со-
путствующие процессам удовлетворения потребностей. Обращая
внимание прежде всего на элементарные потребности, нельзя од-
нако упускать проблему общественного признания многих других
выявленных потребностей. Эта проблема гораздо сложней, чем де-
ло однозначного установления вредного воздействия на окружение
как фактора, затрудняющего удовлетворение потребностей, спра-
ведливых в свете целесообразности существования и развития. Все
то, что вызвано использованием технических средств и препятству-
ет удовлетворению потребностей, в нашем понимании составляет
антипотребность.
Р-р означает надежность удовлетворения социально признанных
потребностей (разд. 9.5.3). Однако дело определения этой надеж-
ности усложняет проблема антипотребности. Математическую фор-
мулировку относительно упрощенного понимания этого вопроса,
существенного при установлении меры социально-технической
адекватности, можно представить следующим образом:
Pp=Ps (1-Ро). (9.5)
Здесь Ps — надежность эффективного удовлетворения проектной
потребности; Ра — надежность проявления антипотребности.
Комплекс критериев
195
Наш общественно-политический строй способствует выявлению
и устранению антипотребностей.
Можно считать, что такое понимание проблемы удовлетворения
потребностей создает интересный предмет исследований, обеспечи-
вающих гораздо более рациональный выбор среди технических
возможностей и необходимостей.
В условиях капиталистического строя, как классического, опи-
рающегося на право частного предпринимательства, так и совре-
менного в его государственно-монополистической форме, централь-
ную роль играет прибыль и рост капитала. Рассмотренный выше
подход не может найти там применения, поскольку предпринима-
тели не заинтересованы в своевременном выявлении и устранении
антипотребностей. Более того, даже в случае выявления антипот-
ребностей предприниматели средствами рекламы противоборству-
ют распространению сведений о существовании антипотребности,
9.5.11. Использование критерия социальной адекватности
Социальная адекватность технических средств должна стать
объектом обширных научных исследований. Не только высокая тех-
ническая адекватность, но и соответственно высокая надежность
желаемого действия других факторов на техническое средство име-
ет существенное значение.
В разд. 9.5 представлены основы использования критерия со-
циально-технической адекватности с особым выделением вопросов
социальной адекватности. Развитие такого подхода обусловлено
расширением экологических исследований, что требует признания
социального значения этих исследований.
Для практического применения указанного подхода необходи-
мы многочисленные исследования, основывающиеся на принципах
математической статистики и контролируемые здравым смыслом,
который руководствовался бы социально признанной аксеологиче-
ской системой («системой ценностей»), включающей элементы эти-
ки. Однако на начальной стадии разработки данного подхода мо-
гут быть полезны и методы оценки надежности, опирающиеся да-
же на некомплексные наблюдения и интуицию, контролируемую
логикой и общественным мнением. Каждая численная величина,
принятая в расчет, имеет то несомненное достоинство, что позво-
ляет в соответствующее время опытным путем проверить, оказа-
лась она правильной или нет, и тем самым дает основы для даль-
нейших решений, оценок и суждений.
Математическая модель (9.2) указывает на то, что приписыва-
ние определяющего значения только одному фактору может при-
13
196
Глава 9
вести к неверной оценке общего результата. Высокая надежность
удовлетворения проектной потребности Ps (например, близ-
кая к 1) при высокой надежности вероятности появления ан-
типотребности (например, Рп = 0,5) приводит к общему результа-
ту, меньшему, чем Р = 0,5; величина Р = 0,5 соответствует расхо-
жему выражению «бабушка надвое сказала».
Описанный выше подход с использованием критерия социаль-
ной адекватности может иметь революционное значение в практи-
ке проектирования и конструирования. Однако для повышения его
эффективности необходимо расширять исследования, которые дол-
жны быть намечены с помощью методологии технического проекти-
рования.
9.6. Критерий устранения избыточности
Рост — это не синоним развития, он бывает и препятствием для
развития.
Критерий устранения избыточности имеет свою мотивировку,
кроме общих соображений, также и в обосновании целесообразно-
сти создания изделия, а именно в экономическом обосновании ли-
бо, в обобщенном понимании,— в социально-экономическом анали-
зе стоимости1’.
Для дополнительного подтверждения целесообразности исполь-
зования этого критерия сформулируем следующие тезисы:
О рост без ограничений ведет к перепроизводству, которое вы-
зывает антипотребности;
О частное проектирование ведет к созданию технических
средств, число которых можно уменьшить путем сокращения эле-
ментов и целых групп;
О пренебрежение критериями массы и энергии привело к чрез-
мерному расходованию сырьевых и энергетических ресурсов, что
стало также причиной
О чрезмерной массы технических средств и чрезмерной мощ-
ности энергетических установок.
Не нужно даже быть инженером, чтобы заметить, сколько лиш-
них вещей в нашем окружении. Это связано с явлением, которое
можно охарактеризовать как вырождение культуры. С позиций
здравого смысла абсурдно действующее в нашей цивилизации свое-
го рода социальное правило, по которому возможность становится
необходимостью; тривиально, но метко схвачено это в поговорке:
о Термин «анализ стоимости» представляет собой перевод английского тер-
мина value analysis, что, в сущности, должно переводиться как «анализ значе-
ний» (технических средств и действий); в этом анализе прежде всего использует-
ся критерий устранения избыточности.
Комплекс критериев
197
«глаза завидущие, руки загребущие1)». Индивидуальная ненасыт-
ность и общественные потребительские тенденции должны стать
предметом критических исследований психологов и социологов во
имя целесообразности существования и развития.
Дальнейший прогресс возможен благодаря развитию сознания.
Разумное сокращение массы, энергии и действий пропорцио-
нально используемым информационным ресурсам.
Наибольшие возможности кроются не в материи, а в информа-
ции, которая в противоположность материальным объектам не имеет
пределов.
Критерий устранения избыточности должен быть использован
на каждой стадии процесса удовлетворения потребностей; объек-
тами его применения могут и должны быть:
@ средства удовлетворения потребностей;
@ способы удовлетворения потребностей;
® количество планируемых и проектируемых технических
средств;
© сложность проектируемых и конструируемых средств;
® количество конструкционных материалов, сырья и полуфаб-
рикатов;
® операции изготовления, обусловленные конструкцией изде-
лия;
® мощность приводов и энергетических систем;
® области пространства, занимаемые техническими средст-
вами;
® проектно-конструкторские действия;
® проектно-конструкторская документация;
® организационные мероприятия, прежде всего различного ро-
да формальные операции.
Попытки составить исчерпывающий перечень подобного рода
обречены на неудачу, так как можно без конца выявлять объекты,
которые могут подлежать проверке по критерию устранения избы-
точности; это зависит лишь от степени детализации рассматривае-
мого предмета.
Все то, что отягощено случайными суждениями и временно де-
зориентированной интуицией, может иметь много случайных черт,
которые чаще всего будут излишними.
Критерий устранения избыточности следует относить также и
к информации.
’> В оригинале Popie oczy, wilcze gardlo, co zobaczy to by zarlo — буквально,
«поповские глаза,. волчье горло, что увидит, то бы и сожрал».—Прим, перев.
198
Глава 9
Скептицизм признан методологической основой процесса позна-
ния0. Вопрос «необходимо ли это?» может иметь существенное тео-
ретическое значение в методологии проектирования и конструиро-
вания и быть побудительной причиной успешных действий, полез-
ных в свете социально-экономических потребностей.
На первый взгляд выглядит парадоксом или даже бессмысли-
цей утверждение: информация может быть заменителем материала.
Значит, абстракция может заменить то, что является конкретно-
стью? Но так и есть в действительности: чем больше мы имеем
сведений, которые содержат истину, тем проще выбрать необходи-
мое и достаточное и отбросить излишнее. Уяснение проектировщи-
ками и конструкторами, а также экономистами важности критерия
устранения избыточности может привести к значительным методо-
логическим и практическим результатам.
9.7. Социализация технических средств
Социализация технических средств позволяет оптимизировать
использование сырьевых и энергетических ресурсов.
Системный подход приводит к задаче социализации техничес-
ких средств. Сущность этой задачи можно выявить, используя оп-
ределяющие критерии как основу оценки техносферы и единичных
технических средств. Социализация технических средств — это:
О общественная собственность на технические средства;
О индивидуальное использование общедоступных средств.
Как упоминалось в предыдущем разделе, «возможность стано-
вится необходимостью». В таком понимании вопросов обладания и
использования большая вина лежит на недобросовестной рекла-
ме. Внушение, что каждый должен иметь все, что только задумает
ловкий предприниматель, стало причиной многих бед во всем мире.
Инженер участвует в фетишизации технических средств, тогда
как профессиональная честность требует противоположных действий.
Автомобиль для личного пользования не разрешит проблему
транспорта без вреда для всего общества и без вреда для индиви-
дуальных потребителей фетишизированного личного транспортно-
го средства; индивидуальный дом не разрешает трудных для всего
мира квартирных проблем; стиральная машина в каждом доме не
разрешает оптимально проблему обеспечения чистоты белья в све-
те критериев экономии энергии, стали, меди и другого сырья, а
также экономии усилий общества. Социальный и технический
*> Это утверждение слишком сильно, хотя аналогичный принцип «сомневай-
ся во всем», высказанный К. Марксом, служит важным инструментом (ио, ко-
нечно, не основой) процесса познания. — Прим. ред.
Комплекс критериев
199
прогресс, основанный на росте сознания, должен быть увязан с
минимизацией эгоизма, который можно назвать разрушительным
и который выражается в жажде обладания имуществом и в жажде
власти. Так пли иначе наш общественный строй теоретически пре-
пятствует росту стремлений такого рода.
Социализация должна способствовать усилению контактов меж-
ду людьми.
Социальное значение проектирования не может игнорироваться
инженерами в познавательном и творческом процессах. С этой точ-
ки зрения инженер должен понимать, что трудности, переживае-
мые во всем мире, имеют свои причины также в недостатке терпи-
мости и взаимопонимания, которые являются необходимым усло-
вием развития и действительной культуры общества. Преходящие
социальные уклады современной истории способствовали расколу
обществ, создавая ограниченное формальное единство на базе эго-
истических лозунгов национализма и империализма.
В обществе будущего должно иметь силу не право обладания,
а право и возможность использования технических средств.
Социализация технических средств — возможность в некоторых
обществах уже реализованная. Эту возможность в согласии с ре-
комендациями добросовестных инженеров, экономистов и психоло-
гов должно осмысленно использовать просвещенное общество.
Социализация ведь не предполагает лишения людей личных удо-
вольствий; если кто-то непременно жаждет иметь домик за горо-
дом для проведения своего досуга, если предпочитает стирать
личные вещи или находит удовольствие в автомобильном спорте,
то пусть себе приобретает летний домик, автоматическую стираль-
ную машину или автомобиль. Однако экологически целесообразны
и социально оправданны другие решения: многоквартирные зда-
ния, коммунальные салоны-прачечные и надежная сеть обществен-
ного транспорта, так как в наше время содействие снобизму и фе-
тишизму несправедливо по отношению к обществу в целом.
9.7.1. Минимизация совокупной нужды
Гармония человеческого существования и развития, а не вырож-
дающееся материальное изобилие должны быть объектом социаль-
ных и технических усилий.
200
Глава 9
Материальные условия жизни на Земле, зависят от того:
ф как используются различные ресурсы, из которых мы созда-
ем техносферу;
ф как используются сырье и энергетические ресурсы воды,
расщепляемых материалов, солнечного излучения и ветра;
ф каким образом оценены потребности, ощущаемые общест-
вом;
ф в какой мере использована имеющаяся информация о ре-
зультатах использования различных технических средств;
ф в какой мере развита тяга к научным и практическим зна-
ниям, а также каковы возможности и умение использовать эти
знания;
ф признается ли необходимость устранения устаревших стерео-
типов и догм, формирующих механизмы ощущения потребностей,
и пробуждаются ли в общественном сознании новые элементы, спо-
собствующие развитию личности в условиях общественной жизни.
Не максимизация всеобщего материального благосостояния, а
минимизация совокупной нужды во всем мире становится задачей
человечества!
Анализ этих тезисов однозначно указывает па важную роль ин-
формации. Лишь эффективное усвоение и использование информа-
ции обеспечивают возможность благоразумного и справедливого
удовлетворения потребностей. Так, осознание факта ограниченно-
сти природных ресурсов, того, что в некоторых исследованиях бы-
ло даже названо «границей роста», ведет к кардинальному выво-
ду, который может быть признан в качестве одного из определяю-
щих критериев — это минимизация совокупной нужды. Отдельные
нужды выявлены благодаря деятельности институтов междуна-
родного сотрудничества. Совместное использование всего того, что
мы можем достичь в доступных нам сферах материальной действи-
тельности,— необходимость, обязывающая все народы к сотрудни-
честву.
9.7.2. Задачи инженеров
Новое отношение к применению технических средств требует
новых критериев.
Мы указали на критерий социализации. Следует признать, что
это существенный элемент комплекса критериев. Принятие этого
тезиса требует, однако, больших изменений в понимании задач,
стоящих перед проектировщиками технических средств. Для капи-
Комплекс критериев
201
талистического предпринимателя инженер является орудием. Для
нашего социального порядка исполнительская позиция проектиров-
щиков и конструкторов (а также экономистов) вредна. От созда-
телей техносферы необходимо требовать ответственной деятельно-
сти. Это утверждение создает основу для включения задачи соци-
ализации технических средств в сферу методологии технического
проектирования. Инженеры должны перестать удивляться необхо-
димости заниматься задачами, лежащими за пределами узко по-
нимаемой техники. В нашем понимании техника, как указывалось
выше, представляет собой знания о способах оперирования мате-
рией, но необходимо отдавать себе отчет, что смысл этих опера-
ций должен заключаться прежде всего в служении человеку.
Понятию «точка зрения» следует противопоставить понятие
«поле видения».
Инженер должен иметь достаточно широкий кругозор. Теорию
перспективы, основы которой заложил Леонардо да Винчи (1452—
1519 гг.), М. Маклуган считает источником интеллектуальной при-
вычки ограничиваться какой-либо точкой зрения, что выражается в
повсеместно известном выражении «с моей точки зрения». Поле
видения имеет методологическое значение. Расширение поля виде-
ния связано с усвоением достаточного числа «точек зрения», что
делает возможным целостное понимание объекта познания.
Преходящее в мировоззрении — это эффект преходящего в
философских и практических критериях.
Настоящая глава посвящена обсуждению проблемы удовлетво-
рения потребностей с помощью технических средств на основе
комплекса определяющих критериев. В разд. 9.7 обращено внима-
ние на критерии, вытекающие из предпосылки социализации этих
средств. Технические критерии имеют тесную связь с социальными
критериями, которые в свою очередь логически следуют из мораль-
но-этических критериев.
Инженеры и политические деятели должны все больше отдавать
себе отчет в том, что они делают, с тем чтобы в общественном
мнении формировался комплекс факторов, способствующих социа-
лизации групповых технических средств, т. е. всего того, что не
относится к орудиям и помещениям, имеющим узко личное, ин-
дивидуальное значение для человека в его частной жизни.
Нередко весьма трудно распознать добро, но значительно про-
ще указать на зло.
202
Глава 9
То, что не было возможно вчера, становится возможным сегод-
ня. Понимание этого должно приходить ко все более широким
кругам общества. Средства массовой, информации, находящиеся в
распоряжении всего общества,— радио, телевидение, пресса, кино
и лозунги в общественных местах — способствуют формированию
разумных взглядов на мир, жизнь и потребности, связанные с раз-
витием человеческой личности. Большое значение приобретают ос-
новательность и добросовестность, которые должны исключать слу-
чайность и поспешность в решении вопросов, крайне важных для
жизни отдельных людей и общества в целом. Начать необходимо
с устранения зла.
9.7.3. Вопросы, требующие ответа
Будущее техносферы зависит от систем, которые создаются уже
сегодня.
Мы часто дискутируем на тему о том, каким будет XXI век.
Различные люди рисуют его по-разному. Однако наш бурный век
указывает на то, что сейчас существует лишь видимость надежно-
сти предсказаний футурологов и других специалистов по будуще-
му. В разд. 9.7 оговорены теоретические предпосылки обсуждения
проблем будущего. Конструктивный вид большинства существую-
щих технических средств и мегакомплексов создавался в условиях
частной инициативы предпринимателей. Стоит, например, обратить
внимание на однообразие конструкций многих силовых приводов
машин. Чаще всего они состоят из отдельно изготовленных узлов:
двигатель — муфта — передача — муфта. Эти формы создавались в
производстве, разобщенном частной инициативой.
В связи с затронутой темой возникает ряд вопросов:
О не следует ли подвергнуть критической оценке конструктив-
ный вид и действие технических средств в очередности, соответст-
вующей их значению в общественной жизни?
О не нужно ли предпринять исследования правомерности вида
наших шахт, домен и перерабатывающих заводов, а также различ-
ных фабрик; ведь они создавались как следствие понимания их
значения, отличного от того, которое существует для нас?
О какую роль играют современные заводы индивидуальных
технических средств?
О реализованы ли разделение труда и специализация произ-
водства соответственно интегрированной хозяйственной системе?
К решению проблем, скрывающихся за этими вопросами, необ-
ходимо приступать уже сейчас.
Комплекс критериев
203
9.8. Обоснование целесообразности создания изделия
Зачем? Почему? Как?
Выше выписаны три вопроса, выражающие рациональный
подход к нашим практическим начинаниям. Сформулировать рас-
сматриваемую проблему можно в форме вопроса: на каких осно-
ваниях создано и существует изделие? Обоснованием целесообраз-
ности создания изделия является исполнение им функции техни-
ческого средства — это и есть ответ на первый частный вопрос:
«Зачем?». Анализируя все три вопроса, можно прийти к выводу,
что обоснование целесообразности создания изделия должно скла-
дываться из:
О обоснования технической целесообразности;
О экономического обоснования;
О обоснования возможностей изготовления.
Тщательное определение потребности, а также возможностей
проектирования и изготовления должно быть основным методоло-
гическим правилом.
Логическую связь между обоснованиями и частными вопросами
можно описать в форме непосредственных ответов на эти вопросы:
ф целесообразность создания изделия обосновывается предви-
дением возможности реализации технического действия, имеюще-
го целью удовлетворение выявленной и признанной потребности;
ф использование изделия как технического средства экономи-
чески обосновано, т. е. расходы на разработку и изготовление, а
также эксплуатационные расходы считаются приемлемыми в свете
достигаемого результата;
ф изготовление изделия в соответствии с разработанной кон-
струкцией в желаемый срок на данном заводе возможно.
Известны технические начинания, не поддающиеся незамедли-
тельному экономическому обоснованию
Комплекс обоснований целесообразности создания изделия
формулируется при условии социально-технического понимания за-
дач удовлетворения потребностей с помощью технических средств.
Традиционный экономист склонен утверждать, что экономическое
обоснование — это альфа и омега технико-экономических начина-
ний. В этом понимании доминирует экономичность. Проблема же
состоит в том, как ограниченными ресурсами удовлетворить посте-
204
Глава 9
янно растущие потребности. Поэтому экономичность должна всегда
рассматриваться в связи с другими аспектами проблемы.
Вслед за обоснованием технической целесообразности, первосте-
пенным с точки зрения потребности как непосредственной побуди-
тельной причины, идет экономическое обоснование. В конструктор-
ской практике это обоснование предваряет обоснование возмож-
ности изготовления, из которого следуют критерии изготовления.
Очень часто, должным образом руководствуясь производственны-
ми критериями, можно одновременно обеспечить выполнение кри-
териев, выводимых из экономического обоснования. Обоснования
целесообразности создания изделия служат основой подбора кон-
струкционных критериев.
9.8.1. Критерии функционирования
Критерии действия (функционирования) занимают существенное
место среди конструкционных критериев.
Обоснование технической целесообразности служит основой
формирования критериев функционирования, поскольку это обос-
нование указывает на необходимость принятия во внимание систе-
мы., которая создается прежде всего как логическое следствие кри-
терия социально-технической адекватности. При этом почти всегда
главные обоснования обеспечивают выявление критериев функцио-
нирования. В некоторых случаях обоснование технической целесо-
образности может оказаться только напоминанием того, что долж-
но быть установлено в свете главных (исходных) обоснований.
В некоторых теоретических подходах критерии действия назы-
ваются «показателями». Примером критериев действия могут слу-
жить требования к средствам транспорта, обычно в форме конъ-
юнкции: 150 км/ч и 5 пассажиров; 100 км/ч и 5 т; грузоподъемность
20 т при скорости: подъема 6 м/мин, перемещения крановой тележ-
ки 30 м/мпн и крановой эстакады 70 м/мин. Другими примерами
могут быть угловые скорости и крутящие моменты приводных ва-
лов, сила тяги и время работы двигателей ракеты-носителя и т. п.
Критерии функционирования являются логическим следствием
выявления потребности с точки зрения эффективности ее удовлетво-
рения.
Критерии функционирования количественно определяют сущ-
ность действия технических средств. Обычно они являются основ-
ными предпосылками конструктивных решений, составляющих про-
ект, сущность которого выражает система, или элемент системы.
Комплекс критериев
205
Необходимо особое внимание уделять действительной и фор-
мальной точности выполнения всех критериев, так как из практи-
ки хорошо известно, что первое же недоразумение возникает при
интерпретации критериев функционирования машины во время
технической приемки. Примеры точной формулировки критериев
функционирования мы найдем в различных технических докумен-
тах соответствующих специальных служб, таких, как Палата мер
и весов, Бюро стандартов, отдел технического контроля, служба
техники безопасности и т. д. С другой стороны, многие предписа-
ния, диктуемые такими учреждениями, имеют консервативный ха-
рактер, что обычно обусловлено боязнью введения новых крите-
риев, недостаточно обоснованных практическим опытом.
9.8.2. Критерии технической адекватности
Множество конструкционных критериев имеют форму, идентич-
ную форме критериев, устанавливаемых при создании системы.
В разд. 9.5 рассмотрены вопросы, связанные с критерием соци-
ально-технической адекватности. Критерий технической адекват-
ности не только по самому названию, но и с учетом пояснений,
приведенных в разд. 9.5.3, соответствует именно технической сфере.
Этот критерий охватывает:
> эффективность функционирования, определяемую критерия-
ми функционирования, описанными в разд. 9.8.1;
ф условия функционирования, установленные в процессе про-
ектирования, предшествующем конструированию;
ф долговечность изделия в процессе эксплуатации, установлен-
ную также в процессе проектирования;
ф надежность действия технического средства как конструк-
тивную предпосылку, сформулированную в результате анализа по
критерию социально-технической адекватности.
Критерий технической адекватности имеет существенное зна-
чение в технических действиях, к которым мы причисляем:
О создание конструкции;
О исследование прототипа;
О составление руководств по эксплуатации;
О исследование технического средства в эксплуатации или в
условиях имитации эксплуатации.
9.8.3. Критерии, вытекающие из экономического обоснования
Критерий минимизации совокупной нужды при глобальном под-
ходе становится фактором экономического характера.
206
Глава 9
В настоящее время все большее значение приобретают:
О экономия сырья;
О экономия энергии.
Это наиболее полезные в операционном смысле и лучше всего
поддающиеся количественной оценке конструкционные критерии,
вытекающие из экономического обоснования.
Критерии экономии, требующие наиболее эффективного исполь-
зования сырья и энергии, уже сейчас, и тем более в перспективе,
также приобретают социальное значение. Разновидностью крите-
рия экономии энергии является критерий удельного расхода энер-
гии, который используется как основная мера оценки экономично-
сти работы машин. Критерии экономии сырья и энергии, по сущест-
ву, вытекают из критерия устранения избыточности, рассмотренно-
го в разд. 9.6.
Из экономического обоснования, так же как и из исходных обо-
снований, вытекает очень сложная в реализации задача всеобщей
экономии, относящаяся к затратам (в том числе и непосредствен-
но финансовым) на:
О исследование потребностей;
О создание определенных свойств технических средств и свя-
занные с этим фундаментальные, а также прикладные исследова-
ния;
О изготовление;
О исследование (испытания) технических средств;
О эксплуатацию.
Автоматизация для автоматизации — это только игрушка.
В наше время часто выдвигается требование автоматизации, а
критерии приспосабливают ее к задачам. Такой подход — резуль-
тат заблуждений. Автоматизация должна быть логическим следст-
вием требования адекватности технических средств, причем в пер-
вую очередь — социально-технической адекватности. Поэтому ав-
томатизацию следует понимать как средство улучшения условий
удовлетворения потребностей.
Необходимо учитывать и то, что кажется второстепенным.
Требование автоматизации часто обосновывается экономией че-
ловеческой энергии. Но оказалось, что это вовсе не очевидно. Здесь
необходимо учесть:
ф расход творческой и производственной энергии, необходи-
мой для изготовления автоматизированных комплексов;
ф психофизиологическое напряжение операторов, работающих
у пультов управления автоматических комплексов.
Комплекс критериев
207
Тот, кто бывал на заводах электронной техники, мог заметить
большое нервное напряжение работниц при монтаже различных
очень мелких элементов. Исследования психологов и физиологов
показывают, что расход энергии оператора у пульта управления
некоторых комплексов и оператора пневматического молота при-
мерно одинаков.
9.8.4. Производственные критерии
Часто рассматриваются критерии, выводимые из обоснования
технологичности. При этом одни говорят о технологичности изде-
лия, другие же — о технологичности конструкции. Вторая форму-
лировка в нашем понимании необоснованна, поскольку техноло-
гичным, т. е. доступным для процесса изготовления, может быть
лишь материальный комплекс, а следовательно, изделие. Принимая
во внимание двусмысленность понятия технологии (разд. 1.10), мы
заменили термин «технологическое обоснование изделия» термином
«обоснование возможностей изготовления»1). При определении и
подборе критериев изготовления (производственных критериев)
могут помочь следующие вопросы:
ф какие технические средства (заводы, цехи, станки) имеются
для развертывания производства сконструированного изделия?
ф какие необходимы технические средства, кроме имеющихся,
т. е. что еще следует обеспечить?
Что имеется и что должно быть — это вопросы, о которых нель-
зя никогда забывать.
Фактическое состояние не должно предопределять возможности
изготовления. В области техники изготовления не было бы прог-
ресса, если бы проектировщики и конструкторы не добивались ра-
циональных изменений, в средствах, методах или технике изготов-
ления. В свете этого конструктор:
ф обязан учитывать в конструкции существующие возможно-
сти изготовления, однако одновременно
ф имеет право требовать более широких возможностей изго-
товления, чем существующие.
Многочисленность производственных критериев приводит к
многофакторной (многокритериальной) оптимизации.
11 Термин «обоснование возможностей изготовления» предложил доц. А. Буд-
зыньский на Семинаре о науке технического творчества, проводимом кафедрой
основ конструкции машин Силезского политехнического института. [Вероятно,
лучше сказать «обоснование способов изготовления», поскольку речь идет не
просто о «возможности изготовления» (сейчас можно изготовить почти все), а об
оптимальной конструкции с точки зрения изготовления. — Прим, ред.]
208
Глава 9
Производственные критерии составляют особую группу в ком-
плексе критериев, относящихся к конструкции. К обобщенным кри-
териям, вытекающим из обоснования возможностей изготовления,
можно причислить:
О срок, отпущенный на изготовление;
О количество изделий в выпускаемой серии;
О повторяемость серий;
О доступные операции изготовления, рассматриваемые с точки
зрения характера и точности операции, а также стоимости;
О фактор производственной кооперации и доступности техни-
ческих средств;
О соответствие производственных операций и поставок полу-
фабрикатов или готовых элементов и узлов;
О допустимые массы элементов или машин с точки зрения экс-
плуатации или транспортировки как операции производственного
процесса.
Производственные критерии имеют значение ограничений при
многофакторной оптимизации. Конструктивное значение производ-
ственных критериев однозначно.
От подбора этих критериев зависят:
‘ О конструктивный вид изделия;
О комплекс размеров.
Конструктивный вид логически следует не только из системы,
но также и из производственных критериев.
В конструировании выступает прежде всего задача нахожде-
ния геометрических конструктивных характеристик во взаимосвя-
зи с конструктивными характеристиками вещества (материала)
конструкции.
Существует четкая связь между конструктивным видом и про-
изводственными критериями й,п,-:
п =f (Sm, Qwj), j = 1 н- п. (9.6)
Выражение (9.6) можно сопоставить с рис. 9.1. Sm обозначает
действие, которое обеспечено конструктивным видом П, но этот вид
не может быть определен лишь на основе системы Sm; это необ-
ходимое, но не достаточное условие. Другое необходимое условие
состоит в выполнении производственных критериев.
Примером типичного заблуждения в свете производственных
критериев может служить подражание литым конструкциям при
конструировании сварных деталей. Выбор между литьем или свар-
кой имеет большое значение для конструкции изделия. Рассмотрим
пример критериев выбора вида детали, имея в виду простое исполь-
зование какой-либо готовой детали как элемента какого-либо
изделия Пусть рассматриваемой деталью будет шкив ременной
Комплекс критериев
209
передачи. Встречаются шкивы литые, сварные и готовые шкивы
специальной конструкции в типовом исполнении для данного про-
изводства.
Примеры зачастую лишь частично иллюстрируют задачу.
Постоянно необходимо помнить, что действия конструктора дол-
го сказываются в последствиях решений, принятых на основе воз-
можности рационального выбора. Привычки — преграда на пути ра-
ционального выбора.
На рис. 9.5 номерами обозначены задачи и их решения:
1-—срок изготовления одной детали должен быть коротким;
в литейном цехе есть модель требуемого шкива, чертеж как запись
конструкции хранится в архиве собственного конструкторского бю-
ро— выбирается отливка;
2 — отсутствуют ограничения в сроке изготовления одной либо
большего числа деталей; существуют модель и чертеж — выбира-
ется отливка-,
3 — отсутствуют ограничения в сроке изготовления; предусмат-
ривается изготовление многих деталей в различные сроки, имеется
собственный литейных цех — выбирается отливка;
4 — то же, что и в п. 3, но отсутствует собственный литейный
цех, зато гарантируются поставки с другого завода — выбирается
отливка-,
5 — желательно изготовление одной детали в короткий срок;
даже при наличии собственного литейного цеха и модели отливки
может быть обоснованным выбор сварной детали-,
6 — требуется изготовить одну деталь; нет модели в литейной —
выбирается сварная деталь-,
7 сжатые сроки изготовления большой партии деталей; име-
ются собственный сварочный участок и соответствующий запас
стального проката; вероятна возможность брака в собственной ли-
тейной — выбирается сварная деталь-,
8 — имеется хороший сварочный участок; в распоряжении за-
вода есть приспособления для сварки шкивов; требуется изгото-
вить большое количество деталей в различные сроки — выбирается
сварная деталь;
9 — требуется малый вес шкива — выбирается сварная деталь;
10 — имеется возможность отыскания нормализованных шки-
вов и надежного поставщика — обоснован выбор готовой детали.
Проектно-конструкторские бюро, организационно не зависящие
от производства, обязаны достигать взаимопонимания с изготовите-
лями.
14—1147
Малый срок
изготовления
Срочное специальное
изготовление
Один экземпляр
Партия
Предполагается
изготовление
и в будущем
Требования
малой массы
Лишенный, цех
Модель отливки
на складе
Надежные
поставщики
Собственный
сварочный участок
Склад стального
проката
Рис. 9.5. Факторы выбора конструкторских решений.
Комплекс критериев 211
Последний пункт перечня решений рис. 9.5 служит поводом
к тому, чтобы обратить внимание на типичные ошибки производст-
ва, сводящиеся к изготовлению в своей сфере нормализованных
или типизированных элементов, которые при правильной поста-
новке дела должны быть сведены в каталоги и изготовляться в
массовом производстве.
Решения о закупке материалов или полуфабрикатов — задачи
сложные. В них проявляются общие организационно-экономические
критерии или даже критерии стратегии производства. В таких слу-
чаях необходимо взаимопонимание между конструктором и изгото-
вителем. Всегда и везде взаимопонимание представляет собой
фактор интеграции сложного действия.
9.9. Критерии классификации технического средства
и изделия
Сложность материальных комплексов — причина существования
проблемы классификации.
В процессе проектирования рассматривается искусственный ма-
териальный комплекс, который должен существовать как техни-
ческое средство; в процессе конструирования учитываются систем-
ные свойства технического средства, но материальный комплекс
понимается как изделие.
Проблема классификации в случае технических средств, осо-
бенно в их системном понимании, выглядит иначе, чем для средст-
ва, конструктивный вид которого уже выбран в процессе проек-
тирования.
Классификация искусственных материальных комплексов влияет
на тип структур.
Технические мегакомплексы классифицируются прежде всего
по типам технических средств. При этом используются критерии,
вытекающие из исходных обоснований. В разд. 9.7 мы обратили
внимание на влияние производственных традиций, характерных
для капитализма, и на формы технических средств (особенно это
касается производственных мегакомплексов). Критерии, опреде-
ляемые исходными обоснованиями, служат эффективной основой
критического анализа современной классификации элементов тех-
носферы как технических средств. Воспользуемся здесь понятием
структуры технических средств, определяемой конструктивным
видом.
14
212
Глава 9
Чем дальше в лес, тем больше деревьев и гуще чаща, преодоле-
ние которой требует больших усилий.
Классификацию мегакомплексов определяют:
О структуры индустриальных мегакомплексов, т. е. крупных
производственных организаций;
О структуры промышленных предприятий как технических ме-
гакомплексов, составляющих элементы индустриальных мегакомп-
лексов.
Факторами, характеризующими эти структуры, являются:
О система как основа действия мегакомплексов;
О способ организации совместного действия (синергии), т. е.
подбор структур комплексов, реализующих действие в соответст-
вии с комплексной системой.
Следствием использования критерия социально-технической
адекватности могут быть:
• изменения в структурах индустриальных мегакомплексов
(изменения типов промышленных предприятий);
ф изменения внутри промышленных предприятий.
В развитии техносферы эволюция преобладает над револю-
циейЩ
Последствием таких изменений должна быть смена:
О типов производственных процессов;
О типов технических средств.
Классификация элементов изделий основана на определении де-
талей и групп деталей (узлов).
Консерватизм приводит к тому, что нашей изобретательности
становятся помехой уже известные типы технических средств. Из-
менения осуществляются чаще всего путем мутации формы извест-
ных технических средств или добавления новых средств без ради-
кального устранения старых.
Ограничиваясь в отношении классификации технических
средств наиболее обобщенными понятиями, представим несколько
подробнее и более операционно вопрос классификации элементов
изделий. Деталями и узлами мы называем материальные комплек-
сы (изделия, операционно представляющие собой полуфабрикаты),
Ч Здесь важно не упускать из виду, что технические революции, так же
как смены экономического базиса общества, в отличие от политических револю-
ций занимают существенно большее время.—Прим. ред.
Комплекс критериев
213
неизменные в процессе операций сборки изделия, которое должно
стать техническим средством. Узлом является комплект деталей,
целенаправленно собранных с точки зрения операции, которая
должна выполняться с помощью такого комплекта. При этом мо-
жет возникнуть альтернатива:
О в процессе проектирования изделия типы узлов заложены
в исходных данных;
О узлы определяются в процессе конструирования после опре-
деления соответствующих деталей, что может способствовать улуч-
шению монтажа или привести к решению об изготовлении узлов,
используемых в разных изделиях.
Число деталей может быть минимальным, максимальным и опти-
мальным.
Ключ к классификации дает расчленение изделия на детали.
Можно легко доказать, что:
• применение критериев, выводимых из обоснования техниче-
ской целесообразности, способствует установлению минимального
числа деталей, теоретически обеспечивающего действие изделия
как технического средства;
• критерии, выводимые из обоснования возможностей изго-
товления, обычно приводят к максимальному числу деталей, так
как наиболее просты операции по изготовлению несложных дета-
лей, которые можно получить путем расчленения деталей! более
сложной формы;
• критерии, вытекающие из экономического обоснования, соз-
дают основу для получения оптимального числа деталей, отвеча-
ющего критерию социально-технической адекватности.
Конструирование начинается с определения минимального чис-
ла деталей в соответствии с обоснованием технической целесообраз-
ности машины или помещения.
Конструктивный вид изделия сначала создается в форме эски-
за. Затем производится определение минимального числа деталей.
В процессе уточнения конструктивного вида и определения разме-
ров число деталей увеличивается. Кратко охарактеризуем это на
примере рис. 9.6. Рассмотрим шатунно-кривошипный механизм
компрессора вместе с поршнем. С точки зрения выполняемой функ-
ции достаточно комплекса из трех деталей;
® шатуна, шарнирно-соединенного с поршнем и коленчатым
валом;
© коленчатого вала, воздействующего на шатун, установлен-
ный в подшипниках, которые мы здесь не ппинимаем во внимание;
214
Глава 9
• поршня, который совершает возвратно-поступательные дви-
жения в цилиндре.
Ограничение числа элементов происходит в результате оптими-
зации, проводимой на основе комплекса критериев, вытекающих из
всех обоснований целесообразности создания изделия.
Такое расчленение опирается на основы кинематики, что, оче-
видно, имеет существенное значение для первоначального опреде-
Рис. 9.6. Схема конструктивного вида компрессора.
ления конструктивного вида шатунно-кривошипного механизма.
Однако этим не исчерпываются критерии обоснования технической
целесообразности рассматриваемого узла компрессора. Это обос-
нование должно служить основой эксплуатационных критериев,
в первую очередь критериев адекватности действия шарниров. В ре-
зультате уточнения конструктивного вида происходит усложнение
шатуна.
Критерии изготовления способствуют увеличению числа дета-
лей. Резьбовые соединения появляются в результате расчленения
изделия ввиду требований его изготовления и эксплуатации. Тех-
ническое обслуживание (содержание в исправности и ремонты)
должно рассматриваться как продолжение операций изготовления
в процессе эксплуатации.
Поэтапно проводимая оптимизация конструкции ведет к опре-
делению числа деталей, промежуточному между максимальным и
минимальным.
Комплекс критериев
215
9.10. Стереотипные критерии
Прибыль — неподходящий критерий для существования и разви-
тия человеческого общества.
В капиталистическом хозяйстве устоялись определенные комп-
лексы стереотипных критериев. Из источников, главным образом
англосаксонских, можно для иллюстрации составить такой комп-
лекс критериев, в который войдут:
• прибыль — основной экономический критерий,— которая оп-
ределяется затратами на изготовление и сбыт и выручкой, полу-
чаемой от продажи;
ф критерии объективного функционирования, т. е. технические
показатели;
ф критерии субъективного функционирования, т. е. субъектив-
ная привлекательность для покупателя;
^техническая адекватность, или поверхностно понимаемое ка-
чество;
ф пригодность для различных условий, увеличивающая непо-
средственную привлекательность;
ф приспосабливаемость к изменяющимся условиям функцио-
нирования.
Однако решающим остается критерий прибыли, получаемой от
продажи большого числа изделий, что в упрощенном виде пред-
ставляется как прибыль с оборота.
9.11. Обобщенные характеристики комплекса критериев
Свойствами и особенностями комплекса критериев являются
отношения внутренние и внешние.
Рассмотрим характеристики комплекса критериев в обобщен-
ном понимании. К этим характеристикам относятся:
О внутренние отношения как свойство комплекса критериев;
О внешние отношения как особенность комплекса, связанная
со способом использования критериев.
На рис. 9.7 представлена модель комплекса критериев. Его
свойства вытекают из исходных обоснований, главным образом из
обоснований целесообразности создания технического средства и
изделия. Взаимозависимость критериев определяется отношением
критериев к обоснованиям.
Кратко охватывая то, что представлено в гл. 9, обратим вни-
мание на следующие отношения:
Критерий социально-технической адекватности следует из обо-
снования целесообразности существования и развития.
216
Глава 9
ческую основу критерия
ние технической
целесообразности,
ОпосноВания:
Целесообразности
существования
и развития
(Возможностей
1 изготовления
Экономическое
Технической
'епесообразности
Затрат
Технической
адекватности
Критерии: с
Общественно-
технической
адекватности
Производственные
Рис. 9.7- Модель комплекса основных
критериев, определяемая обоснованиями
целесообразности создания технического
средства и изделия.
Критерий технической адекватности логически следует из кри-
терия социально-технической адекватности. Непосредственно логи-
)й адекватности дает обоснова-
а также общие исходные обос-
нования и экономические
обоснования.
Критерий затрат имеет
прежде всего социальное зна-
чение ввиду ограниченности
сырьевых и энергетических ре-
сурсов; этот критерий опира-
ется на экономическое обосно-
вание, а также на обоснование
возможностей изготовления.
П роизводственные крите-
рии непосредственно следуют
из обоснования возможностей
изготовления, но можно также
выявить их связь с экономиче-
ским обоснованием.
На рис. 9.7 показаны также
связи:
© обоснования техниче-
ской целесообразности с обос-
нованиями целесообразности
существования и развития;
© обоснования возможно-
стей изготовления с экономическим обоснованием.
Кроме того, указано на связи критериев, вытекающих из обос-
нований целесообразности создания изделия, с критерием социаль-
но-технической адекватности.
Особенности комплекса критериев состоят в его последователь-
ном использовании как основы оценки
О системы и
О конструкции,
и прежде всего в том, что комплекс критериев создается в процес-
се распознавания и определения потребностей, поскольку сами
критерии представляют собой формализованную запись потребно-
стей.
В разд. 7.4 была представлена последовательность операций в
процессе удовлетворения потребностей, в которой выделены так-
же узлы принятия решений. Стадии, заканчивающиеся узлами, и
сами узлы требуют использования соответствующих элементов
комплекса критериев. Значимость критериев определяет их приори-
тет: следовательно, она способствует уточнению технических дей-
ствий, направленных на создание системы и конструкции, а затем—
на их оценку.
Комплекс критериев
217
Проведенный анализ позволяет установить еще одно свойство
комплекса критериев. Критерии образуют ранжированный комп-
лекс-, таким образом, ранжирование также служит обоснованием,
как и действия, сущность которых заключается в использовании
критериев.
9.12. Требования конкретных потребителей
Требования потребителей технических средств составляют су-
щественный элемент предпосылок проектирования и конструирова-
ния.
Проектировщикам и констрикторам необходимы однозначно
сформулированные требования конкретных потребителей (чаще
всего это крупные производственные организации). Перечень та-
ких требований должен включаться в комплекс критериев. В ка-
честве примера укажем на перечень требований, носящий назва-
ние «Технические условия конструирования и поставки станков и
оборудования», составленный варшавским «Мотопроектом». Этот
перегень умещается на 158 печатных страницах и содержит тре-
бования в отношении:
• инструкции по обслуживанию;
ф электрических, гидравлических, пневматических схем, схем
смазки передач и соединений;
• инструментального хозяйства;
• отделки с точки зрения внешнего вида;
• безопасности и гигиены труда.
Технические условия включают внутренние нормы «Польмо»
как указания для проектировщиков и конструкторов машин, по-
ставляемых заводу «Польмо». Такого рода указания составляют
обычно неотъемлемую составную часть договоров между заказчи-
ками и поставщиками. Проектировщики и конструкторы, выполня-
ющие роль поставщиков, должны своевременно позаботиться о по-
лучении требований потребителей, так как запоздалое ознакомле-
ние с ними может вызвать недоразумения, ликвидация которых
потребует дополнительных расходов труда и времени, а также
часто бывает причиной значительных материальных затрат.
10. ОСНОВЫ НОРМАЛИЗАЦИИ
10.0. Введение
Нормализация имеет очевидное основное и побочные, но суще-
ственные значения.
Чрезмерная разнородность-—помеха в технических действиях,
т. е. действиях, опирающихся на знания о способах оперирования
материей. Чрезмерная разнородность технических средств и их
элементов затрудняет исследование их свойств и особенностей. Не-
достаток соответствующих знаний о свойствах и особенностях ма-
териальных комплексов затрудняет создание новых и модерниза-
цию существующих комплексов.
Узаконенный процесс нормализации является достижением на-
шего века, однако история сущности нормализации и его эффек-
тов очень стара.
Обобщая результаты современной нормализации, можно ука-
зать, что она имеет следующий ряд значений:
• улучшение коммуникативности;
ф стандартизация, увеличивающая возможность замены дета-
лей машин и элементов помещений;
ф снижение материальных и операционных затрат;
ф специализация производства, совершенствующая организа-
цию промышленных предприятий;
ф оптимальная концентрация производства, повышающая тех-
ническую и экономическую эффективность изготовления.
Всевозможные выгоды, вытекающие из возможностей нормали-
зации, достижимы только тогда, когда нормализация и сопутству-
ющие действия последовательно проведены и строго соблюдаются.
10.1. Закон ограниченного многообразия
Ограничение многообразия — естественный закон.
Можно признать, что ограничение многообразия — явление все-
общее. В мире растений и животных, несмотря на эволюцию, нет
неограниченного числа видов. Количество химических элементов
невелико. Наши алфавиты, созданные в общественных условиях с
использованием накопленных знаний, представляют собой наибо-
лее компактные наборы среди упомянутых в этом абзаце.
Основы нормализации
219
Закон ограниченного многообразия имеет важное практическое
значение, хотя в литературе и искусстве стремятся к чему-либо
противоположному — там тем лучше, чем больше отходят от пов-
седневности во имя поисков эстетических либо эмоциональных от-
кровений.
Даже в каменном веке стремились к уменьшению многообразия
форм каменных орудий.
Закон ограниченного многообразия имеет особое значение в
техносфере. Многообразие, являющееся необходимым условием су-
ществования единства сложных технических средств и способов
их действия, должно иметь границы. Увеличение различий между
характеристиками изделий обусловлено требованием их общест-
венно-технической адекватности в непрерывно усложняющемся
мире. С другой стороны, чем шире используется данное изделие
как техническое средство, тем в большей мере имеет значение за-
кон ограниченного многообразия.
Нормализация — явление, соответствующее закону ограничен-
ного многообразия.
Нормализация как проявление закона ограниченного многооб-
разия относится к областям:
О производственной деятельности;
О опытно-проектно-конструкторско-внедренческой деятельно-
сти;
О теоретической деятельности.
Нормализация входит в область исследований экономистов, тех-
ников и организаторов; она рассматривается и изучается в рамках
теории информации, теории систем и теории конструкции.
10.2. Нормализация и развитие конструирования
Нормализация представляет собой необходимое условие рацио-
нального развития технических средств: машин и помещений.
Можно встретиться с утверждением, что использование норма-
лизации препятствует развитию технических средств и даже стоит
преградой на пути прогресса. Такой подход к вопросу указывает
на недопонимание сущности нормализации и способов использо-
вания нормализованных объектов, которыми могут быть либо ве-
щи, либо только некоторые свойства этих вещей. Не углубляясь
220
Глава 10
в этот вопрос, обратим внимание лишь на стадию внедрения того,
что охвачено нормами.
Начнем с утверждения, что нормализация не препятствует тех-
ническому творчеству. Создавая конструкции новых технических
средств, мы никогда не начинаем с определения подробностей;
введение
- норм
Рис. 10.1. Граф конкретизации
конструкции.
здесь используется 'принцип перехода от общего к частному. На
рис. 10.1 представлен граф конкретизации конструкции. Когда
создается концепция конструктивного вида как обобщенной кон-
структивной характеристики Со, может возникнуть потребность
учета норм только в частном случае, если это полезно для концеп-
ции. Лишь при дальнейшем уточнении конструкции, определяемой
конструктивными характеристиками G, С2 и С?„ мы корректируем
их, если в этом появляется необходимость. Корректировка харак-
теристик (в данном случае С2) осуществляется путем введения
нормализованных свойств (обычно внешних, геометрических, и
внутренних, т. е. свойств вещества).
Нормализация служит средством уменьшения ненадежности при
подборе конструктивных характеристик.
В области многих свойств (приведем лишь два примера: конст-
рукции болтов и зубчатой передачи) уже на начальной стадии
проектно-конструкторской деятельности используются нормы; так
же всегда поступают со свойствами веществ и материалов.
10.3. Анализ сложности нормализации
Упрощение проблемы нормализации — причина многих неудач.
Попытка анализа сложного явления нормализации делает воз-
можным выделение:
О организационных процедур;
Основы нормализации
221
О теоретических процедур.
Применяя эти процедуры, получают:
• формальные выводы;
@ практические результаты.
Рис. 10.2. Комплекс задач нор-
мализации.
Форнапыше
ВыВоды
Практические
результаты
Теоретические
процедуры
Организационные*
процедуры
В технической, научной, хозяйственной и вообще в социальной
деятельности существенным становится формальное значение нор-
мализации. Поэтому нормализация получила юридические права.
На рис. 10.2 представлен комплекс задач нормализации.
10.3.1. Организационные и теоретические процедуры
Рационализация нормализации связана с областью нормализа-
ции.
Основами организационных процедур нормализации являются:
О упорядочение набора свойств объектов, охватываемых нор-
мализацией;
О ограничение многообразия, осуществляемое после упорядо-
чения набора свойств, которые должны быть скорректированы в
процессе нормализации.
222
Глава 10
Операции упорядочения и ограничения определяются хозяйст-
венными условиями, а также общественным сознанием.
Повышение эффективности нормализации требует многосторон-
него сотрудничества.
В наше время общественное сознание склоняется к признанию
постулата минимизации совокупной нужды как критерия, согласу-
ющегося с законом ограниченного многообразия. Конкурентная
борьба во имя частной прибыли затрудняла упорядочение и огра-
ничение многообразия. Социальной необходимостью становится
многостороннее сотрудничество, что проявляется сейчас в форме
деятельности международных организаций во главе с ООН.
Организационные процедуры ведут к теоретическим понятиям,
среди которых с формальной точки зрения выделим:
О установление однозначности;
О установление единообразия;
О упрощение;
О регламентацию.
Принцип однозначности — первостепенная основа взаимопони-
мания.
Установление однозначности является результатом всеобщего
стремления обходиться без специальной интерпретации знаков,
служащих для обозначения свойств объектов (а в случае необхо-
димости — самих объектов) и всевозможных средств согласования.
Особенно существенны в этом случае знаки символические и ико-
нические, т. е. знаки обычных средств общения.
Установление единообразия основано на исключении несущест-
венных различий между особенностями вещей, а также между обо-
значениями свойств. Оно имеет целью создание совокупностей объ-
ектов, таких, как класс, в соответствии с существенными свойства-
ми. Установление единообразия может также распространяться
на особенности материальных комплексов, например их действие.
Синонимом установления единообразия служит, в сущности, тер-
мин унификация, который часто используется на практике.
Встречаются случаи искусственно созданной сложности.
Упрощение представляет собой операцию, упрощающую свой-
ства материальных комплексов. Это имеет особенное значение для
конструкции технических средств. Частное проектирование, и, как
его капиталистический вариант, проектирование с целью максими-
Основы нормализации
223
зации прибыли для предпринимателя, ведет к увеличению сложно-
сти разных изделий как мнимого усовершенствования.
Регламентация — это принятие чего-либо, что затем становится
обязательным в межличностных, а также общественных отношени-
ях.
Как везде, для нормализации необходимы критерии.
Критерий минимизации совокупной нужды имеет наиболее об-
щее значение и становится красной нитью при проведении теоре-
тических процедур. Практическими критериями служат:
О критерии повторяемости;
О критерии сочетаемости.
Можно считать эти критерии исходными конструкционными
критериями, имеющими свои основы в законе ограниченного мно-
гообразия.
10.3.2. Формальные выводы
Формальные выводы представляются в виде стандартов. В об-
ласти технических средств эти стандарты распространяются на:
@ знаки;
© ряды чисел;
@ единицы измерений;
© размерные цепи и системы допусков линейных размеров;
© качество поверхностей и геометрических соотношений между
ними;
© основные конструктивные характеристики изделий;
© конструкции изделий массового производства;
® особенности технических средств, например шум;
© вещества и материалы.
Здесь упомянуты лишь те стандарты, которыми пользуется
каждый конструктор.'
Обращая внимание на значение стандартов, следует различать:
© теоретическое значение;
@ практическое значение.
Теоретическое значение стандарта определяется тем, что стан-
дарт устанавливается на основе принятых критериев, имеющих
народнохозяйственное значение. Разработка и установление стан-
дартов должны опираться на исследования их назначения и по-
тенциальной эффективности.
Поэтому в области стандартизации существуют две задачи:
® установления стандарта;
ф использования стандарта.
Изготовление стандартных деталей является наиболее значи-
тельным результатом нормализации.
224
Глава 10
Установление стандарта без уверенности, что он будет исполь-
зоваться,— деятельность, не имеющая смысла. Стандарт имеет
практическое значение прежде всего тогда, когда стандартизован-
ные изделия изготовляются; однако и при отсутствии такого изго-
товления стандарт облегчает взаимопонимание. Примером могут
быть резьбовые крепления (метизы). Если стандартные болты труд-
но закупить, то все равно стандарт, .касающийся этих болтов, из-
бавит конструктора от составления записи их конструкции-, необ-
ходимо только указать номер стандарта. Изготовитель, возможно,
использует тогда рабочие чертежи стандартных болтов, а в неко-
торых случаях воспользуется услугами собственного конструктор-
ского бюро. Нормализация не изготовляемых в данное время эле-
ментов упрощает последующее согласование; она может также
стимулировать изготовление этих элементов в будущем.
Неиспользуемые стандарты утрачивают значение.
Несоблюдение стандартов, действующих и имеющих важное об-
щественно-техническое значение, не что иное, как:
© отрицание рациональности;
® отрицание хозяйственности.
Производными от нормализации являются:
ф унифицированные величины-,
© типизированные свойства.
Усилению роли нормализации способствует деятельность в на-
правлении унификации и типизации. Она дает практические ре-
зультаты большого хозяйственного значения, особенно в области
проектирования, изготовления и эксплуатации технических
средств.
10.4. Унификация и типизация
Унификация и типизация методически способствуют рационали-
зации технических средств.
Унификация и типизация включают:
© процедуры в области нормализации, тем самым — действия
социального и народнохозяйственного значения;
@ проектно-конструкторские методы общего характера, осо-
бенно как логический результат критерия социально-технической
адекватности.
Унификация основана на ограничении и упорядочении совокуп-
ностей унифицированных величин. Из совокупностей, в определен-
ном смысле случайных, создаются комплексы величин — ограничен-
ные и упорядоченные наборы меньшей численности.
Основы нормализации
225
Типизация требует критериев и системного подхода.
Типизация может следовать за унификацией. Типизация связа-
на с введением конструктивных свойств в унифицированный комп-
лекс величин, которые становятся при этом конструктивными ха-
рактеристиками. Такими свойствами могут быть системные свой-
ства, например передаточные отношения. Для машин свойством,
введенным в типизированный комплекс, обычно бывает геометри-
ческий конструктивный вид, а в особых случаях типизации подле-
жит также и конструкция.
В качестве примера рассмотрим задачу типизации зубчатой
передачи. Примем в качестве типизируемых величин- X — началь-
ные скорости вращения и передаточные отношения и У — переда-
ваемую мощность.
Действие технических средств унифицируют, типизируя либо
конструкцию, либо только конструктивный вид.
На рис. 10.3, а дан пример возможной совокупности значений
Рис. 10.3. Пример выполнения процедур унификации и типизации.
координат х и у, которое может быть результатом сбора данных о
производстве зубчатых передач в каком-либо большом производ-
ственном регионе — в производственном объединении или отрасли.
Результат упорядочения и ограничения множества представлен
на рис. 10.3,6. На рис. 10.3, в показано разделение этого множест-
ва на подмножества, соответствующие типизированным комплек-
сам величин. Каждому из этих подмножеств приписывается опре-
деленный конструктивный вид (По, Пь, Пс соответственно). След-
ствием этого может быть определение для каждого элемента под-
множества (т. е. зубчатой передачи) конкретных конструктивных
характеристик.
15—1147
226
Глава 10
Типизация с точки зрения единства технических мегакомплексов
представляет собой проблему части целого.
Типизация и унификация приобретают особо важное значение
тогда, когда подвергнутые им технические средства становятся
элементами технических мегакомплексов. Установление единооб-
разия особенностей технических средств (например, функциониро-
вания) регламентирует функционирование средств, сопряженных
в мегакомплексы. Конструктивная типизация также определяет
конструктивные характеристики средств, сопряженных с типизи-
рованными средствами.
Типизация и унификация не дадут народнохозяйственного эф-
фекта, если обе эти процедуры выполняются исходя из локальных
точек зрения, например исключительно с позиций удобств изго-
товления. Поэтому существует методическая необходимость четко-
го определения области, охватывающей рассматриваемую много-
значную целостность.
10.5. Критерии повторяемости и сочетаемости
Рациональные стереотипы имеют жизненно важное значение;
примером может быть типографская литера.
Унификация в сущности представляет собой результат исполь-
зования критерия повторяемости, а затем определения потребности
серийного н массового производства. Сущность такого производ-
ства —повторение операций, которые становятся в процессе изго-
товления операционным стереотипом; именно в этом состоит эф-
фект, достигаемый на основе критерия повторяемости.
Для пояснения критерия сочетаемости можно представить при-
мер ширины железнодорожных путей. Европейская сеть железных
дорог не выполняет этого критерия, пример этого — ситуация на
нашей границе, скажем в Тересполе и Медице. Там необходима
смена поезда либо локомотивов и вагонных тележек.
Нормализация элементов разных соединений (шлицов, шпонок)
создает конструктивное единство с нормализацией канавок. Дру-
гим примером является система фланцевых соединений в различ-
ного рода трубопроводах, электротехнических соединений (вилки,
розетки, контакты) и т. п.
10.6. Социальные выгоды
Нормализация не должна быть «искусством для искусства», она
должна иметь социальное значение.
Основы нормализации
Точное доказательство очевидности социальных выгод, вытека-
ющих из нормализации, предоставим научным исследованиям. Од-
нако много выводов уже следует из практики.
Излишнее многообразие в техносфере себя не окупает. Можно
привести примеры того, что машины, созданные во имя оригиналь-
ности конструкции, в общем эксплуатируются меньше и быстрее
признаются непригодными к эксплуатации, поскольку целесообраз-
ность их существования не находит ни опытного подтверждения,
ни признания широких кругов общественности. То, что чрезмерно
разнородно, легче поддается рассеянию.
Выше мы уже обратили внимание на концентрацию и специали-
зацию производства. В условиях нашего общественного строя ра-
циональная нормализация (и, в частности, унификация и типиза-
ция различных технических средств, особенно машин) способст-
вует приданию производственным предприятиям совершенно
новой формы, обусловливающей создание весьма эффективных
промышленных структур.
Стандартизация — это частный случай нормализации.
Мы указали на нормализацию различных характеристик изде-
лий. Одна из таких характеристик — качество изделия — представ-
ляет собой критерий большого народнохозяйственного значения.
Обобщенно подходя к этому понятию, можно считать, что качест-
во— это свойство изделия, определенное путем исследования дис-
персии значений величин, используемых для оценки изделия. Ка-
чество можно оценивать с помощью стандартного отклонения, при-
нимая за основу распределение Гаусса^. В технической деятельно-
сти стандартизация имеет особенное значение для конструкцион-
ных материалов, топлива, различных видов сырья, а также пара-
метров, например стабилизации частоты электрического тока в до-
статочно узких пределах.
Нормализация способствует взаимопониманию, что имеет осо-
бое социальное значение.
В итоге следует вновь обратить внимание на значение коммуни-
кативности. Не только установление однозначности знаков, но и
всевозможные теоретические процедуры нормализации улучшают
условия взаимопонимания, что следует из глубокого смысла зако-
на ограниченного многообразия. Меньшее разнообразие — это
меньшее число понятийных категорий, требующих точных опреде-
лений, необходимых для взаимопонимания.
11 В сущности, качество оценивается, а не измеряется. Здесь мы имеем дело
с суждением на основе предпосылок, значение которых следует из мер свойства
или особенности изделия.
15*
11. ПРИНЦИПЫ КОНСТРУКЦИИ
11.0. Введение
Конструкция как свойство любого материального комплекса мо-
жет быть объектом исследований.
Конструкция занимает центральное положение в процессе удов-
летворения потребностей, так как делает возможным:
О существование желаемых свойств технических средств, дей-
ствие которых должно соответствовать правильно установленным
системам, что обеспечивает нужные для процесса удовлетворения
потребностей особенности технического средства;
О рациональный процесс изготовления изделий, которые долж-
ны стать техническими средствами;
О оптимизацию использования сырьевых и энергетических ре-
сурсов, особенно тогда, когда в результате системного проектиро-
вания обеспечена оптимизация системы.
Исследование конструкции устраняет или смягчает недостатки
частного проектирования.
Конструкция представляет собой замысел, значит — это следст-
вие знаний и отношения человека к окружающей действительности.
Человек — творец техносферы, но следует признаться, что иногда
мы удивляемся, когда начинаем внимательнее присматриваться к
тому, что возникло при нашем участии. Существует острая пот-
ребность исследовательского подхода к конструкции технических
средств, так как необходимо устранять всякую случайность в про-
цессе развития техносферы.
Конструкцию характеризуют две особенности:
О логическая связь с системой;
О фактическая и логическая связь с изготовлением.
О связи конструкции с системой упоминалось уже дважды,
связь же с изготовлением определяется так, что конструкция — это
свойство и основа изготовления изделия. Исследование этой связи
позволяет установить принципы конструкции. Сущность этой свя-
зи— соответствие конструкции свойствам и особенностям изделия
в его точном значении как технического средства.
Принципы конструкции
229
11.1. Свойства и особенности изделия
Принципы конструкции мы относим к существенным свойствам
я особенностям изделия. В связи с этим рассмотрим искусственный
материальный комплекс с точки зрения его конструктивной сущ-
ности, памятуя, что необходимым условием существования изде-
лия является конструкция.
Там, где выступают масса и энергия, проявляется также нагру-
жение.
Исследование любого материального комплекса, представляю-
щего собой техническое средство, указывает на присутствие на-
грузок. Это либо силы, либо, обобщенно, какие-то силовые поля,
вызванные действием технического средства. Таким образом, дей-
ствующие материальные комплексы испытывают нагрузки. При
этом можно выделить:
О целесообразные нагрузки-,
0 побочные нагрузки.
Особый случай составляют аварийные нагрузки. Кроме того,
различают:
9 ожидаемые нагрузки, т. е. нагрузки, предусмотренные в про-
цессе проектирования и конструирования;
9 случайные нагрузки, которые не предусмотрены конструкто-
ром.
Потребность оптимизации нагружения реализуется конструктив-
ными способами.
Исследование различных состояний технического средства с
точки зрения нагрузок должно быть тесно увязано с анализом ре-
зультатов принятия системы как основы действия технического
средства, а затем — с анализом результатов принятия конструктив-
ного вида изделия. Нагружение можно изменять, изменяя jth6o
одно, либо другое. Следует помнить о том, что уточнение системы
происходит по мере уточнения 'конструкции.
Особенностью искусственных (и не только искусственных) ма-
териальных комплексов является возникновение различных нагру-
зок пак фактического результата различных действий, предприня-
тых для удовлетворения потребности. Если имеются различные
возможности, то в качестве принципа следует принять оптимиза-
цию нагружения, т. е. выбор системы сил, нанлучшнм образом от-
вечающей выбранному комплексу критериев.
Где нагружение, там и материя.
230
Глава 11
Систему нагрузок можно рассматривать безотносительно к ка-
кому-либо конкретному изделию, т. е. вообще абстрактно учитывая
лишь те конкретности, которые находятся в связи с техническим
средством и вызывают в нем нагрузки.
Нагружение как особенность изделия требует наличия самого
первичного свойства, а именно вещества.
Анализ различных возможных нагрузок предшествует переходу
к подбору конструктивных характеристик, или к конструированию.
Подбор геометрических конструктивных характеристик диалекти-
чески связан с подбором конструктивных характеристик вещества.
Необходимость выдерживания нагрузок ведет к признанию необ-
ходимости выбора вещества. Среди разнородных веществ надо вы-
брать то, которое соответствует принятым критериям. Поэтому
выбор оптимального вещества следует признать необходимым ус-
ловием. Социально оправданным условием в наше время является
критерий минимизации массы, что достигается посредством под-
бора соответствующего материала, т. е. вещества в той или иной
конструктивной -форме.
Никакой материальный комплекс не может быть абсолютно-
надежен. Конструкция должна обеспечивать удовлетворительную
относительную надежность; это один из частных критериев адек-
ватности.
Стабильность мы понимаем широко как состояние равновесия,,
соответствующее критериям функционирования.
Главным условием адекватности функционирования техничес-
кого средства является стабильность. Это существенное свойство-
материального комплекса здесь понимается как необходимое ус-
ловие возможности его функционирования. Стабильность рассмат-
ривается с позиций нагрузок, которым подвергается материальный
комплекс, а также деформаций, вызываемых этими нагрузками1).
Стабильность материального комплекса достигается тогда, когда
изменения комплекса (которые в критических условиях привели бы
к невозможности эффективного функционирования) позволяют осу-
ществлять желаемое действие.
*> Все, что здесь и далее сказано по этому вопросу, относится только к меха-
ническим нагрузкам. Современные технические средства должны в ряде случаев
сохранять стабильность в условиях тепловых, электрических, магнитных, радиа-
ционных и других нагрузок (именно поэтому в переводе использован термин «ста-
бильность», хотя применительно к механическим нагрузкам вполне достаточек
термин «устойчивость»). — Прим, ред.
Принципы конструкции
231
Стабильность можно исследовать. Так, элементы материально-
го комплекса деформируются или начинают вибрировать; если де-
формации или вибрации не угрожают функционированию техни-
ческого средства, т. е. не нарушают функционирования в большей
степени, чем это допускается, то тогда мы говорим, что стабиль-
ность обеспечена.
Утрата стабильности может вызываться, например, утратой
связи части элементов или резонансом, создаваемым возмущаю-
щей силой.
Первым условием стабильности является соответствие нагру-
жения полю допускаемых напряжений. Поэтому стабильность
представляет .собой частный случай соответствия нагружения и на-
пряжений; отсутствие такого соответствия может привести к самым
тяжелым последствиям.
Компактность и жесткость — двуединые стереомеханические
критерии стабильности.
Стабильность — необходимая особенность искусственного ма-
териального комплекса. Задачу подбора особенностей в соответст-
вии с критериями можно решать, используя принцип оптимизации
стабильности.
То, что мы конструируем, тесно связано с понятиями времени
и пространства. С проблемой пространства мы имеем дело, подби-
рая объемы, занимаемые веществом, так, чтобы добиться эффек-
тивного действия комплекса как технического средства. Разнооб-
разие способов использования пространства, т. е. разнообразие
форм объемов, ограничивающих конструкцию в пространстве, за-
ставляет обращать внимание на проблему определенных соотно-
шений, являющихся свойством объемов пространства.
Пространство может быть использовано по-разному.
Например, поверхности (площади) наших квартир определены
стандартами. Величина площади связывает линейные размеры —
значения ширины и длины конкретных помещений, соотношения
же между длиной и шириной в разных помещениях при опреде-
ленных площадях не одинаковы.
Соотношения между параметрически связанными величинами
должны быть объектом оптимизации.
Аналогичным образом в конструкции машин возникает пробле-
ма подбора соотношений взаимосвязанных величин. Существует
232
Глава 11
множество возможных пар величин, имеющих постоянную связь.
Здесь можно назвать передаточные отношения в многоступенчатых
коробках передач или поэлементное разделение общей массы узла.
Сказанное выше приводит к необходимости оптимизации соот-
ношений взаимосвязанных величин, что представляет собой еще
один принцип конструкции.
11.2. Комплекс принципов конструкции
Основу теории конструкции составляют четыре принципа кон-
струкции.
Из особенностей и свойств искусственных материальных комп-
лексов, т. е. изделий, которые должны быть техническими средст-
вами, логически вытекают следующие принципы конструирования:
О оптимального нагружения',
О оптимального материала-,
О оптимальной стабильности;
О оптимальных соотношений взаимосвязанных величин.
Эти принципы являются средствами объективизации конструк-
ции как свойства изделия.
Объективизация конструкции следует из признания потребности
минимизации влияния наших субъективных намерений.
Под объективизацией мы понимаем то, что рационально обос-
новывает нашу познавательную позицию в отношении свойств тех-
нических средств. Примем за аксиому существование оптималь-
ной конструкции. Принципы конструкции намечают способы дости-
жения оптимума и становятся основой создания методов конструи-
рования, которые могут быть в желаемой мере избавлены от на-
шего субъективизма настолько, насколько критерии не отягощены,
нашими субъективными намерениями. Наша субъективность часто
объясняется действием интуиции. Здесь нет намерения приумень-
шить значение интуиции', в соответствующем месте мы обратим
внимание на ее важность, но там, где можно установить опреде-
ленные объективные законы, нужно стремиться их открыть для
того, чтобы рационально их использовать — ведь только таким об-
разом можно приблизиться к искомым оптимальным решениям.
11.3. Принцип оптимального нагружения
Изменение нагрузок лежит в сфере возможностей конструктора.
Нагружение тем меньше отличается от оптимального, чем боль-
ше конструкция изделия отвечает выбранным критериям. Способ-
Принципы конструкции
233
«гость материального комплекса выдерживать нагрузки обуслов-
лена его структурой. Структура определена конструкцией. Поэто-
му мы можем указать на логическое противопоставление, которое
стоит выделить: нагружение — конструкция.
Оптимизация нагружения входит в сферу проектирования, но
непосредственно влияет на конструкцию. Существует много спосо-
бов изменения нагрузок.
Таким образом, возможна косвенная оптимизация. Оптимиза-
ция нагружения ведет к оптимальной конструкции. Несмотря на то
что способ восприятия нагружения связан с кинематическими и
динамическими свойствами технического средства и, значит, с си-
стемой или элементом системы, критическая оценка системы на-
грузок окончательно проводится в процессе подбора конструктив-
ных характеристик, прежде всего — конструктивного вида.
Оптимизация нагружения относится к конструкции, так как
конструкция намечает свойства конкретности, а именно структуры
изделия. В процессе проектирования эти структуры рассматрива-
ются лишь с позиций обобщенно понимаемого конструктивного ви-
да. В отличие от этого анализ структур в процессе конструирова-
ния обычно становится основой предложений, относящихся к из-
менению силовых воздействий и, следовательно, к изменению на-
грузок и даже элементов системы.
Рассматривая связь между конструкцией и нагрузками, мы
встретимся с проблемами:
• формы-,
ф размеров, подобранных с учетом формы и вещества.
Практически это и есть проблема конструктивных характери-
стик.
Анализ множества известных технических средств, прежде все-
го машин, обнаруживает следующие возможности оптимизации
нагрузок:
ф более равномерное распределение нагрузок или напряжений;
Ф увеличение числа путей передачи нагрузок;
ф внесение предварительных напряжений;
Ф уменьшение возможности появления ударных нагрузок;
ф уменьшение энергетических потерь.
11.3.1. Равномерность нагружения
Концентрация нагрузок приводит к уменьшению возможностей
использования материального комплекса.
1. Подбор давлений между втулками подшипников скольжения
или между зубьями в зубчатых передачах представляет собой су-
234
Глава 11
щественную проблему конструкции этих устройств. Заметим здесь
лишь то, что конструктор может использовать два совершенно
различных свойства:
& жесткость, которая уменьшает нежелательные деформации,
вызывающие концентрацию нагрузок;
О упругость, которая компенсирует неравномерность нагрузок
или напряжений.
2. Точнее и ближе возвращаясь к тезису, сформулированному в
начале раздела, обратим внимание на конструктивные способы
уменьшения некоторых нежелательных последствий неравномер-
ных нагрузок; это будет отвечать первому принципу конструкции.
Обратим внимание на то, что форма П следует из распределения
сил Р:
U=f(P). (11.1)
Рассмотрим рис. 11.1. Форма поперечного сечения показанной
балки подобрана так, чтобы в области, где напряжения значитель-
Рис. 11.1. Конструктивный вид дву-
тавровой балки и диаграмма напря-
жений.
а — в пределах упругости; б — после пере-
хода предела текучести.
но меньше допускаемых, было мало вещества. Кое-где при таком
нагружении еще используются деревянные балки прямоугольного
сечения. Форма поперечного сечения этих балок — антипример в
отношении двутавровых балок.
Постоянство сечений изделия бывает причиной неравномерности
напряжений.
Стальные балки в готовом виде получают в результате прокат-
ки. Если они подвергаются действию моментов сил, вызывающих
напряжения, представленные на рис. 11.1, то необходимо еще об-
ратить внимание на проблему неравномерности нагрузок и напря-
жений; неравномерность напряжений, вызванных изгибом, возни-
кает вследствие неравномерности нагружения балки моментом сил
и ее постоянного сечения.
Непостоянство сечений изделия может способствовать более
равномерному распределению напряжений.
Принципы конструкции
235
Широко известно конструктивное решение балки постоянного
сопротивления, т. е. балки с сечениями, подобранными так, чтобы
по критерию равномерного распределения напряжений, вызванных
изгибом, эти сечения соответствовали приложенным к ним момен-
там. При этом, однако, возникает задача обоснования возможно-
стей изготовления-, такие балки можно изготовить в виде сварных
или литых изделий, а в отдельных простейших случаях — ковкой
или специальными сложными способами прокатки.
11.3.2. Увеличение постоянства нагружения
Все, что конкретно, находится в движении.
То, что мы часто рассматриваем нагружение как постоянное
(стационарное), является лишь упрощенным представлением фак-
тического состояния. Даже при микроскопическом рассмотрении
трудно отыскать материальный комплекс, о котором можно было
бы с абсолютной уверенностью сказать, что он подвержен постоян-
ным нагрузкам. Поэтому постоянство нагрузок — идеализация, ука-
зывающая на полезность этого постоянства для материальных
комплексов. Выдвигая требование увеличения постоянства нагру-
жения, укажем на два фактора, подтверждающих целесообраз-
ность принятия этой предпосылки:
О чем больше непостоянство нагрузок, тем больше вероятность
проявления инерционных или ударных сил;
| чем меньше непостоянство напряжений, тем выше допускае-
мые напряжения для множества конструкционных материалов, на-
пример стали.
Уменьшение непостоянства напряжений является важной конст-
рукторской задачей.
Па рис. 5.10 представлен пример конструктивного вида клино-
вого соединения, который был изменен с тем, чтобы увеличить по-
стоянство напряжений путем введения динамической конструктив-
ной характеристики в том месте, в котором могли появиться кри-
тические напряжения. Несмотря на то что при этом увеличивают-
ся максимальные напряжения, их переменность уменьшается, что
позволяет использовать более высокие допускаемые напряжения.
Напряжения должны быть предметом особого внимания кон-
структора.
Затрагивая проблему непостоянства нагрузок и напряжений,
мы должны отметить различие между постоянством нагрузок и по-
236
Глава 11
стоянством напряжений. Более подробное рассмотрение этого во-
проса можно найти в Podstawach konstrukcji maszyn, упомянутых
во введении. Здесь мы укажем лишь на пример маховика. В мо-
мент, когда машина с маховиком не испытывает рабочей нагрузки,
на вал действует только вес маховика. Это постоянное нагружение
с точки зрения наблюдателя, стоящего у машины, когда вал не-
подвижен; но когда вал вращается, независимо от рабочей нагруз-
ки в нем проявляются знакопеременные' напряжения, вызванные
вращающейся массой маховика.
11.3.3. Разделение и распределение нагрузок
Сочетание материалов с различными свойствами позволяет раз-
делить нагрузки, а значит, и напряжения.
На рис. 11.2 представлена запись конструктивного вида дву-
тавровой бетонной балки, армированной стальными прутками. При-
ведены также поля напряжений, вызванных моментами сил, изги-
Рис. 11.2. Конструктивный вид арми-
рованной бетонной балки.
бающих балку. Стереомеханические свойства бетона и стали раз-
личны. Геометрические конструктивные характеристики и харак-
теристики материала подобраны так, чтобы бетонная часть балки
выдерживала сжатие, а железобетонная — растяжение.
Независимо от разделения нагрузок, воспринимаемых бето-
ном и сталью, мы имеем здесь пример распределения нагрузок
между множеством стальных прутков.
Состояние упругости мы называем динамической конструктив-
ной характеристикой.
Одним из конструктивных способов оптимального использова-
ния стали и бетона в сложных комплексах различных несущих ба-
лок может служить введение динамической конструктивной харак-
теристики— предварительно напрягающих нагрузок, что позволяет
Принципы конструкции
•237
получить упругий бетон. Таким образом, если предварительные на-
пряжения в стальных прутках (либо полосах) — растягивающие,
то в бетонной части балки — сжимающие.
При рассмотрении в разд. 11.3.2 примера, показанного на рис.
5.10, мы обратили внимание на значение предварительного напря-
жения для увеличения постоянства напряжений.
Пример синергии вальцующего, протягивающего и подпорного
комплексов.
На рис. 11.3 представлена схема конструктивного вида основ-
ного узла прокатного стана Сендзимира. Этот прокатный стан ис-
пользуется для холодного проката тонкой стальной ленты. Он обес-
печивает высокую точность вальцовки ленты (по толщине).
Рис. 11.3. Конструктивный вид вальцов прокатного стана Сендзимира.
0 — рабочие вальцы; 1 — опорные валки; 2 — приводные валки; 3 — опорные валки; 4 — опор-
ные колеса.
Энергетическая система стана основана на проведении валь-
цевания и протяжки при максимизации давлений, создаваемых ра-
бочими вальцами. Отметим особенности комплекса вальцов и вал-
ков:
ф рабочие вальцы 0 имеют диаметр, несколько больший 40 мм,
что позволяет создать большое давление, превышающее предел
пластичности материала (это условие вальцевания);
О таким тонким вальцам невозможно передать крутящий мо-
мент от привода мощностью в несколько сотен киловатт; для это-
го используется фрикционный комплекс, составленный из валь-
цов 0 и валков 1 и 2;
238
Глава 11
Q рабочие обжимные вальцы 0 нагружены поперечными сила-
ми, создающими давление на вальцуемую ленту, а также силами
трения, вызывающими вращательное движение вальцов;
Q критерий малых допускаемых отклонений толщины ленты
требует большой жесткости комплекса ввиду необходимости со-
хранения прямолинейности обжимных вальцов; это обеспечивается
комплексом валков 1, 2, 3, а также подпорных колес 4.
Пример рационального системного решения сложного комплек-
са машины.
Конструктивный вид комплекса прокатного стана позволяет
провести разделение и распределение нагрузок, что реализовано
посредством:
О разделения поперечных нагрузок благодаря каскадному
комплексу вальцов и валков;
О разделения нагружения, создаваемого приводом, на четыре
валка 2 и разделения мощности на четыре направления;
О распределения поперечной моментной нагрузки благодаря
использованию колес 4; вальцы 0 и валки 1, 2 и 3 испытывают
только сжатие; скручивающий момент действует лишь в валках 2,
в вальцах же и валках 1 вместо этого появляются окружные силы.
Многоканатная грузоподъемная машина служит прекрасной ил-
люстрацией первого принципа конструкции.
Оптимизация нагрузок и конструктивного вида способами раз-
деления нагрузок на множество направлений использована в кон-
струкциях приводных силовых комплексов. Примером этого могут
служить ременные приводы и горнорудные многоканатные подъем-
ники.
Рассмотрим оптимизацию нагрузок в канатных машинах. Исто-
рически первыми были машины одноканатные (с намоткой на ба-
рабан) или с фрикционным диском (диск Копега). При большой
толщине каната требовался большой диаметр барабанов и дисков
для уменьшения влияния изгиба каната при наматывании.
Многоканатный комплекс используется с фрикционным приво-
дом. Примером такого комплекса могут служить подъемные четы-
рехканатные машины, в которых происходит разделение силы по
четырем направлениям. В результате оптимизации получены:
О более тонкие канаты, что упрощает операционные процеду-
ры;
О диски меньших размеров, что положительно влияет на габа-
риты машины;
Принципы конструкции
239
О более высокая окружная скорость, что позволяет использо-
вать двигатели с большей окружной скоростью или зубчатые пе-
редачи с меньшим передаточным отношением.
Можно считать, что оптимизация комплекса нагрузок была
выполнена в соответствии с критериями массы и габаритов ма-
шины.
Разделение нагрузок на много направлений широко использует-
ся в конструировании зубчатых передач. Эта задача более под-
робно рассмотрена в Podstawach konstrukcji maszyn.
Для современных зубчатых редукторов характерно дублирова-
ние передач.
На рис. 11.4 представлен конструктивный вид четырехдорожеч-
ного редуктора (производства баварской фирмы BHS). На
рис. 11.4 и 11.5 использованы одинаковые обозначения, что упро-
щает определение геометрических и кинематических свойств ре-
дуктора. Конструкция этого редуктора соответствует критериям:
О оптимальных габаритов и массы;
ф соосности входного и выходного валов;
9 малых размеров зубчатых колес, благодаря чему условия
изготовления лучше, а вращающиеся массы имеют меньшую инер-
ционность.
Фермы издавна известны как пример разделения нагрузок и
распределения напряжений.
На рис. 11.6 представлены схемы конструктивного вида двух
подъемников, нагруженных силой G. В одном случае используется
форма балки, в другом же — элементарной фермы, состоящей из
двух стержней и стены (или столба) как третьего элемента.
При использовании балки появляется изгибающий момент, на что
уже было указано при рассмотрении рис. 11.1. В другом случае
возникают осевые нагрузки.
Разделение нагружения, создаваемого весом G, на два направ-
ления позволяет распределить напряжения в изгибаемой балке
(сжимающие и растягивающие) по отдельным стержням. Поэтому
ферма значительно легче балки.
Примером использования принципа оптимального нагружения
могут быть зубчатые редукторы. На рис. 11.7 показаны различ-
ные конструктивные схемы размещения зубчатых колес в редукто-
рах. Анализ набора схем позволяет рассмотреть задачу оптимиза-
ции нагрузок на зубья по критерию концентрации нагрузок, раз-
е
Рис. 11.4. Конструктивный вид четырехдорожечного редуктора фирмы BHS.
Рис. 11.5. Модель геометрических конструктивных характеристик комплекса зуб-
чатых колес в четырехдорожечном редукторе.
Принципы конструкции
241
ложенных на ширину зуба. Указанные на рисунке римские цифры
характеризуют последовательность возрастания величин концент-
рации. Так же как и во многих других случаях, оптимизация
нагружения потребовала оптимиза-
ции конструктивного вида; рис. 11.7
прекрасно иллюстрирует это.
Другой пример влияния конст-
руктивного вида на комплекс на-
грузок показан на рис. 11.8. Ис-
пользовавшиеся раньше конструк-
ции прокатных клетей не обеспечи-
вали получение точных прокатных
профилей, а также механическую
подачу прутков между вальцами в
процессе автоматической прокатки.
Взаимное положение вальцов опре-
делялось сложной системой под-
Рис. 11.6. Два различных кон-
структивных вида — две совер-
шенно разные системы нагрузок
и напряжений.
шипниковых гнезд, рамы клети и
винтового механизма (рис. 11.8,а).
Существовали зазоры между гнез-
дами подшипников, и рамой, возни-
кали различные случайные деформации рамы и перемещения под-
шипников. Шведский инженер Нерлинд соединил гнезда подшип-
ников непосредственно болтами (рис. 11.8,6). Таким путем он
Рис. 11.7. Различные конструктивные схемы размещения зубчатых колес в редук-
торах (номера зацеплений соответствуют возрастанию концентрации продольных
нагрузок на зубья).
добился большой жесткости, обеспечивающей постоянство отно-
сительного положения вальцов. Отказ от симметрии позволил ис-
пользовать момент сил, возникающий вследствие консольной ком-
поновки сблокированных вальцов, посаженных на раму односто-
ронне и опирающихся эксцентрично. Момент сил обеспечивает
требуемое постоянство положения вальцов относительно механиз-
мов подачи вальцуемых прутков.
16—1147
242
Глава 11
Уменьшение затрат энергии представляет собой наиболее об-
щий критерий, следующий из исходных обоснований и из экономи-
ческого обоснования. Теория конструкции обращает внимание на
Рис. 11.8. Прокатная клеть.
а — классическая; б — Нерлинда.
эту задачу, указывая на необходимость оптимизации нагружения
путем повышения коэффициента полезного действия: механиче-
ского, термодинамического или электрического.
11.4. Принцип оптимального материала
Минимизация количества расходуемого сырья становится жгучей
проблемой.
Расход материала тем меньше отличается от оптимального,
чем больше конструкция изделия соответствует оптимальному
комплексу критериев.
В силу экономического обоснования и обоснования технической
целесообразности при конструировании используются:
ф критерий массы;
О критерий объема.
Лишь внешне выбор материала представляется несложной опе-
рацией; скрупулезное и рациональное установление соответствую-
щих критериев выявляет сложность оптимизации материала.
Из исходных общих критериев обоснования целесообразности
создания изделия вытекают частные критерии, характеризующие:
О доступность, т. е. возможность получения соответствующего
материала в соответствующем месте и в соответствующее время;
4 внутризаводские ограничения или приоритеты для данного
производства, определяемые конкретной производственной стра-
тегией;
4 стереомеханические свойства, обусловливающие возмож-
ность восприятия нагрузки;
Принципы конструкции
243
ф возможности внешней структуры как функции фактической
внутренней структуры вещества, а также обработки, особенно с
точки зрения шероховатости;
ф особенности открытых поверхностей — трение, адгезия (при-
липание) или когезия (сцепление) — особенно с позиций совмест-
ной работы с поверхностями других элементов;
ф чувствительность к воздействию внешних факторов: корро-
зионная стойкость, жаропрочность, растворимость и т. п.;
ф физические параметры вещества материала, такие, как
удельный вес, удельная теплоемкость, тепловое расширение, темпе-
ратуры ,плавления и воспламенения и т. п.;
ф тепло- и электропроводность;
ф магнитные свойства;
ф радиоактивные свойства;
• механическую обрабатываемость, термообрабатываемость,
свариваемость.
11.4.1. Критические напряжения как проявление закона
относительного постоянства
Закон относительного постоянства указывает на целесообраз-
ность прогнозирования изменений в материале вследствие функцио-
нирования технического средства.
В разд. 5.2 мы рассмотрели закон относительного постоянства
материальных комплексов. Тот факт, что внешняя структура эле-
мента подвержена различным изменениям, заставляет обратить
внимание на различные следствия закона постоянства. Вспомним,
что всегда существует некоторое нагружение, действующее в самом
материальном комплексе или воздействующее на комплекс, кото-
рое в состоянии изменить его внутреннюю и внешнюю структуры.
Желаемое относительное постоянство мы можем получить только
при определенных динамических состояниях. Относительность по-
стоянства материальных комплексов связана с тем, что любому
изменению нагружения сопутствует изменение взаимных простран-
ственных отношений между частицами материала, при нарушении
же сцепления между частицами материала происходят:
ф дальнейшие разрушения в комплексе;
ф исключение элемента из действия комплекса;
ф невозможность дальнейшего действия комплекса.
В сущности понятие прочности противоположно понятию крити-
ческих состояний.
Ниже мы сконцентрируем внимание на вопросе прочности кон-
струкционных материалов. До настоящего времени наиболее часто
16*
244
Глава 11
используется такая информация о прочности материалов, которая
способствует созданию видимости общей надежности. В стандар-
тах мы встречаем значения временного сопротивления или преде-
ла текучести, обозначенные одним числом, зачастую с умолчанием
статистического смысла этого числа. Даже тогда, когда в инфор-
мации даны нижняя и верхняя границы, создается впечатление,
что именно эти границы исчерпывают информацию о критических
состояниях материала.
Скрытое может обнаружиться, и к этому следует подходить
статистически.
Когда какой-либо образец материала, деталь машины или
здания разрушается при нагружениях, меньших, чем те, которые
признаны за безопасные, обычно говорят о «скрытых дефектах
материала». В то же время следует признать тот факт, что откло-
нение значения прочности от наиболее часто реализующегося зна-
чения — явление статистическое. В таком поведении материальных
комплексов попросту проявляется естественный стохастический
процесс.
Все явления, в материальных комплексах происходят с той
Или иной вероятностью. Наши ожидания и прогнозы опираются
лишь на ограниченные наборы предпосылок эмпирического харак-
тера, в сущности, случайных и рассматриваемых способами, кото-
рые ограничены нашими категориями познания.
Закономерно ожидать и искать факты наиболее вероятные; по-
ступать иначе — значит действовать неэффективно.
Конструктор должен уметь воздействовать на структуры мате-
риальных комплексов таким образом, чтобы получаемые структу-
ры стали свойствами комплексов, особенности которых проявляют-
ся с большой вероятностью.
Опыт использования как обычных изделий (различных машин
и зданий), так и уникальных комплексов, используемых, например,
в межпланетных полетах, приумножает факты случайных событий,
свидетельствующие о невозможности создания изделий со
100%-ной надежностью.
Существует важная эмпирическая задача установления основ
оценки надежности материальных комплексов.
Примером непостоянства могут служить критические напряже-
ния стали при знакопеременных нагрузках (рис. 11.9). Это кривые
Принципы конструкции
245
Вёлера, которые даны не в однозначном виде, как их чаще всего
представляют, а вместе с вероятностной оценкой. Критические на-
пряжения зависят от числа циклов нагрузок L. Каждая из приве-
денных кривых показывает, что при данном числе циклов нагруз-
ки L критическое напряжение о' не меньше определяемого орди-
натой при надежности Р, соответствующей данной кривой. Если
Рис. 11.9. Зависимость критических напряжений а' от числа циклов нагрузки L.
и надежности Р.
при числе циклов нагрузок, на которое конструктор рассчитывает
действие технического средства, возникают меньшие значения на-
пряжений в комплексе, то следует ожидать большей надежности Р.
Интерес представляет непосредственно определяемая ненадеж-
ность Р (разд. 9.5.3). Например, при 3 млн. циклов и при надеж-
ности Р=0,99 критическое напряжение__достигает 400 МПа; это
означает существование ненадежности Р = 0,01 того, что при этом
напряжении комплекс сохранит стабильность, т. е. не будет по-
врежден. Если принять, что допускаемое напряжение равно крити-
ческому, то надежность равна ненадежности, поскольку их мерой
является вероятность, равная 0,5.
11.4.2. Определение критических напряжений обычным методом
Обычными мы называем методы, не учитывающие непосредст-
венно вероятностных оценок.
Чтобы подчеркнуть значение рациональных критериев, подбо-
ру которых особое внимание уделяет представленная теория кон-
струкции, обратимся к области материаловедения и сопротивлений
материалов. Здесь мы дадим эскизное описание простейшего мето-
.246
Глава 11
да определения критических напряжений для случаев, характери-
зующихся различными изменениями напряжений. На рис. 11.10
^представлен график переменного напряжения; воспользуемся дву-
мя величинами: от — среднее напряжение; оа — амплитуда на-
Рис. 11.10. График переменного на-
пряжения.
лряжения. Пользуясь ими, определим коэффициент постоянства
напряжений:
х=от/оа. (11.2)
Понятие коэффициентов постоянства напряжений здесь исполь-
зуется для учета влияния канавок как концентраторов напряжения,
а также формы и величины предмета.
На рис. 11.11 представлена одна из простейших аппроксимаций
.значений произвольно меняющихся критических напряжений0.
Рнс. 11.11. Упрощенное графическое описание критических напряжений.
Критические напряжения в детали здесь понимаются обобщенно.
В данном случае они определялись путем пересчета критических
напряжений образцов, используемых при анализе сопротивления
материала. Аппроксимация выполнена при использовании коэффи-
циента влияния канавки [3, а также коэффициентов влияния разме-
ра детали (ег при циклических и в при постоянных напряжениях).
Считается, что в большинстве случаев коэффициент влияния раз-
мера можно принимать равным 1, а коэффициент влияния канав-
*’ Более подробно этот вопрос рассмотрен в многочисленных пособиях.
Принципы конструкции
247
ки — равным коэффициенту формы а*. Это допустимо при неост-
рых канавках на переходах от одного сечения элемента к другому
и при использовании термически улучшенной стали.
Определение изменений напряжения является существенной
операцией процесса конструирования.
Критические напряжения для произвольного числа циклов из-
менения напряжений обозначим так, как показано на рис. 11.1 К
складывая среднее напряжение от и амплитуду оа:
0<x<a (И.За)1
—а < р, < О о^=о;2-)-|от2|. (11.36)
За достоверную основу расчета здесь принимаются максималь-
ные нагрузки и напряжения.
Определенные таким образом критические напряжения детали
сравним с критериальным напряжением, т. е. напряжением, кото-
рое возникает в результате действия нагрузки, принятой на осно-
ве критерия выносливости комплекса. В нашем подходе крите-
риальным напряжением является условное максимальное напря-
жение. Условность относится конкретно к переменному напряже-
нию, характеризуемому коэффициентом постоянства напряжений
и<0. Из этих предпосылок критериальное напряжение равно
<W = °i + KI- (И.4>
Такой подход устраняет необходимость использования значе-
ний, близких к нулю. На практике индекс «макс» опускается.
11.4.3. Формоустойчивость
Исследование формоустойчивости позволяет повысить надеж-
ность определения допускаемых напряжений.
Формоустойчивость, в сущности, определяет прочность детали.
Мы противопоставляем ее прочности материалов, т. е. прочности
стандартных образцов. Форма стандартного образца подбирается
так, чтобы в вероятном критическом сечении распределение линий
сил было равномерным и не было какой-либо концентрации напря-
жений. Детали по конструктивному виду чаще всего отличаются
от образцов (рис. 11.12). Поэтому вводятся различные корректи-
рующие коэффициенты. Выше мы назвали важнейшие и самые ти-
248
Глава И
личные: коэффициент влияния канавки и коэффициент влияния
размера. Использование этих коэффициентов обеспечивает отно-
сительно приемлемое приближение значения критических напря-
жений к действительным напряжениям. Трудности появляются,
когда в детали сложной конфигурации возникают сложные (комп-
лексные) напряжения.
Упрощение способов оценки критериев доказывает правдивость
утверждения, что во многих случаях «лучшее — враг хорошего».
На рис. 11.12 показан фрагмент записи конструктивного вида
зубчатого венца, а также вида стандартного образца. В сечении
Рис. 11.12. Конструктивный вид об-
разца для испытаний на прочность и
зуба в зубчатом колесе.
Стрелками показаны места концентрации
напряжений.
зуба, обозначенном волнистой линией, можно определить по мень-
шей мере напряжения от действия изгибающего момента, сжатия
и среза. Существует много способов определения критериальных
напряжений в основании зуба. Однако ни один из них не дает
критериальных напряжений, сравнимых с критическими напряже-
ниями материала образцов. Практическим, методически обоснован-
ным выходом из этой трудной ситуации может быть исследование
формоустойчивости, т. е. прочности моделей или образцов с фор-
мой, аналогичной форме исследуемой детали.
При анализе формоустойчивости в качестве критериальных
можно принять доминирующие напряжения; так, для зубчатых
венцов колес доминирующим оказывается изгибающее напряже-
ние. Парадоксален тот факт, что именно это упрощение предлагал
в 1893 г. У. Льюис, и после многих перипетий только в последние
годы вернулись к этому в стандартах >DIN и RWPG.
11.4.4. Вероятностный подход к определению
критических напряжений
Для вероятностного описания критических напряжений исполь-
зуются распределения случайных величин. Наиболее широко при-
меняется распределение Гаусса. На рис. 11.13 показана гауссов-
Принципы конструкции
245?
ская диаграмма плотности распределения напряжений в функции
критического напряжения.
Рационализация способов уменьшения массы технических
средств возможна только при использовании вероятностного под-
хода.
Не привлекая обширной информации, содержащейся в спра-
вочниках по математической статистике для инженеров, мы приво-
дим здесь лишь основные интересующие нас понятия [1]. Если
Рис. 11.13. Зависимость плотности распределения напряжений от критических на-
пряжений (распределение Гаусса).
имеются данные экспериментальных исследований формоустойчи-
вости N образцов определенного материала или деталей и извест-
ны переменные случайные значения критического напряжения о',
то можно определить основные параметры распределения этих
данных.
Критическое среднее напряжение можно рассчитать как сред-
неарифметическое:
0=4^°/- (lh5>
7=1
В дальнейшем обозначение нумерации образцов — индекс
j — опускается.
Первый шаг рационализации — принятие распределения Гаусс»
для описания случайной величины прочности.
Другой величиной, характеризующей распределение, является-
среднеквадратическое отклонение:
(п-6)
<250
Глава 11
Для упрощения использования численных значений распределе-
ния используется понятие нормированного отклонения:
с' — О’ /1 <
z=~s -• (П-7)
С помощью этих определений можно представить распределе-
ние Гаусса как нормированную функцию плотности распределения:
'(2) = 7texp(-4)- <"-8>
Эта функция представлена на рис. 11.4. Площадь между кри-
вой и осью абсцисс представляет собой интеграл функции, значе-
Рис. И.14. Нормирован-
ная плотность распреде-
ления.
ние которой в пределах 2 = + °° равняется единице, что отражает
уровень абсолютной надежности. Горизонтально заштрихованный
участок (рис. II .14) дает меру вероятности р события в пределах
нормированного отклонения z. Значение вероятности р можно
представить как функцию нормированного отклонения:
P^^/^-Jexpf — ~ ) dz. (11.9)
о
Значения р в зависимости от z приводятся в математических таб-
.лицах.
Вводя коэффициент подобия между плотностью как функцией
критических напряжений (рис. 11.13) и плотностью как функцией
нормированного отклонения (рис. 11.14), можно показать, что
значение критических напряжений о (рис. 11.15) определяется
..зависимостью
zS1’. (П.Ю)
z имеет положительное значение.
Принципы конструкции
25 1
Любое принятое напряжение становится критическим. Задача-
состоит в обеспечении достаточно малой его ненадежности.
Представленное описание случайных событий, которыми явля-
ются критические напряжения, указывает на то, что нет значений
напряжения, которые можно было бы признать за абсолютно на-
дежные, поскольку всегда существует вероятность того, что возник-
нет критическое напряжение, меньшее рассматриваемого. Кроме
Рис. 11.15. Плотность распределения критических напряжений.
того, следует помнить о задаче, которую можно описать следую-
щим образом:
Р=(о'<о—?S)=? (11.11)
Иными словами: какова возможность того, что возникнут кри-
тические напряжения, меньшие, чем определенные зависимостью
(11.10)? Если известно значение вероятности p=f(z) (рис. 11.14),
то интересующее нас значение ненадежности определяется выра-
жением
Р=0,5(1— 2р). (11.12)
В некоторых таблицах даются значения вероятности 2р. Рас-
пределение Гаусса как описание плотности распределения крити-
ческих напряжений может вызвать сомнение с той точки зрения,
что даже для напряжений, равных нулю, назначена мера ненадеж-
ности. Однако можно обратить внимание на то, что практические
значения параметров распределения указывают на ничтожно ма-
лую вероятность такого события. Одновременно можно дать при-
меры разрушения образцов или деталей в момент, когда на них не
воздействовали никакие внешние нагрузки. Ссылка на гипотетиче-
ские внутренние напряжения или «скрытые дефекты» со статисти-
ческой точки зрения не вносит ясности.
252
Глава It
11.5. Принцип оптимальной стабильности
Стабильность материального комплекса является необходимым
условием его эффективного функционирования.
Стабильность изделия тем меньше отличается от оптимальной,
чем больше конструкция отвечает критериям надежности.
В отличие от остальных трех принципов — оптимального на-
гружения, оптимального материала и оптимальных соотношении
взаимосвязанных величин — принцип оптимальной стабильности
прямо указывает на критерий надежности. Это находит обоснова-
ние в описании критических напряжений как случайных величин.
Надежность комплекса связана с его действием и выражает
статистические отношения между критическими нагрузками в из-
делии. Надежность можно исследовать путем:
• анализа напряжений;
ф анализа нагрузок.
Можно также привлекать так называемые предельные состоя-
ния. Здесь мы ограничимся рассмотрением коэффициента безопас-
ности. Этому понятию мы противопоставим понятие надежности.
11.5.1. Коэффициент безопасности и понятие
допускаемых напряжений
Коэффициент безопасности — величина, большая единицы. Эта
величина создает основу для определения допускаемых напряже-
ний или для определения меры «безопасности» рассматриваемого
.комплекса. Допускаемые напряжения определяются выражением
k=c'e/8, (11.13)
где б — коэффициент безопасности детали; сё— критическое на-
пряжение детали. Соответственно коэффициент безопасности опре-
деляется выражением
б=оё/о, (11.14)
где о — критериальное напряжение.
В соответствии с рис. 11.11 сё есть критическое напряжение
детали, а следовательно, — характеристика форм.оустойчивости.
Простейшим примером критериального напряжения может слу-
жить отношение нагрузки Р к сечению F, в котором состояние на-
гружения и напряжений рассматривается как критериальное.
Коэффициент безопасности имеет частное значение, т. е. соот-
ветствует точно определенным конструктивным случаям.
Принципы конструкции
253
Операционный смысл коэффициента безопасности поясняют его
численные значения. Приведем значения коэффициента безопас-
ности, используемые в различных случаях:
1,254-1,5 — в случае высокой точности определения влияющих
факторов;
1,54-2,0 — свойства и особенности материала хорошо известны,
внешние условия действия комплекса постоянны и позволяют опре-
делить напряжения без особых трудностей;
2,04-2,5 — для обычных материалов, используемых в обычных
условиях, и при оцениваемых ориентировочно нагрузках и напря-
жениях;
3,04-4,0 — в случае неопределенных обстоятельств.
Описанные таким образом условия определения коэффициента
безопасности довольно неконкретны, что приводит к нерациональ-
ным оценкам безопасности. Так, неопределенность обстоятельств
в некоторых случаях приводит к использованию коэффициентов
безопасности, превышающих 10').
Только накапливаемый практический опыт конструирования и
эксплуатации различных точно определенных комплексов способ-
ствует уменьшению нерациональности в использовании коэффи-
циента безопасности в его сегодняшнем понимании.
11.5.2. Использование коэффициента безопасности
Коэффициент безопасности представляет собой основу анали-
тических, логических и математических операций как формальная
мера надежности. К этим операциям относятся:
ф определение допускаемых напряжений;
® проверка конструктивных характеристик;
® оптимизация подобранных конструктивных характеристик.
Основываясь на наиболее распространенных у нас методах, мы
дадим примеры таких операций. В этих методах используется вве-
денная Содербергом аппроксимация, которая представлена на
рис. 11.11.
Только при большом опыте определение коэффициента безопас-
ности не составляет никаких хлопот.
Математическую модель допускаемых напряжений можно
представить в виде
К_______foU + х)____ /11 1 с\
~ (х/еГ + (ЯЖ) ‘ '
’) Этот коэффициент часто называют (и не без основания) «коэффициентом
незнания».—Прим. ред. _
254
Глава 11
где б/? — коэффициент безопасности, определяемый по пределу-
текучести; 6z — коэффициент безопасности, определяемый по кри-
тическим знакопеременным напряжениям. Остальные обозначения
соответствуют рис. 11.11.
Различие величин коэффициентов безопасности с точки зрения
предела текучести и критических знакопеременных напряжений
объясняется разной надежностью этих напряжений по материало-
ведческим данным. Стандартное отклонение для предела текучести
больше, чем для критических знакопеременных напряжений. В свя-
зи с этим коэффициент безопасности бд должен быть больше коэф-
фициента 6z, и опираться здесь следует на практический опыт или
исследования.
На практике стремятся к разработке упрощенных моделей; до-
пустимость упрощения всегда должна быть оценена опытным путем.
На практике вообще мало используется различие коэффициен-
тов безопасности, определяемых знакопеременными напряжениями
или пределом текучести; обычно принимается бд = бг = 6. Это свя-
зано с недостатком информации по указанному вопросу.
Модель, описываемая уравнением (11.15), обычно используется
при предварительном определении конструктивных характеристик.
Неизбежной процедурой в конструировании является контрольная
проверка конструкции. Такая процедура связана с проверкой ко-
эффициента безопасности, для чего используется модель (11.16):
(om/E) + оае(ЯеР/2ег) '
где Re и Z — величины критических напряжений как элементы кон-
структивных характеристик вещества; р — коэффициент влияния
канавки; ez, е — коэффициенты влияния размера детали; <тт, оа —
соответственно средние и амплитудные (рис. 11.10) критериальные
напряжения, определенные на основе установленного нагружения
и выбранных геометрических конструктивных характеристик.
В рамках процедуры контрольной проверки выясняется, пра-
вильно ли определен коэффициент безопасности и не меньше ли
он принятого по критерию надежности. Если эта операция не дает
удовлетворительного результата, то необходимо осуществлять
оптимизирующую корректировку в направлении минимизации раз-
личия между желаемым коэффициентом безопасности и тем, кото-
рый отвечает условиям комплекса. В этих целях мы вводили кор-
ректирующую модель, которая математически интерпретирует
влияние желаемого коэффициента на критериальное сечение.
Контроль конструкции является рациональной необходимостью.
Использование корректирующих моделей позволяет частично опти-
мизировать конструкцию.
Принципы конструкции
255
Если при подобранных конструктивных характеристиках крите-
риальное сечение равно Fx, а желаемый коэффициент безопасности
равен б, то рассчитываемое сечение должно удовлетворять зависи-
мости:
F=F,(11.17)
х Re \ в Ze.z у ' '
11.5.3. Вероятностный метод определения
допускаемых напряжений
Если для критического напряжения ненадежность достаточно
мала, то напряжение, определенное таким образом, можно принять
в качестве допускаемого. Пользуясь зависимостью (11.10), полу-
чим выражение:
k(P)=o—zS, (11.18)
где k(P)—допускаемое напряжение как функция достаточно
большой надежности; z — нормированное отклонение, выбранное
с точки зрения желаемого значения надежности Р;
Р = 1—Р. (11.19)
Показатель надежности должен быть исследован эксперимен-
тально.
Предпринимались попытки при определении напряжений k(P)
вместо математических таблиц использовать несложную математи-
ческую зависимость. Целесообразным оказалось введение показа-
теля надежности п в следующую зависимость1);
Р=0,1'г. . (11.2
Отсюда, согласно (11.19), получаем
Р=1 — 0,1". (11.21)
Показатель надежности п представляет собой то, чем должен
быть коэффициент безопасности (и чем он в итоге не становится,
что мы покажем в следующем разделе). Показатель надежности
характеризует уровень надежности, что очевидно из следующего
сопоставления:
п = 1 P=z0,9
п=2 Р=0,99
п=6 Р=0,999999.
*> Вообще можно написать Р=а". Некоторые данные были в пользу того,
чтобы принять а=0,5, но из соображений практического удобства принято а=
256
Глава 11
Аппроксимация наиболее важна для практической эффектив-
ности.
Исследования возможностей использования аппроксимации
стандартного отклонения как функции надежности привели к фор-
муле
n = 0,3exp(z°>ea) ’ (11.22)
и выражению, удобному с операционной точки зрения:
г = 1,65п0,в—0,3, (11.23)
которое в области 2<п<10 можно упростить до
z= l,6n0,e.
(11.24)
После подстановки (11.24) в (11.18) получим выражения:
k(P)=o(l-l,^s)\ ,1125)
/5=1 — о,1« Г
где s=S/c>—нормированное стандартное отклонение. (11.26)
Нормированное стандартное отклонение — одна из основ оценки
качества.
Необходимо обратить внимание на то, что система уравнений
(11.25) неразделима при определении допускаемого напряже-
ния k(P).
Если мы принимаем надежность Р, то показатель надежности
можем определить после преобразования второго уравнения
(11.25) в форму
/г——lg(l—Р). (11.27)
11.5.4. Анализ коэффициента безопасности
Раскроем смысл коэффициента безопасности.
Анализ различных таблиц значений коэффициента безопасно-
сти свидетельствует о том, что расхождения численных значений
указанной величины обусловлены учетом следующих факторов:
ф ожидаемой надежности, т. е. того, что имеет существенное
значение для безопасности;
ф ненадежности прочностных свойств материала;
ф ненадежности особенностей комплекса с точки зрения нагру-
жения.
Принципы конструкции
257
Однако не учитывается четко то, что составляет существенное
качество вещества материала (а не его вида).
Только в некоторых методах каждый из факторов, учитывае-
мых в оценке коэффициента безопасности, рассматривается от-
дельно. Случается, что конструктор принимает значение коэффи-
циента безопасности, оценивая его одним числом. Единственным
обоснованием такого решения служит аргумент, что такое число
имеется в справочнике, учебном пособии или уже было примене-
но в подобных обстоятельствах.
Покажем, что даже в случае «очистки» коэффициента безопас-
ности от наслоений всевозможных оценок ненадежности условий
действия конструируемого комплекса этот коэффициент остается
зависимым от надежности материала. За основу оценки качества
материала примем нормированное стандартное отклонение (11.26).
Значение нормированного стандартного отклонения металлических
материалов колеблется в пределах от 0,025 до 0,2. Малые величи-
ны указывают на высокое качество материала, большие же вели-
чины соответствуют низкому качеству. Желаемое качество харак-
теризуется сосредоточением значений прочностных свойств вокруг
среднего значения.
Можно различать вид материала и его качество.
Значения, указываемые в стандартах -прочности материалов,
отличаются от средних значений, определяемых статистически.
Поэтому
а'=Ьи, (11.28)
где b — коэффициент, учитывающий отклонения от среднего зна-
чения.
Используя (11.28) и (11.13), получим выражение для опреде-
ления общепринятого коэффициента допускаемых напряжений в
зависимости от среднего значения критических напряжений:
(11.29)
Новое понимание общепринятых методов — это тоже метод
рационализации.
Допускаемое напряжение как функция надежности определяет-
ся с помощью зависимости (11.25). Приравнивая допускаемые на-
цряжения, определенные обоими способами, т. е. приравнивая пра-
вые части уравнений (11.25) и (11.29), получим после преобразо-
17—1147
258
Глава 11
вания выражение для коэффициента безопасности в вероятностной
интерпретации:
б=т—, \ -<пг- (11-30)
1—l,6n°,6s. v ’
Коэффициент безопасности зависит от надежности Р=1—0,1",
качества материала, оцененного нормированным стандартным от-
клонением s, а также способа определения значений критических
напряжений, приводимых в стандартах прочностных характеристик
материалов.
Для иллюстрации того, в какой мере качество материала влия-
ет на величину коэффициента безопасности, воспользуемся дан-
ными табл. 11.1.
Таблица 11.1
Влияние качества материала на значение
рационального коэффициента безопасности
при показателе надежности п=б
S 0,025 0,04 0,063 0,1
1,1 1,24 1,43 1,9
Расчеты проведены при одинаковом для всех случаев коэффи-
циенте отклонений Ь. В таблице даны значения коэффициента
безопасности для очень высокой надежности Р= 0,999999 при раз-
личном качестве материалов, определенном стандартным отклоне-
нием. Очевидно очень большое влияние качества. Такие различия
характерны для сортовых и обычных сталей.
Изготовляется немного технических средств с исключительно
высокой надежностью.
Полная рационализация использования материалов возможна
лишь при полной информации о плотности распределения проч-
ностных свойств. Следует стремиться к получению этой информа-
ции в целях эффективного использования вероятностных методов
определения критических и допускаемых состояний. Применение
математической статистики для определения и контроля конструк-
тивных характеристик должно быть признано основой рационали-
зации процесса конструирования.
11.5.5. Обобщенный подход к допускаемым состояниям
Исследование допускаемых нагрузок имеет существенное мето-
дологическое значение особенно там, где факторы, рассматривае-
мые в процессе детального анализа, выявлены слабо.
Принципы конструкции
259
Обобщенное понимание вопроса допускаемых состояний свя-
зано с рассмотрением допускаемых нагрузок, когда допускаемая
нагрузка, определяемая выражением
(11.31)
относится к соответствующему месту конструируемого техническо-
го средства.
Это вопрос, с которым конструктор, в сущности, встречается
на каждом шагу. Здесь мы рассмотрим два способа определения
допускаемых состояний в таких устройствах, как:
ф подшипники качения;
ф подшипники скольжения.
Грузоподъемность подшипников качения (как допускаемое со-
стояние) определена опытным путем. Это один из примеров зада-
чи, аналогичной определению формо-
устойчивости. Испытаниям подвергаются
собранные подшипники в состоянии по-
ставки. В результате определяются зна-
чения так называемой динамической гру-
зоподъемности. В каталогах дается гру-
зоподъемность, которая становится до-
пускаемым нагружением тогда, когда ис-
пользование подшипника рассчитано на
1 млн. оборотов (циклов нагружения).
Надежность такого нагружения состав-
ляет Р = 0,9; это означает, например, что
из одной тысячи подшипников, действу-
ющих в одинаковых условиях, по исте-
чении допускаемого числа циклов на-
Рис. 11.16. Геометрические со-
отношения для работающего
подшипника скольжения.
гружения может выйти из строя 100 подшипников. Если принять
для того же самого числа циклов нагружение, меньшее динамиче-
ской грузоподъемности, то можно ожидать надежности, большей,
чем Р.= 0,9; однако способы определения этой надежности мало
кому известны. Отсылая читателя к специальной литературе, на-
помним формулу долговечности подшипников качения:
P'-L= const,
(11.32)
где Р — нагрузка; L — число циклов; <7 = 34-4.
Совершенно иначе понимается вопрос надежности в гидроди-
намических подшипниках скольжения. Из критерия надежности
вытекает условие сохранения зазора между цапфой и втулкой при
допускаемом нагружении в данных условиях работы подшипника.
Этот зазор связан с наличием слоя масла соответствующей толщи-
ны h (рис. 11.16).
17"
260
Глава 11
11.5.6. Ограниченная долговечность
Долговечность и надежность — два из четырех частных крите-
риев адекватности.
Деформация частиц поверхности при взаимодействии элемен-
тов в механодинамических комплексах, отрыв частиц под влия-
нием различных факторов в гидравлических, пневматических,
электронных, электрических и других комплексах создают конст-
руктивную проблему долговечности. Типовыми примерами таких
узлов в механодинамических комплексах являются:
ф подшипники качения и подшипники скольжения;
ф зацепления в зубчатых передачах;
ф направляющие;
ф кулачковые кинематические пары;
ф цилиндры с поршнями;
ф уплотнения.
Комплексы с взаимодействующими элементами становятся
объектом исследований, цель которых — определение стохастиче-
ских особенностей рабочих поверхностей с точки зрения деформа-
ции и текучести материала.
Самое обычное проявление перемещений частиц, вызывающих
изменение внешней структуры, — истирание, характерное для су-
хого трения. Другую проблему создают отслаивание и явление
питтинга, вызывающее разрушение зубьев в зубчатых передачах
и шариков в подшипниках качения.
В задачу конструирования входит определение допускаемых из-
менений структур с точки зрения эффективного действия машины.
Правильность определения периода неизменности структуры (ре-
сурса) имеет большое значение в свете экономического обоснова-
ния. До сих пор здесь пользуются эмпирическими данными, а тео-
рия вопроса разработана слабо.
Заводская гарантия представляет собой статистическую пробле-
му; ее решение требует опытных исследований и аналитических
обобщений.
Одно из проявлений стохастических процессов, связанных с из-
готовлением и действием изделий как технических средств, состоит
в ограниченной долгойечности деталей, узлов, машин и мегакомп-
лексов. Мы знаем из собственного опыта, что если бы в процессе
экплуатации автомобилей, телевизоров и даже обычных светиль-
ников не заменялись разные детали, то через некоторый промежу-
ток времени все технические средства вышли бы из строя.
Принципы конструкции
261
Рассмотрим группу однородных технических средств, состоя-
щую из L=L0 новых изделий, которые в процессе эксплуатации не
ремонтируются. Оказывается (рис. 11.17), что через время 13
остается L=0 технических средств. Представляет интерес устано-
вить закономерность появления отказов с течением времени экс-
плуатации t. Если бы отказы появлялись пропорционально време-
ни, то этот процесс можно было бы представить ступеньками
Рис. 11.17. Аппроксимация процесса равномерного возникновения отказов.
(рис. 11.17). Каждая ступенька информирует об исключении из
эксплуатации по меньшей мере одного технического средства. Если
нас интересует общая закономерность этого процесса, то можно
заменить ступенчатую функцию непрерывной:
L—Lo (1 —tif).
(11.33)
Такой процесс появления отказов маловероятен. На рис. 11.18
показана интенсивность отказов, представленная в виде зависимо-
сти AL/At (при ЛЕ—И) от времени.
На начальной стадии I эксплуатации повреждения возникают
довольно часто. Все, что не учтено изготовителями, проявляется
в форме отказов. Чаще всего на практике эта стадия эксплуатации
регламентируется договоренностью между изготовителем и экс-
плуатационником, в отдельных случаях — между изготовителем
и потребителем.
Риск изготовителя и риск потребителя представляют собой
проблемы общественного значения.
Такая договоренность определяет, в течение какого времени и
при каких условиях эксплуатации изготовитель обязуется ликви-
262
Глава 11
дировать повреждения и отказы. Риск потребителя, таким обра-
зом, уменьшается, а изготовитель калькулирует штучную стои-
мость изготовления для большой партии изделий с учетом гаран-
тийных ремонтов. В случае отсутствия соответствующих статисти-
ческих данных риск плохого прогноза принимает на себя изготови-
тель.
Стадия II характеризуется равномерной частотой появления от-
казов. Быстрый рост числа отказов происходит на стадии III (вы-
Рис. 11.19. Вероятностная кривая отка-
зов.
работка ресурса). Процесс появления отказов можно представить
также в форме кривой рис. 11.19. Меньше всего информации
обычно имеется на стадии III, что обозначено на рис. 11.18 и
Принципы конструкции
263
11.19 штриховой линией. Участки кривых I и II можно описать
зависимостью
L—LO{(1 —k) [1 —exp (——exp (—п2/)]}. (11.34)
Это одна из форм функции отказов. Величины k, Ui и иг явля-
ются ее характерными параметрами. Форму аппроксимации функ-
ции отказов можно упростить в дальнейшем так, что остается толь-
ко один параметр и.
Функцией отказов мы воспользуемся при определении вероят-
ной долговечности как одного из элементов понятия адекватности.
11.5.7. Долговечность и надежность как функции времени
В методах исследования надежности пользуются математиче-
скими понятиями. Здесь мы можем вновь обратиться к обобщенной
аксиоме, которая была дана в гл. 9:
Р+Р = 1. (11.35)
Надежность и ненадежность представим как функции времени:
называется функцией надежности;
P=Q(t) называется функцией отказов-, она представляет собой
отношение числа объектов исследования, пришедших в негодность
через время t, к начальному их числу.
Здесь
Q(/)=^k (Ц.36)
Выражение (11.36) представляет собой математическую модель
отказов. Время до отказа, как и количество отказов в определен-
ный момент времени, являются параметрами в исследованиях на-
дежности1'.
Систематичность и тщательность наблюдений имеют большое
значение не только в научных исследованиях.
Одну из возможных аналитических аппроксимаций функции на-
дежности дает распределение Вейбулла. Принимая в основу рас-
смотрения это рапределение, запишем выражение
P(t)=A-Q(t) (11.37)
в форме
Р (/)=<? ₽ , (11.38)
° Ограничимся рассмотрением надежности без учета задачи устранения от-
казов.
264
Глава 11
где е — основание натуральных логарифмов; а и р — параметры
распределения (всегда положительные).
Логарифмирование позволяет найти практические формы раз-
личных математических зависимостей.
В опытных исследованиях удобной формой представления ре-
зультатов могут быть графики характеристик надежности. На ос-
нове (11.37) и (11.38) функцию отказов запишем в виде
Q(0 = l— е ₽ . (11.39)
После преобразования и двукратного логарифмирования полу-
чим ।
1g’g-T^r=«lgf-IgP+lg’g^- (П.40)
Можно провести аналогию между этим уравнением и уравне-
нием прямой: у=ах-\-с.
На рис. 11.20 представлены результаты исследований транспор-
терных роликов, проведенных в Лаборатории основ конструирова-
ния машин Силезского политехнического института в эксплуата-
ционных условиях.
Объектом исследований надежности чаще всего являются мате-
риальные комплексы, количество которых достаточно велико.
Ролики образуют опору и привод резиновой ленты транспор-
тера, предназначенного для транспортировки угля или других
масс. В ленточных транспортерах имеются сотни роликов, что спо-
собствует проведению исследований на основе статистических ме-
тодов. Лабораторным исследованиям подвергается значительно
меньшее число объектов. Опыт указывает на то, что повреждения
подшипников роликов, вызывающие их заедание, могут быстро
привести к разрушению транспортера.
Анализ надежности роликов имеет ряд аспектов:
ф используется критерий эффективности действия роликов как
опоры и направляющей движения транспортной ленты — условие
функционирования комплекса;
ф необходимо обеспечить эффективность действия роликов в
условиях значительной запыленности и влажности окружающей
среды;
ф с эксплуатационной точки зрения требуется оптимальная
долговечность, т. е. длительное время эффективного действия ро-
ликов;
Принципы конструкции
265
ф желательно знать достоверность эффективного действия
в условиях, описанных выше.
В настоящее время надежность многих технических средств
случайна, так как она определяется комплексом недостаточно точ-
Рис. 11.20. Характеристики отказов роликов в ленточных транспортерах.
На рис. 11.20 представлено распределение отказов роликов по
времени. Характеристика надежности роликов определяется сово-
купностью точек в системе координат, у которой
ф абсцисса: lg£ или время h (в часах);
ф ордината: 1g 1g {1/[1—Q(f)]} или функция отказов Q.
На основе этих данных определены приближенные значения
параметров распределения: а = 2 и р=21. Более точные оценки
этих параметров проведены методами наименьших квадратов,
экстремума и наибольшей достоверности.
О надежности сегодня много говорится, однако только экспе-
риментальные исследования могут привести к решению проблемы.
266
Глава И
Характеристики надежности технических средств необходимо
считать важнейшими критериями современной техники. Примени-
тельно к изделиям массового производства или вообще большим
совокупностям технических средств характеристики надежности
обусловливают:
• рациональное проектирование и конструирование;
ф прогнозирование изготовления и эксплуатации с учетом эко-
номических и организационных критериев;
ф совершенствование технических средств.
11.5.8. Надежность случайно нагруженного комплекса
В функционировании технических средств необходимо считать-
ся с появлением случайных нагрузок. Другие виды нагрузок, на-
пример постоянные или стационарные, — это лишь определенное
приближение, которое принимается с целью упрощения аналитиче-
ских операций.
Исследуем упрощенный пример эффектов двух случайных собы-
тий, независимых Друг от друга.
Рис. 11.21. Распределения критических К.' и рабочих R' нагрузок.
Пусть в некотором техническом средстве проявляются:
ф рабочая нагрузка как случайная величина Д', которую мож-
но аппроксимировать средним значением R и стандартным откло-
нением Sr;
ф критическая нагрузка как случайная величина К', описы-
ваемая величиной К и стандартным отклонением S*.
Эти условия представлены на рис. 11.21 с помощью кривых
случайного распределения. Параметры рабочей нагрузки определе-
ны опытным путем, а параметры критической нагрузки — либо
Принципы конструкции
267
тем же способом, либо на основе известных конструктивных харак-
теристик комплекса. Первый способ возможен только тогда, когда
можно подвергнуть обследованию большое число технических
средств. В других случаях критическую нагрузку можно предста-
вить как функцию критических напряжений:
K'=o'F, (11.41)
где F — площадь критериального сечения.
С учетом этого определим параметры распределения:
Л>=оВ, (11.42а)
Sk=SF. (11.426)
Ответим теперь на вопрос, достаточен ли интервал между кри-
тическим и рабочим напряжениями. Чем больше интервал между
Рис. 11 22. Распределение разности (К'—R') критической К' и рабочей R' нагру-
зок.
средними значениями нагрузок, тем меньше ненадежность желае-
мого соотношения нагрузок. С аналитической точки зрения реше-
ние этого вопроса равнозначно определению вероятности того,
что критическая нагрузка больше рабочей.
Нас интересует новая случайная величина — разность между
случайной критической нагрузкой К' и случайной рабочей нагруз-
кой R'. Эта случайная переменная представлена на рис. 11.22. За-
дача теперь состоит в определении надежности
Р(Л" — R' >0) = ? (11.43)
Согласно теории вероятностей, параметрами распределения этой
новой переменной являются:
С среднее значение (/('—R')=R—R;
@ стандартное отклонение S2=S% +S?.
Вероятность, определяемая площадью р, расположенной под
кривой плотности распределения слева от оси ординат, характе-
ризует возможность появления в комплексе критического состоя-
ния. Площадь р является мерой надежности Р комплекса, по-
скольку
К—R=zS.
(11.44)
268
Глава И
При этом z является нормированным отклонением; следовательно,
после проведения аппроксимации (11.24) получаем выражение:
К—R = \fin°^VSl -|-Sr2. (11.45)
После преобразования (11.45) и учета системы уравнений
(11.25) определим надежность из выражения
Р = 1—0,1«, (11.46)
в котором
11.6. Принцип оптимальных соотношений
взаимосвязанных величин
Это четвертый принцип конструкции.
Рис. 11.23. Раскрой металлического
листа для бака.
Отношения между конструктивными характеристиками, а так-
же другими характеристиками изделия тем меньше отличаются от
оптимальных, чем больше конст-
рукция отвечает принятым крите-
риям.
Следствия четвертого прин-
ципа конструкции имеют всевоз-
растающее практическое значе-
ние. Несмотря на то что многие
проектно-конструкторские про-
цедуры не указывают на это
прямо, они основаны, в сущно-
сти, на использовании этого
принципа. В особенности для ме-
гакомплексов — магистральных
трубопроводов, электрических се-
тей и сетей связи, нефтеперера-
батывающих предприятий — ши-
роко применяются методы проек-
тирования, основанные на опти-
мизации соотношений взаимосвя-
занных величин с помощью ЭВМ. Параметры, связывающие меж-
ду собой эти величины, чаще всего представляют собой меру ка-
кой-либо величины, подлежащей оценке.
Рассмотрим один наглядный пример. Из квадратного металли-
ческого листа со стороной а (рис. 11.23) нужно изготовить бак
наибольшей емкости. Как ограничивающее условие допускается
лишь такой раскрой, который ведет к удалению квадратов со сто-
Принципы конструкции
269
роной х. Форма бака образуется путем загибов по штрихпунктир-
ным линиям и сварки сомкнутых кромок. Кроме этих критериев,
следующих из обоснования возможностей изготовления, имеется
критерий, который вытекает из обоснования технической целесооб-
разности, а также из экономического обоснования; это критерий
наибольшей емкости бака.
В рассматриваемой конструкторской задаче оптимизируется от-
ношение
<р=х/а. (11.48)
Связующим параметром является емкость бака. Конструктор-
скую задачу можно записать следующим образом:
Ф=х/а----> оптимум, (11.49а)
V=x(a—2х)2 > максимум. (11.496)
Используя анализ первой производной f'(x), найдем (рОпт = '/б-
Среди взаимосвязанных величин особого внимания заслужи-
вают:
ф геометрические конструктивные характеристики;
ф стереомеханические свойства материала;
ф динамические конструктивные характеристики, а также дру-
гие динамические свойства;
ф кинематические свойства;
ф масса и упругие свойства.
Аналитические исследования, исходящие из четвертого принципа
конструкции, создают основу многих правил конструирования,
направленных на уменьшение меры ненадежности.
11.6.1. Взаимосвязи между свойствами
и особенностями технического средства
Параметрически связанными характеристиками могут быть не
только свойства, но и особенности изделия.
В рассмотренном выше примере взаимосвязанными величинами
были размеры бака, т. е. его свойства. Четвертый принцип конст-
рукции распространяется также на особенности, если они связа-
ны со свойствами (или между собой) и тем самым составляют
объект оптимизации. Примером может служить проектная задача,
основанная на подборе поперечного сечения трубопровода и ско-
рости текущей в нем жидкости. Эту задачу можно записать сле-
дующим образом:
<р = v/F--* opt (оптимум), (11.50а)
vF — Q, (11.506)
---* min (минимум). (11.50в) .
270
Глава 11
Скорость v и площадь поперечного сечения трубопровода F
требуется подобрать так (обусловливая мгновенный расход жидко-
сти Q), чтобы общая стоимость, рассчитанная как сумма капи-
тальных затрат N и сумма эксплуатационных расходов Е, была
минимальной. Таким образом, имеем пример оптимизации особен-
ности трубопровода (скорости течения жидкости) и свойства
трубопровода (сечения как геометрической функции конструктив-
ных характеристик).
11.6.2. Основные вопросы конструирования зубчатых передач
При конструировании зубчатых передач необходимо опреде-
лить:
Отношение ширины венцов зубчатых элементов (шестерни
и колеса) и диаметра шестерни (конструктивного элемента мень-
шего диаметра);
ф передаточные отношения в многоступенчатых передачах.
Зубчатые передачи все еще представляют много проблем для
конструктора.
Vonm
Рис. 11.24. Масса зубчатой передачи в зависимости от отношения rf=b/dpl.
На рис. 11.24 дана запись схемы конструктивного вида одно-
ступенчатой зубчатой передачи. Здесь возникает лишь задача
оптимизации отношения ширины венца b и диаметра шестерни d.
Эти величины параметрически взаимосвязаны, поскольку их произ-
ведение фактически определяет давление между зубьями, что от-
четливо проявляется при анализе критериальных давлений по по-
казателю Штрибека или напряжениям Герца. Ввиду большей про-
стоты воспользуемся первым из названных показателей, который
определяется выражением
k __ 2МОКЬ. /+_!_ (11.51)
bd2 Ус i , V /
Принципы конструкции
271
где kc — показатель, односторонне ограниченный допустимым зна-
чением величины, являющейся функцией вида и состояния мате-
риала, а также условий работы зацепления; ус — параметр полюс-
ной точки (постоянная величина для данного зацепления); i — пе-
редаточное отношение, т. е. частное от деления числа зубьев z2lzi\
Мо — нагрузка, рассчитанная без учета величины концентрации
нагрузки Кь-
Рис. 11.24 иллюстрирует задачу оптимизации отношения ^ = bjd\
с помощью графика. Критерий массы передачи вытекает из эконо-
мического обоснования. Минимум массы составляет основу опреде-
ления оптимального значения отношения. В нашем примере связь
между шириной зубчатых венцов и диаметром шестерни достаточ-
но сложна:
bd{=Kb^- ус^-. (11.52)
Все величины, кроме Кь, Для конкретной передачи либо по-
стоянны, либо на соответствующей стадии конструирования могут
быть приняты постоянными. Величина Кь зависит от значения чис-
Таблица 11.2
Ориентировочные коэффициенты влияния концентрации нагрузки Кь
ла tp^b/dj (табл 11.2 по Кудрявцеву). В таких случаях исполь-
зуется метод последовательных приближений, т. е. итерационный
процесс (разд. 8.12).
Усилия конструктора направлены на минимизацию влияния слу-
чайностей, которое при тщательном подборе свойств технического
средства должно быть близким к нулю.
Чем сложнее техническое средство, тем труднее задача оптими-
зации конструкции. Если в одноступенчатой передаче главным
объектом оптимизации является отношение <р, то в многоступенча-
той передаче возникает задача оптимального подбора передаточ-
272
Глава 11
иых отношений i (j=I, II, III,...). На рис. 11.25 представлена схема
компоновки двухступенчатого редуктора с передаточными отноше-
ниями й и in- Произведение этих двух отношений составляет об-
щее передаточное отношение редуктора I. Существует бесконечное
число комбинаций передач й и йь По этой причине в редукторах
нерациональной конструкции много случайных решений. Примени-
тельно к двухступенчатому редуктору представляет интерес (в све-
Рис. 11.25. Схема компоновки вращающихся элементов зубчатой передачи.
те четвертого принципа конструкции) следующее выражение для
передаточных отношений:
(11.53)
Определенная таким образом зависимость представляет собой, в
сущности, корень из частного передаточных отношений й/йг, свя-
занных между собой выражением 1=ййь
Таблица 11.3
Передаточные отношения в двухступенчатых редукторах
Передаточное отно- шение i Критерий равнопроч- ности поверхности зуба Vi Критерий минималь- ной массы колес Ч РГ Критерий минимального размера коробки передач й рг
8 0,75 0,76 0,68
10 0,78 0,81 0,69
12 0,85 0,87 0,73
16 0,93 0,94 0,77
20 0,98 1,01 0,79
25 1,05 1,07 0,84
32 1,13 1,15 0,90
40 1,16 1 ,22 0,93
50 1,21 1,30 1,00
Принципы конструкции
7Ti
Табл. 11..3, разработанная на основе данных Боровича, хорошо
иллюстрирует задачу оптимизации рассматриваемой зависимости,
поскольку в ней представлены оптимальные значения как функции
различных критериев. Если даже какие-либо из приведенных чисел
могут быть дискуссионными (поскольку известны разные способы
определения оптимального отношения ширины зубчатого венца
к диаметру шестерни), то они все же показывают необоснован-
ность произвольного, интуитивного подбора передаточных отноше-
ний.
11.6.3. Динамические особенности
Обращая внимание на необходимость различать динамические
конструктивные характеристики как свойства изделия от динами-
ческих особенностей технического средства, обусловленных, в част-
Рис. 11.26. Пружинно-массовая модель
грохота.
ности, массами и ускорениями
при работе комплекса, рас-
смотрим вкратце задачу оп-
тимизации на примере устрой-
ства, представленного на
рис. 11.26. Массы т.\ (грохот
с ситом) и (опорная рама
для грохота) связаны пружи-
нами k. Массы приводятся в
движение с помощью эксцент-
рика и пружинной сцепки k0.
Опорная рама покоится на
пружинных опорах. Между массами mi и т2, а также их амплиту-
дами существует связь, определяемая уравнением движения, ши-
рокоизвестным в динамике. Для нас представляет интерес опти-
мизация отношения
(11.54)
Критерием, вытекающим из экономического обоснования, может
быть общая стоимость грохота и той части сооружения, вес и
исполнение которой зависят от нагрузок Ri и /?2. Эти отношения
зависят от действия и свойств всей механодинамической системы
грохота. Масса т2 используется в целях уравновешивания мас-
сы mi (первый принцип конструкции). При увеличении массы т2
амплитуда колебаний этой массы уменьшается, вследствие чего
уменьшается переменность нагрузок М и R2. Однако одновременно
растет средняя общая нагрузка, которая равна массе грохота вме-
сте с массой т2. Из анализа следует, что существует такое значе-
ние отношения масс <р, при котором суммарные затраты становят-
ся минимальными.
18—1147
12. ОСНОВЫ МЕТОДОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
И КОНСТРУИРОВАНИЯ
12.0. Введение
Наука проектирования и конструирования относится к области
прикладных наук.
В сложной проблеме методологии прикладных наук можно вы-
делить следующие области:
О методологические предпосылки, относящиеся к основам фор-
мирования данной прикладной науки;
О методологию, как область обобщенных формулировок, спо-
собных создавать основу методов практического действия.
В методологических предпосылках науки проектирования и
конструирования приняты следующие объекты исследования:
О система и конструкция;
О процесс проектирования:
О процесс конструирования.
Методологию мы рассматриваем как неотъемлемую часть науки
проектирования и конструирования.
Объектами, связанными с вышеназванными, являются: запись
системы, запись конструкции и методология системных и конст-
рукторских исследований.
В этой книге мы не будем заниматься науковедческими пробле-
мами науки проектирования и конструирования. Объект наших
интересов — методология, составляющая область самых общих
теоретических понятий проектно-конструкторского процесса. Кроме
того, мы не считаем методологию наукой о проектировании и
конструировании, а рассматриваем ее как существенный эле-
мент теории проектирования и теории конструирования.
12.1. Действие — способ — метод
Жизнь и действие взаимосвязаны.
Мы рассматриваем творческие технические действия. Такими
действиями характеризуются проектирование и конструирование —
создание систем и создание конструкций, от которых зависит облик
Методология проектирования и конструирования 275
и эффективность техносферы. Поэтому здесь нельзя действовать
«на авось», и это относится не только к технической деятельности.
Действия людей вообще нужно рассматривать как праксеологиче-
скую проблему.
Мы действуем разнообразными способами:
@ осознанно или не осознанно;
9 импульсивно или методически.
В наших поступках, которые бывают обдуманными или необ-
думанными, все же преобладает стремление к рационализации.
Мы не отрицаем импульсивных действий. Эти действия высту-
пают как следствие нашей потребности изменений, реализация ко-
торой предпринимается нами без знания соответствующих методов.
«Как-нибудь выйдет» — это целая философия импровизирован-
ной, необдуманной деятельности, часто непроизвольной, иногда опи-
рающейся на интуицию.
Мы действуем либо обдуманно, либо необдуманно. Спонтанное
обдуманное действие основано на поспешно принятом решении,
подвергнутом лишь предварительной оценке с точки зрения эффек-
тивности.
В жизни мы стремимся к рационализации, и методическое дей-
ствие противоположно импульсивному действию, представляюще-
му собой рефлекторную реакцию.
Действие невоспроизводимо, воспроизводим только метод.
Рассматривая затронутые вопросы в более общем виде, ска-
жем, что наибольшее значение мы придаем методическим дейст-
виям, хотя оцениваем по достоинству также значение импульсив-
ных действий. Не во всех случаях методическая деятельность воз-
можна и целесообразна. Отказ от импульсивных действий мог бы
быть причиной невозможности каких-либо действий в ситуациях,
требующих незамедлительной реакции. Иногда необходимо дове-
рять нашей интуиции. Эти замечания имеют особое значение для
инженеров, занятых в производственных (особенно строительных)
и эксплуатационных процессах.
Мы всегда действуем каким-либо способом. Однако даже
в случае принятия хорошо обдуманного и наиболее разработанно-
го способа как основы действия на наши действия влияют непред-
виденные обстоятельства и наше психофизиологическое состояние.
Способ действия машины удается предвидеть точнее, чем способ
18*
276
Глава 12
действия человека. Здесь мы хотим обратить внимание на то, что
необходимо различать способы действия проектировщиков и конст-
рукторов и способы действия информационных машин, в частности
ЭВМ.
12.1.1. Метод
Метод предопределяет способ действия.
С методической точки зрения обратим внимание прежде всего
на самое общее понятие метода как основы способа действия.
Метод — это рациональная основа способа действия.
Для существования метода необходимы:
О правила поведения как описание способа действия;
О осознание использования метода как основы действия;
О дисциплинированное подчинение правилам поведения;
О описание ситуации, в которой целесообразно применение
данного метода.
Правила, осознанность действий, дисциплина, воспроизводимость
и описание ситуации свидетельствуют о существовании метода.
Формулируя это описание более сжато, можно заключить, что
метод представляет собой систему воспроизводимого способа дей-
ствия при осознанном использовании правил поведения для наибо-
лее вероятного достижения намеченной цели в данных обстоятель-
ствах.
Использование метода делает разумными наши действия также
и тогда, когда метод предполагает привлечение интуиции.
Метод увеличивает возможности решения различных проблем,
но сам по себе не предопределяет их решения.
Исследуя деятельность проектировщиков и конструкторов,
можно указать на две формы интеллектуального действия, кото-
рые мы называем:
® открытым мышлением;
9 замкнутым мышлением.
Использование метода тесно взаимосвязано с открытым мышле-
нием, поскольку о методе можно говорить тогда, когда его удается
определить. О способах замкнутого мышления можно судить един-
ственно лишь на основе анализа результатов соответствующего
действия.
Методология проектирования и конструирования
177
12.1.2 . Научный метод
Наблюдение! Гипотеза! Эксперимент! Теория! Наблюдение! Ги-
потеза! Эксперимент! Теория! ... I ... I
Стремление к порядку в действиях (и это не только в техниче-
ской деятельности) естественно приводит к поведению, соответ-
ствующему научному методу. Быть может, не один из нас в своей
профессиональной практике поступал в соответствии с правилами
научного метода, не осознавая этого факта.
Научное исследование имеет общие черты независимо от того,
что составляет объект исследований. Во всех научных исследова-
ниях деятельность определяется циклическим использованием по-
следовательно-итерационного процесса на основе рационализиро-
ванного метода, элементы которого выписаны выше, сразу после-
заголовка раздела. Добавим здесь и такие соображения:
е Б творческой деятельности — научной и технической — необ-
ходима активная основа. В процессе познания необходимо иметь
открытыми глаза и уши и, как верно утверждают некоторые,,
обостренными все чувства. Такая основа способствует наблюде-
нию. Упорядоченное наблюдение направляется какой-либо потреб-
ностъю.
Использование научного метода не исключает риска в предпри-
нятом познавательном или созидательном действии.
О В зависимости от объекта и цели исследования выдвигается-
какая-либо гипотеза. Это может быть концепция, утвержде-
ние или предположение, отягощенное незнанием, которому
сопутствует определенная мера риска, связанного в свою
очередь с ненадежностью проверки правильности гипотезы.
Определение меры этой ненадежности составляет сущест-
венную методологическую проблему.
О Гипотеза используется в качестве основы программы иссле-
дований или вообще методического действия. Основой иссле-
дований является эксперимент (познавательный опыт), т. е.
познавательное столкновение гипотезы с событиями, вызван-
ными исследователем. В особых случаях эксперимент стано-
вится соответственно запрограммированным наблюдением
явления, служащего объектом познавательных исследова-
ний.
О Эксперимент делает возможным умозаключение, относящееся
к гипотезе. Если анализ результата эксперимента подтверж-
дает гипотезу, то она становится новым элементом теории.
278
Глава 12
Новые теории становятся новыми категориями познания, упоря-
дочивающими новые наблюдения.
Формулирование новых элементов теории дает новую группу
категорий, т. е. общих способов познавательного охвата действи-
тельности. Поиски без категорий познания — это в определенной
мере действия «вслепую». В любом случае такие поиски опираются
только на интуитивные действия, которым сопутствуют случайно-
сти. Значением случая не следует пренебрегать, но нерационально
было бы рассчитывать на достижение желаемой цели только бла-
годаря случаю.
Чем больше мы знаем, тем лучше знаем, чего мы не знаем.
На рис. 12.1 представлена модель процесса, соответствующего
правилам научного метода. Как символ развития используется спи-
Рнс. 12.1. Модель процесса, проводимого на основе научного метода.
раль. Познавательная деятельность (к ней относится и творче-
ская техническая деятельность) расширяет наше поле видения
и одновременно выявляет новые проблемы, открывая новые
поля незнания. Чем больше мы создаем, тем лучше мы познаем
новые области нашей деятельности, хотя бы даже эта область
внешне была сужена до совершенствования того, что уже когда-то
было задумано и изготовлено.
12.1.3 . Методология в науке проектирования
и конструирования
Существенным элементом науки проектирования и конструиро-
вания является методология проектирования и конструирования.
Методология проектирования и конструирования 27&
Рассмотрим рис. 12.2, на котором представлена модель процес-
са формирования методологии в науке проектирования и конст-
руирования. В генезисе методологии мы различаем:
О исследования творческих технических процессов;
О исследования артефактов.
Интроспекция позволяет анализировать интуитивные методы^
действия.
Процесс творчества протекает благодаря человеку — индивиду-
альному субъекту. Поэтому нельзя исключать возможность субъек-
Рис. 12.2. Модель процесса формирования методологии в науке проектирования
и конструирования.
тивного действия; тем самым необходимо ввести противоположный
термин: объективное действие.
Исследования, осуществляемые субъективными действиями, мо-
гут быть основаны единственно лишь на интроспекции (самона-
блюдении). Люди используют различные способы поведения, осно-
ванные на интуиции, зачастую поддерживаемой подсознанием, или
даже, как утверждают некоторые, бессознательно. Это последнее
представляет собой черту гениального творчества.
Интуитивные методы можно выявлять способами логической
индукции, т. е. обобщения (в результате анализа) осознанных спо-
собов действия. Сознательное использование интуитивных методов
может подтвердить их эффективность, благодаря чему они стано-
вятся эмпирическими методами, т. е. методами, подтвержденными
опытным путем.
Интроспекции противопоставляется наблюдение. Все это
делается в эмпирической области. Результаты наблюдения обобща-
280
Глава 12
ются на основе индукции и таким образом формулируются эмпи-
рические методы. При этом с позиций методологии (да и практи-
ческой точки зрения) необходима проверка пригодности разрабо-
танных методов.
Процесс познания опирается на индукцию и дедукцию. Дедук-
ция представляет собой переход от общего к частному. Исследова-
ние артефактов, обоснование, анализ и синтез являются факторами
формулирования аналитических методов. Попытки анализа творче-
ской деятельности не должны игнорировать диалектического един-
ства этого очень сложного процесса.
Процедуре логической индукции подвергают результаты на-
блюдений — совокупности данных о фактах. Этому противополож-
ны дедуктивные процедуры. Индукция позволяет вывести суждения
из исследования частностей, дедукция делает частные выводы из
•обобщенных предпосылок.
Исследование артефактов стало в науке проектирования и кон-
струирования существенным фактором формулирования ее общих
основ, которые прежде всего сложились в теории конструкции, а
затем — в теории технических систем.
Общие основы становятся объектом анализа в дедуктивных
'процедурах с тем, чтобы можно было получить логические выводы,
относящиеся к способам действия. Благодаря этому формулируют-
ся правила методического действия, которые следует подвергнуть
проверке. Опираясь на общие основы, мы доводим наше понима-
ние до суждений.
Накопление и упорядочение эмпирических и аналитических ме-
тодов — это одна из целей методологии проектно-конструкторской
деятельности. Исследование и сравнение аналитических и эмпири-
ческих методов позволяют сформулировать обобщенные утвержде-
ния. Благодаря этому создаются существенные элементы теории
проектирования и конструирования, логически взаимосвязанные
-с теорией систем и теорией конструкции.
Попытки исследования действий в процессе проектирования и
конструирования, опирающиеся на понятия наблюдения, индукции
и дедукции, а также анализа и синтеза, облегчают понимание про-
цесса, который должен направляться нашим разумом. Однако
автор отдает себе отчет в том, что попытка творческого исследова-
ния творческого процесса всегда остается под влиянием интуиции.
12.2. Анализ творческих технических действий s
Описание того, что наблюдается непосредственно, имеет также
свое познавательное значение.
Методология проектирования и конструирования
284
Предварительные Основные Проверенные
действия действия действия
Рис. 12.3. Комплекс действий в проектно-конструкторском процессе.
Наука позволяет сегодня вникнуть в сущность процесса проек-
тирования и конструирования. Методологическую проблему состав-
ляет рациональное описание процесса в его практическом понима-
нии. В этой главе мы будем рассуждать, пользуясь главным
образом традиционными понятиями.
282
Глава 12
Представляя на рис. 12.3 результаты анализа творческих тех-
нических действий, выявим одновременно информационную систе-
му, которая по самой сущности творческого технического действия
служит его основой. Поэтому рассматриваемая модель выявляет
отношения преобразований и отношения связей.
В проектно-конструкторском процессе, характеризующемся
диалектическим единством, можно выделить:
О предварительные действия, основанные на наблюдении и оп-
ределении технической задачи;
О основные действия, сущность которых состоит в создании
операционных гипотез, связанных с допускаемым риском;
О проверочные действия, выявляющие меру риска и создаю-
щие основу для оценки комплексного действия в целом.
12.2.1. Предварительные действия
Выделение видов действий не означает их абсолютного разде-
ления и обособления.
Если основные действия, имеющие важный операционный
смысл, должны быть в достаточной мере эффективными, то для
этих действий необходима подготовка. Указывая на эту проблему,
ограничимся отношением творческого субъекта к потребности.
Практическая необходимость проектирования и конструирова-
ния появляется тогда, когда обнаружена потребность изменений в
комплексе технических средств; такими изменениями могут быть:
О прибавление нового технического средства;
О модификация существующих технических средств и их дей-
ствия;
О ликвидация существующего технического средства при одно-
временной модификации действия остальных средств техни-
ческого мегакомплекса.
Центральное место в процессе удовлетворения потребностей
занимает действие.
Существование потребности проявляется в недостаточности дей-
ствия того, что существует; распознание потребности связано так-
же с определением технического средства, при помощи которого
можно удовлетворить потребность. В первом приближении это мо-
жет быть даже всего лишь определение необходимости какого-ли-
бо нового действия без указания его вида.
Чрезвычайно важно, чтобы предварительные действия не вклю-
чали детального определения вида технического средства и вида
действия. В противном случае предварительные действия превра-
щаются в основные.
Методология проектирования и конструирования
283
12.2.2. Основные действия
Основные действия представляют собой ответ на выявленную
потребность. Этот ответ имеет операционное значение в процессе
удовлетворения потребности.
Основные действия включают:
О проектирование, результат которого подвергается интерпре-
тации в дальнейшей творческой деятельности;
О конструирование, опирающееся на основы проекта, резуль-
тат которого служит в свою очередь основой изготовления.
При этом результат конструирования — конструкция — не
должен требовать интерпретации.
В практическом понимании результат проектирования рг со-
ставляют:
О конструктивные предпосылки ZK (рис. 12.3);
О концепция Кс.
Конструктивные или проектно-конструкторские предпосылки
прежде всего определяют действие технического средства, посколь-
ку необходимо учитывать особенности последовательно-итерацион-
ного процесса, который связывает проектные операции с конст-
рукторскими.
12.2.3. Проектно-конструкторские предпосылки
Описание сущности действия не должно предопределять вид
технического средства.
При элементарном подходе среди предпосылок можно выде-
лить:
О описание потребностей;
О описание сущности действия;
О ситуационные данные;
О количественные данные.
Описание сущности действия, ситуационные и количественные
данные представляют собой существенные данные, установленные
в результате определения потребности.
Описание сущности действия основано на определении необ-
ходимых условий удовлетворения распознанной потребности. Оно
должно однозначно указывать на необходимое действие, оставляя
при этом как можно большее «число степеней свободы» для по-
следующих действий, направленных на оптимизацию конструкции.
Ситуацией мы называем совокупность обстоятельств как нейт-
ральных, так и обусловливающих создание эффективного техни-
.284
Глава 12
ческого средства, а также обстоятельств, воздействующих на сред-
ство в эксплуатации.
Любую ситуацию можно изменить, и зачастую изменение необ-
ходимо.
Вводя в этом разделе понятие ситуационных данных как эле-
мента проектно-конструкторских предпосылок, необходимо обра-
тить внимание на значение модификации ситуации. На практике
-слишком часто существующая ситуация рассматривается как
нечто неизменное, что обычно ограничивает изобретательность. Ме-
тодически принципиальным в проектно-конструкторском процессе
должен стать вопрос: «Не нужно ли изменить то, что существует?»
Количественные данные, касающиеся всяких измеримых эле-
ментов, представляют собой числовые обобщения, описания сущ-
ности действия и ситуационных данных.
12.2.4. Концепция
Концепция является центральным объектом творчества. Концеп-
ция и проектно-конструкторские предпосылки составляют диалек-
тическое единство.
Концепция — это абстракция, дающая «набросок» решения за-
дачи. В области технических действий концепция является резуль-
татом творчества в отношении технического средства и его дейст-
вия; она представляет собой замысел действия технического сред-
ства и его конструктивного вида.
Концепция логично увязывается с проектно-конструкторскими
предпосылками.
Обратим внимание на значение разработки системной и конст-
руктивной концепций как на способ рационализации разработки
технической концепции с целью оптимизации действия технических
средств и их роли.
12.2.5. Операционная последовательность
проектно-конструкторского процесса
Конструкция в конечном счете предопределяет возможность
эффективного действия технического средства.
Проектирование рг благодаря своим результатам Кс и ZK
создает основы для конструирования ks, в результате которого
возникает конструкция Ks.
Методология проектирования и конструирования 285
Следующим элементом последовательности основных действий
является изготовление wt — первое из двух основных технических
действий с изделиями (рис. 3.11). После введения в эксплуатацию
изделие становится техническим средством, которое позволяет
•осуществить действие, служащее удовлетворению потребностей.
Изготовление wt и действие технического средства D мы по-
местили в перечень основных действий; это обусловлено тем, что
обязанности проектировщиков и конструкторов не заканчиваются
с завершением разработки проекта, конструкции и их записи.
12.2.6. Проверочные действия
То, что мы создаем, должно прежде всего быть хорошим, но
оно может быть и много лучшим.
Существенным фактором рационализации проектирования и
конструирования являются обратные связи в информационной си-
стеме (рис. 3.11). Эти связи обеспечивают проверочные действия,
к которым относятся:
О аналитическая проверка, относящаяся к результатам проекти-
рования рг и конструирования ks, а следовательно, к кон-
цепции Кс, проектно-конструкторским предпосылкам. ZK и
конструкции Ks;
О лабораторная проверка в процессе конструирования;
О наблюдение за изготовлением (авторский надзор), цель ко-
торого заключается в проверке соблюдения производствен-
ных критериев и правильности конструкции Ks в свете этих
критериев;
О опытные исследования;
О синтетическая обработка результатов проверок и исследо-
ваний как фактор обратного воздействия на все процедуры
проектирования и конструирования, а косвенно и на резуль-
таты определения потребности.
Опытные исследования, понимаемые системно, все еще недо-
оцениваются.
На рис. 12.3 приведены следующие обозначения: Хр— опера-
тор проектирования; Xk — оператор конструирования.
Операторы требуют проверки так же, как и все другие основы
действия.
Воспользуемся здесь терминологией кибернетики. В нашем по-
нимании операторами называются использованные в данном про-
286
Глава 12
цессе проектирования или конструирования совокупности методов,
а также массивы научно-технической и социальной информации,
составляющие основы переработки информации в действиях по
созданию системы и конструкции.
На рис. 12.3 даны также обозначения связей между результата-
ми проверочных действий и операторами Хр и Xk.
12.3. Обобщенная основа различения
проектирования и конструирования
Потребность действия технического средства и изделие образу-
ют творческое противопоставление диалектического значения.
Мы имеем все основания к противопоставлению потребности
действия технического средства и изделия как центральных проб-
лем технической деятельности, имеющих практическое значение.
Рис. 12.4. Различие между процессами проектирования и конструирования.
Если существует потребность использования чего-либо в матери-
альных комплексах, то без изменений в этих комплексах, а значит,
без изготовления невозможна реализация процесса удовлетворения
потребности. Это положение иллюстрирует рис. 12.4, на котором
представлены субъект творчества, а также два отношения:
• отношение к потребности;
• отношение к изделию.
Если вникнуть в содержание рис. 3.11 и 12.3, то без труда
можно прийти к верному выводу, что:
ф проектирование логически следует из отношения объекта
творчества к потребности;
• конструирование логически следует из отношения субъекта
творчества к изделию Wt.
Методология проектирования и конструирования
287
Ответственность проектировщиков и конструкторов — прямое
следствие того, что проект и конструкция служат формами их отве-
та на потребность.
Проект соответствует самой потребности, конструкция же от-
вечает потребностям изготовления, как условиям необходимым,
.хотя и недостаточным, в процессе удовлетворения потребностей.
С этим связано множество субъективных и объективных проб-
лем. Субъективные проблемы определяются позицией проектиров-
щиков и конструкторов в отношении задач, которые поставлены
перед ними в сущности обществом. Объективные проблемы связа-
ны с методами, применяемыми проектировщиками и конструкто-
рами в своей деятельности, а также с умением их использовать.
12.4. Системный подход
Системный подход упрощает необходимый охват абстрактно и
операционно значимых понятий.
К значимым понятиям, которые должны находиться в поле ви-
дения проектировщиков и конструкторов, относятся:
О творческое техническое действие, отвечающее конкретной по-
требности;
О фрагмент техносферы, в котором должны быть произведены
изменения, намеченные проектом и конструкцией.
Мы постоянно находимся под впечатлением того, о чем думаем,
и того, что делаем.
Использование понятия системы позволяет одновременно уста-
новить то, что в данной ситуации связывает действия в сфере абс-
тракций с действиями в сфере конкретностей (рис. 3.11 и 3.12).
Символически представим эту проблему записью на рис. 12.5. Сло-
вами выразим это следующим образом: техническое средство Т —
это результат пересечения системы мегакомплекса (либо вообще
какого-либо действующего комплекса) и системы творческого дей-
ствия.
Техническое средство Т, создаваемое в процессе проектирова-
ния и конструирования, должно функционировать на основе отно-
шения преобразований входа I в выход О. Это отношение — один
из элементов системы, являющейся свойством мегакомплекса,
в который должно входить проектируемое техническое средство.
288
Глава 12
Информационная система обусловливает характер действия.
Информация 1Р о потребности в техническом средстве Т пред-
ставляет собой вход системы, создающей основы проектирования.
Выход Ор становится входом 1к системы, создающей основы кон-
Рис. 12.5. Элементарная модель системного подхода.
струирования. Выход Ok представляет собой информацию о свой-
ствах и особенностях технического средства.
Проектирование и конструирование четко разделены.
На рис. 12.6 представлена элементарная модель процесса про-
ектирования и конструирования. Описание потребности служит
информационным входом 1Р для проектирования рг. Выходом мо-
дели является реальный образ технического средства, действие
которого должно быть основано на превращении входа I в вы-
ход О в соответствии с потребностью. Этот образ включает кон-
цепцию конструктивного вида П.
В самом общем подходе к проектированию нужно предвидеть
возможность вариантов, которую запишем следующим образом:
проект охватывает
(7,0, D, П) V (W> О, D),
Методология проектирования и конструирования
289
а потому:
® либо основные характеристики будущего технического сред-
ства;
Q либо использование известной конструкции Ks0 для условий
действия, соответствующих потребности1).
Рис. 12.6. Модель проектирования и
конструирования при системном под-
ходе.
Только в относительно простых случаях появляется возмож-
ность ограничить проект определением возможности использова-
ния известной конструкции. При учете производственных крите-
риев часто возникает смешанный случай — проект включает и то
и другое, т. е. указывает на возможность применения известной
конструкции, а также на потребность разработки новых конструк-
ций (рис. 7.1).
Каждая модель представляет объект только с какой-либо опре-
деленной точки зрения.
Как уже отмечалось, сущность проекта, т. е. выход Ор, стано-
вится входом конструирования Ik. Выходом конструирования ks
’> Точнее, здесь пе альтернатива, а в соответствии с формулой и последую-
щим авторским текстом неисключающая дизъюнкция («или одно, или другое, или
оба вместе»). — Прим. ред.
19—1147
290
Глава 12
является конструкция Ks, благодаря которой в процессе изготов-
ления создаются заданные структуры и состояния S'.
Представляя модель проектирования и конструирования в си-
стемном понимании, мы должны обратить внимание на операторы
Хр и Xk, имеющие особое значение в информационной системе
проектно-конструкторской деятельности.
В противоположность модели, представленной на рис. 12.3,
системный подход позволяет однозначно выделить технические
действия с замыслами; к этим действиям мы относим:
О проектирование, объектами которого являются техническая
система или ее элемент, т. е. вход I, выход О, действие техническо-
го средства D, а также концепция конструктивного вида П;
О конструирование, объектом которого является конструк-
ция Ks.
Способ действия основан на подборе конструктивных характе-
ристик, определяющих конструкцию.
12.5. Системное проектирование
Усложнение техносферы становится причиной все возрастающих
трудностей.
Рис. 2.1 иллюстрирует сущность технических проблем. В по-
следнее время все большее значение в жизни людей приобретает
техносфера. Все острее проявляются экологические проблемы. Раз-
работка и изготовление неуклонно усложняющихся технических
мегакомплексов, действие которых жизненно необходимо для чело-
века на Земле, становятся все более сложной задачей.
Системное проектирование мы противопоставляем частному.
В результате деятельности людей возникают противоречивые
эффекты техносферы, которые предвиделись теми, на ком лежит
обязанность прогнозирования. Одной из причин возникающих
трудностей является частный подход к проектированию, который
определяется критериями, отвечающими частным, а иногда и анти-
социальным интересам.
12.5.1. Системное проектирование
и частное проектирование
Системное проектирование—это творческая техническая дея-
тельность, направленная на определение нового технического сред-
ства как фактора оптимизации мегакомплекса, к которому должно
принадлежать техническое средство как компонент.
Методология проектирования и конструирования 291
Системное проектирование необходимо как следствие социаль-
ных перемен, постепенно изменяющих техносферу. На том уровне
рационализации проектирования и конструирования, который соот-
ветствует интересам общества, необходимо противопоставлять си-
стемное проектирование частному. Частное проектирование возник-
ло и развилось в условиях узко понимаемого интереса предприни-
мателя. В период промышленной революции этому способство-
вали тогдашние возможности взрывного развития технических
средств, стимулируемого большим спросом и не ограничиваемого
экосферой. Встречаются случаи частного проектирования и сейчас,
когда проектно-конструкторский процесс подчинен единственной
цели — изготовлению продукции.
Частное проектирование игнорирует социально обоснованные
критерии, к которым принадлежат критерии, вытекающие из эко-
логического подхода.
Системное проектирование включает установление того целого,
к которому должно непосредственно принадлежать задуманное
техническое средство. В некоторых случаях эта область может
соответствовать чуть ли ни целой техносфере. Необходимо принять
за правило вычленение в техносфере областей, размеры которых
должны позволять оптимальное решение задачи.
Системное проектирование становится все большей потреб-
ностью не только с точки зрения социализации техносферы.
Основой системного проектирования должны быть критерии,
принятые с позиций оценки эффекта интеграции. Оптимизация как
акт рационализации при системном проектировании направлена на
придание желаемых свойств мегакомплексам как целому,-которое
принимается во внимание при разработке каждой его новой части.
12.5.2. Вычленение областей действия
в конкретной ситуации
Размер области действия технического средства зависит от на-
значения, которое мы намерены ему придать.
Рассмотрим пример конкретной ситуации, определяемой усло-
виями коммуникаций с использованием государственной сети авто-
мобильных дорог. На рис. 12.7 представлена графическая модель
ранжированных областей действия транспортных мегакомплексов.
Рассмотрим проблему создания нового автобуса. Автобус пред-
ставляет собой элемент совокупности транспортных технических
средств.
19’
292
Глава 12
В случае частного проектирования автобус создается не с точки
зрения транспортного мегакомплекса страны, а лишь с точки зре-
ния максимальных возможностей сбыта, т. е. максимальной при-
были.
Сущность элемента определяется его особенностью с точки
зрения особенности совокупности, к которой принадлежит элемент.
Системное проектирование должно основываться на подборе
особенностей автобуса с точки зрения совокупности транспортных
Рис. 12.7. Модель ранжированных областей при системном проектировании.
средств и в соответствии с особенностями автомобильных дорог.
Основная особенность автомобильных дорог состоит в перевозке
людей 7ь которые намерены воспользоваться транспортным сред-
ством и дорогой с тем, чтобы оказаться в другом желаемом месте
(перевезенных пассажиров обозначим через Oi, рис. 12.7). Для
этого нужны автобусы Т с соответствующими особенностями 1т,
От- Таким образом, при проектировании и конструировании авто-
буса Т необходимо произвести вычленение по меньшей мере мега-
комплекса 1, которым является сеть автомобильных пассажирских
коммуникаций в совокупности с существующим и потенциальным
автобусным парком.
Однако задача может и должна быть расширена. Сеть автомо-
бильных пассажирских коммуникаций составляет лишь часть сети
автомобильных коммуникаций, т. е. мегакомплекс 1 составляет
лишь часть мегакомплекса 2. Появляются связи, определяемые
использованием общих предприятий технического обслуживания
и ремонта, ГАИ, диспетчерской службы и т. п.
В наше время мегакомплексы начинают образовывать все более
сплоченную целостность.
Методология проектирования и конструирования 293
Проблема системного проектирования может охватывать пасса-
жирские и товарные перевозки как единый коммуникационно-
транспортный комплекс. Вход этого комплекса составляют пасса-
жиры и товары /2, выход — результат перевозок О2.
Рассматривая задачу перевозок в регионе, стране или даже
в масштабе континентов, мы замечаем необходимость рассмотре-
ния взаимосвязи различных видов транспорта: наземного, водного
и воздушного. В этих условиях задача создания автобуса может
усложниться еще больше. В итоге его конструкция и действие ока-
зываются логическим следствием факторов, охваченных сферой
мегакомплексов, имеющих особенности 7з, Оз-
12.6. Часть и целое как проблема проектирования
Человечество представляет собой очень малую частицу Вселен-
ной, но частицу мыслящую и влияющую на форму и содержание
доступных нам областей.
Проблема части и целого не всегда оценивается должным об-
разом. Тем не менее проектировщики и конструкторы, создающие
технические средства, все яснее осознают и представляют себе тот
факт, что любое действие и любой материальный объект, которым
они пользуются в своей деятельности, — это лишь то, из чего
складывается большая целостность. К этим большим целостностям
относятся сложные процессы и упорядоченные материальные сово-
купности.
Почти все может быть подвергнуто усовершенствованию.
Правильно утверждение, что человечество является субъектом
дальнейшего процесса эволюции (Пьер де Шарден, 1881—
1955 гг.) — оно имеет возможность влиять на изменяющийся облик
мира. В огромной целостности, которая, в сущности, не может быть
объята человеческой деятельностью, люди вычленяют то, что соот-
ветствует их интересам.
Разве незаметно отсутствие гармонии на нашей планете? В од-
ной ее части развиваются общества продуктивно-потребительского
благополучия, а в другой существуют общества, находящиеся на
уровне нищеты. Утверждение, что это не должно интересовать
всех, — злонамеренное или близорукое. Без осознания недостатков
общественной жизни не имеют смысла усилия, направленные иа
совершенствование нашей технической деятельности. Возросшая
эффективность этой деятельности может быть использована и
в разрушительных целях.
294
Глава 12
Не только «как», но и «правильно ли», «зачем» и «почему»
делается — это важнейшие вопросы!
Различные «недоразумения» в направлении капиталовложений
по инженерной либо неинженерной вине — это достаточно часто
наблюдаемый факт. Одной из существенных причин этого является
частное проектирование.
В проблеме системного проектирования можно выделить три
задачи:
О установление целого;
О определение части этого целого;
О определение связей между частью и целым.
Проблема части и целого имеет важное значение, ставшее осо-
бенно очевидным в наше время.
В этой сложной проблеме проявляется специфическая особен-
ность — относительность целого и относительность части.
Для естествоиспытателя, например, абсолютной целостностью
представляется космос. С практических позиций было бы абсурдно
для каждой технической задачи определять свойства космоса и их
отношения к тому, что должно составлять решение возникшей
технической задачи. Тем не менее существенные целостности мо-
гут иметь большие размеры.
Интуитивное понимание целостности благоприятствует действию,
но само практическое действие требует метода.
С помощью рис. 12.8 проиллюстрируем методический подход
к проблеме части и целого:
О прежде всего следует рассмотреть все то, что может быть
существенным, т. е. связь с объектом технической задачи (/) —это
исключительно важная, но трудная проблема принадлежности
к целому;
О затем нужно определить часть, на которую будет направле-
но действие (//);
. О в заключение нужно установить связи, существующие между
частью и целым, что должно прежде всего основываться на опре-
делении величин как особенностей части в отношении к целому
(III), т. е. установить критерии (гл. 9).
Внешнее не должно заслонять сложность и глубину действитель-
ности.
Методология проектирования и конструирования
295
Проблема вычленения части из целого и целого из еще боль-
шей целостности проста лишь внешне. Кажущаяся внешняя про-
стота исчезает в процессе анализа, методы которого здесь рассмат-
риваются.
В отношении технических средств, которые могут входить в раз-
личные мегакомплексы, можно в качестве критерия вычленения
Рис. 12.8. Модель проблемы части и целого.
выдвинуть определенную специфическую особенность материаль-
ных комплексов — способность быть элементом. Элемент — это
комплекс, который может участвовать в различных комплексах
более высокого ранга без изменения своих свойств, допуская лишь
изменения особенностей с точки зрения свойств и особенностей
целостности, т. е. более сложного комплекса, в который он входит.
Способность быть элементом реализуется в тем большей степени,
чем меньше связей существует между элементом и сложным комп-
лексом.
Минимизация числа связей может быть основой вычленения
части из целого.
Пока трудно судить, сколько различных методов могут состав-
лять операционную основу системного проектирования. Существен-
ный смысл этой совокупности технических действий мы рассмотре-
ли в решении проблемы части и целого. Выделение части из целого
может основываться на различении подсистем с соответствую-
щим числом внешних связей и при желаемом числе внутренних
связей, поскольку очевидно, что чем меньше число внешних свя-
зей (между подсистемами), тем в меньшей степени изменения
в одной из подсистем влияют на изменения в остальных подсисте-
мах.
'IM
Глава 12
Понятие системы упрощает определение связей как отношений.
12.6.1. Проблема целого
Соответствующее расчленение технических мегакомплексов со-
ставляет одну из основных задач проектирования действий и тех-
нических средств.
Создание технических мегакомплексов на основе частного про-
ектирования происходило главным образом путем постепенного
прибавления одних технических средств к другим. Рост некоторых
комплексов чаще всего был связан с произвольным расчленением
мегакомплексов в соответствии с частными интересами, а порою
даже только под влиянием моды и амбиций.
Осознание существенности сопоставления части и целого соз-
дает совершенно новые интеллектуальные и психологические усло-
вия — прежде всего условия, касающиеся новых способов опреде-
ления потребности, на что обращено внимание в гл. 9 и чему мы
еще посвятим гл. 14.
Труд по расширению поля видения всегда оправдан.
В нашем понимании важнейшим методологическим принципом
является расширение поля видения (рис. 12.9); именно на этом
Рис. 12.9. Расширение поля видения.
было основано решение задачи создания нового автобуса
(рис. 12.7). Расширение этого поля мы противопоставляем част-
ным точкам зрения. Очевидно, что факторами, ограничивающими
Методология проектирования и конструирования
297
действие, являются пространство и время, а также наши практиче-
ские общественные и индивидуальные возможности. Только в де-
лах, не затрагивающих пространство и время, предел нашего поля
видения не ограничен1).
Техническое проектирование тесно связано с материальными
ограничениями.
В зависимости от значения технического средства в задаче его
проектирования учитываются мегакомплексы разного уровня, что
Рис. 12.10. Модель задачи определения относительной целостности.
определяется степенью взаимодействия элементов внешнего и рас-
сматриваемого мегакомплексов. На рис. 12.10 представлена модель
задачи определения относительной целостности в самом общем по-
нимании. Модель тесно связана с тем, что представлено на
рис. 12.8. Штриховая линия образует границу области относитель-
ной целостности. Прямоугольник обозначает объект проектирова-
ния. Стрелки характеризуют взаимные воздействия рассматривае-
мого объекта, технического средства Т и мегакомплекса MU.
Выделенный комплекс должен быть тем, что имеет значение для
проектируемого технического средства, и тем, для чего это сред-
ство само может иметь значение.
Область значимого взаимодействия части и целого можно опре-
делить на основе следующих критериев:
О границы области должны охватывать те элементы, воздей-
ствие которых на проектируемый комплекс (MU Т) не равно
нулю (=/=0);
” Такие дела очень трудно представить. — Прим, ред.
298
Глава 12
О вне этой области значение действия проектируемого комп-
лекса (ЛШи '/) должно быть соответственно малым (—И)).
Следует отметить, что при капиталистическом строе такого
рода подход трактуется, скорее всего, как непрактичная идеали-
зация. Вместо него используется подход, руководствующийся сле-
дующими соображениями:
ф удастся ли продать проектируемое изделие?
ф сколько удастся заработать на производстве и продаже?
Это в конечном счете только выражение стремления к приумно-
жению капитала.
Основы наших социально-экономических отношений способст-
вуют тому, чтобы не повторялись ошибки частного подхода. Вме-
сто принципа «хорошо купить — хорошо продать» мы должны
стремиться к реализации принципа удовлетворения потребностей
при разумном использовании сырья и оптимальном использовании
сил и средств производства.
12.7. Разнородность процессов проектирования
и конструирования
Различение и выделение в науке проектирования и конструиро-
вания -имеет не только познавательное, но и операционное значение.
Методологическими проблемами в науке проектирования и кон-
струирования являются:
ф типы объектов проектно-конструкторских действий;
ф типы проектно-конструкторских действий.
Здесь мы различаем два основных типа действий — проектиро-
вание и конструирование (рис. 1.1 и 3.11). В этом разделе они
рассматриваются более подробно. Воспользуемся методом полного
охвата, заимствуя модель, которую применили Д. Галфорд,
а также Ф. Цвик при описании того, что называют морфологиче-
ским. методом.
12.7.1. Предпосылки поля видения
Значение поля видения состоит прежде всего в уменьшении ро-
ли случайности.
Поле видения всегда в значительной мере создается нами не-
зависимо от того, относится ли это поле к уже существующей
материальной действительности или к действительности потенци-
альной, т. е. находящейся в сфере абстракции. С этой точки зре-
ния оправданно то, что уже в названии цитируемой книги Ф. Цви-
Методология проектирования и конструирования
299
ка вводится понятие морфологии образа мира, а не морфологии
мира.
Сущностью процесса удовлетворения потребностей является
эффективное действие. Необходимость выявления потребности
проектирования, конструирования, изготовления и эксплуатации
всегда вызывает соответствующие действия. На рис. 12.11 приведен
знак X, характеризующий совокупность факторов и условий дейст-
вия (т. е. операторов).
Методическое расширение поля видения позволяет добиться
желаемой полноты охвата.
Поле видения мы создаем из различных возможных комбина-
ций следующих факторов:
ОХ — оператор деятельности, определяемый прежде всего си-
стемой или ее элементом, а также свойствами изделий как техни-
ческих средств; следовательно, конструкция — это все то, что
в сфере проектирования и конструирования разрабатывается с
целью реализовать желаемое действие; мы различаем оператор
действий с замыслами Хи и действий с изделиями Xw;
О Iw и Ow — входы и выходы технического средства;
О И и Ои — входы и выходы проектирования и конструирова-
ния, как и вообще проектно-конструкторского процесса.
Рассмотрим основы связи названных величин, которую запи-
шем в виде
Л 0и Л Хи <==> Iw Л 0w д Xw.
(12.1)
Действия в области абстракций и в области конкретностей явля-
ются творческими особенностями нашего интеллекта.
Таким образом, мы указываем на тесную связь между видом
и объектом действия. Двойной знак импликации указывает на
двустороннюю связь:
ф если существует проектно-конструкторское действие, харак-
теристиками которого являются 1и, Ои и Ха, то следует ожидать
создания технического средства с характеристиками Iw, Ош и Xw',
ф если существует техническое средство с характеристиками
Iw, Ош и Xw, то можно ожидать проектно-конструкторского дейст-
вия, имеющего характеристики 1и, Ои и Хи.
Разнородность проектирования и конструирования вытекает из
различных творческих и операционных возможностей. Среди них
можно выделить следующие:
ф — использование одного из многих известных решений;
300
Глава 12
ф Z> — использование единственного известного решения;
ф Zp — поиск возможного решения.
Z => / V о v X. (12.2)
При таких предпосылках наше поле видения действий с изде-
лиями и замыслами составляет 27=33 видов действий. Системати-
ческое определение каждой из 27 возможностей упрощает модель
ЦД Ис/тые (р)
Рис. 12.11. Возможные комбинации входов 1, выходов О и операторов X.
Единственная
известная (J)
Различные
известные (г)
обобщенных случаев, приведенную на рис. 12.11. Три взаимно пер-
пендикулярные оси определяют направления входа I, выхода О и
оператора X. Так в абстрактной форме можно представить дейст-
вия с изделиями и действия с замыслами. Каждый из 27 кубиков
соответствует одному из возможных случаев. Для примера приве-
дем характеристики пронумерованных кубиков:
1— lPQPXi\ 2—ПОРЯ; Z—UOiXi.
На этом мы закончим краткое описание метода и примера его
использования.
12.7.2. Виды действий с изделиями
В представленном ниже обзоре возможных видов действий
с изделиями мы опустим те, практическое значение которых мы не
определяли. Оставшиеся виды:
Однозначное действие технического средства для точ-
но определенного входа и однозначного выхода. Это может быть
характеристика, например, автомата, выдающего железнодорож-
ные билеты определенного назначения, или действия человека-опе-
ратора, который должен поступать по строго определенной иист-
Методология проектирования и конструирования 301
рукции. Это также пример технического средства, не являющегося
объектом проектно-конструкторского процесса, поскольку для него
точно определен оператор (Xw), а следовательно, оно существует
как изделие. Изделия этого вида могут быть только чем-то уже
заданным, а не искомым.
Анализ различных известных пар входов и выходов
технического средства с точно определенным действием Xw. В ка-
честве примера можно назвать исследование различных возмож-
ностей мельницы какой-либо определенной конструкции.
IfippX^. Аналогично предыдущему, но кроме анализа извест-
ных возможных пар проводится поиск новых входов и выходов.
I{OfaX^. Выбор из различных известных технических средств
при определенных входах и выходах. Таким образом осущест-
вляется проектирование операций обработки, транспортировки
и т. п.
Выбор из различных известных технических средств
с точки зрения различных известных входов при определенном
выходе.
Случай, аналогичный предыдущему. Выбор из раз-
личных известных технических средств в целях отыскания извест-
ных возможных выходов при определенном входе.
lfw0’wXw- Понск новых входов для различных известных техни-
ческих средств, обеспечивающих получение одного и того же вы-
хода. Пример—производство электрической энергии при исполь-
зовании различных генераторов и приводных двигателей, исследо-
вание новых видов топлив.
I'„OpwX'w. Аналогия с предыдущим с позиций анализа возмож-
ностей использования различных известных технических средств.
Типичный пример анализа возможностей использова-
ния известных технических средств. Проблема комплексного рас-
смотрения различных известных применений.
^uPL^w Типичные примеры проектно-конструкторских дей-
Ti О' Хр ™Й’ В каждой из четырех комбинаций отыскивают-
‘Juw ся конструкции нового технического средства для оп-
1'01 Х? ределенных пар вход —выход, одного входа и раз-
личных известных выходов, различных известных вхо-
WX Д°в и одного известного выхода, а также для различ-
ных известных входов и выходов.
' IfuPwXw Четыре примера проектно-конструкторских дейст-
IpOI Хр В™’ В котоРЬ1х отыскиваются входы, выходы или вхо-
u'w ды и выходы. Сюда относятся случаи перспективных
1'ОрХр разработок, требующих наиболее развитых методов
проектирования и конструирования, например про-
гнозирование новых потребностей или исследование
способов эффективного использования запасов сырья.
302
Глава 12
Определение типа объекта проектирования составляет основу
четкого разделения процессов проектирования и конструирования.
Например, использование известных технических средств без из-
менения их свойств является объектом проектирования, а создание
нового технического средства требует проектирования и конструи-
рования. Последний случай мы называем проектно-конструктор-
ским процессом.
12.7.3. Виды действий с замыслами
В поле видения, установленном с помощью метода, описанного
в разд. 12.7.1, выделены действия, среди которых особого внимания
заслуживают следующие:
® Действие, основанное на отборе готовой информа-
ции О1и (проектной или конструкторской) с позиций установления
потребности, информация о которой содержится во входе Ди. Это
действие имеет в основе оператор Х!и, определенный инструкцией.
Практически это чаще всего сводится к отбору проектной или кон-
структорской документации, доступной в хорошо организованных
проектно-конструкторских институтах. Действие стереотипное.
• Действие, основанное на четко определенном пред-
писании Xfu процедур, направленных на подготовку информации О'и
(проектной или конструкторской), с возможностью различных ва-
риантов. Как и в описанном выше случае, известна лишь инфор-
мация Ifa о потребности, составляющая вход процесса отбора ин-
формации О'. Действие стереотипное.
Стереотипность приведенных выше действий определяется ис-
пользованием четких инструкций Х'и. Решение основано только на
утверждении, что
I’u => (12.3)
В следующей группе видов действий с замыслами существует
возможность использования различных доступных операторов Х'и.
Их использование может основываться на сведениях из литерату-
ры, либо на собственной или коллективной практике. При рацио-
нальной деятельности стремятся оперировать набором эвристиче-
ских методов и логических или математических алгоритмов. Роль
личностного фактора проявляется в выборе соответствующих набо-
ров рекомендаций и методов.
ф Входной информацией Да служит однозначное опи-
сание потребностей и способов их удовлетворения. С использова-
нием различных известных способов проектирования или конструи-
рования Х'и в проект закладывается применение известных техни-
Методология проектирования и конструирования 303
ческих средств или конструкторских решений. Различные операто-
ры X? действия ведут к различной хотя и стереотипной операцион-
ной информации О'и.
^iPu^u • ® В этой группе действий во внимание принимаются
различные варианты проектно-конструкторских предпосылок 1ти.
Этот фактор увеличивает возможности получения оптимального
проекта или оптимальной конструкции, основанных, однако, на
известных решениях.
Два последних случая соответствуют исполнительским дейст-
виям. Подобно первому и второму видам действий, указанным
в данном разделе и ^О^п) > такой вид действий находит
мотивировку в экономическом обосновании. Однако можно конста-
тировать, что исполнительские действия часто занимают неоправ-
данно много места, что тормозит процесс создания новых систем и
конструкций.
Ниже приведены примеры творческих действий с замыслами.
Действия этого рода характеризуются поиском чего-либо, что еще
не известно, с чем связана большая доля воображения и как след-
ствие — риска.
® Различные, но также известные способы проек-
/г ОрХг ТИ|Р0ВанИЯ и конструирования — операторы Х'и. Отно-
“ “ “ сительно простым действием этого вида может быть
поиск новых входов и выходов О£для известного технического
средства, информацию о котором составляет вход Уи процесса
проектирования. Объектом действия может быть конструкция тех-
нического средства; при этом 0% представляет собой операционную
конструкторскую информацию. Примером может служить создание
нового технического средства, которое должно удовлетворить раз-
личные установленные потребности.
® Вид действий, имеющих целью создание совершен-
но новых технических средств и благодаря этому выявление новых
потребностей. Такие действия связаны с использованием сущест-
вующего проектно-конструкторского потенциала и относятся к ап-
парату изобретательских действий.
ZuOuXp. • Действия этого вида представляют собой обоб-
щение всех остальных теоретически возможных видов действий,
в которых выступает новый искомый оператор проектно-конст-
рукторского процесса. Этот вид действий имеет целью исследова-
ние новых методов проектирования и конструирования. Такие дей-
ствия представляют собой объект исследований науки техниче-
ского творчества. Субъектом этих действий могут быть научные
работники, проектировщики и конструкторы, которые в своей
практике предпринимают исследования, основанные на научных
методах. i ;
304
Глава 12
Поиск новых операторов проектирования и конструирования
базируется главным образом на формулировании методов. Основы
поисков и исследований в этой области рассмотрены в разд. 12.1.
12.7.4. Типовые действия с замыслами
Выполненный обзор возможных действий с замыслами позво-
ляет выделить два вида действий:
ф исполнительские (стереотипные) действия;
ф творческие (поисковые) действия.
Различие между творческим и поисковым дейст-
виями вытекает из сущности творческого процесса.
Не каждая концепция, даже принципиально новая,
возникает в результате творческой деятельности, по-
может быть получена в результате поисков на основе
существующих методов, которые в силу своих правил могут при-
вести к получению нового решения конструкторской задачи. В та-
ком случае творческим действием будет недетерминированный вы-
бор эффективного метода.
и ии
I' О' X'
и и и
I/ ОрХт
и и и
I' ОРХ'
и и и
скольку она
Конструирования в чистом виде не существует, ему всегда пред-
шествует проектирование.
Критерием выделения типовых действий служат виды входов 1и
и выходов Ои, а также виды операторов Хи (табл. 12.1). В отно-
шении Хи принято обобщенное определение вида—процесс проек-
тирования рг и процесс конструирования ks, которые имеют дело
с замыслами. Одновременно может быть выполнено определенное
обобщение путем опускания обозначений разных входов I, выхо-
дов О и операторов X. Выделенные типы можно описать следую-
щим образом:
Таблица 12.1
Типы действий с замыслами
4 °и
xw !w/\Ow pr 1
I w /\ xw pr 2
Ow /\ pr 3
4 Qu /\ pr 4
4 /\б)а x№ pr/\ks 5
Методология проектирования и конструирования
305
1. Проектирование рг. Цель его состоит в новом использовании
известного технического средства с характеристиками Xw. Инфор-
мация об этих характеристиках и составляет вход 1и проектирова-
ния рг. Результатом рг является выход Ои, который представляет
собой информацию о новом способе использования рассматривае-
мого средства — использование может быть основано на входе
и выходе Ow.
Главную роль играет проектно-конструкторский процесс.
2. Проектирование рг. Его цель состоит в выборе соответствую-
щего технического средства с характеристиками Х№, обеспечиваю-
щими осуществление процесса со входом Iw и выходом Ow, инфор-
мация о которых образует вход 1и. Выходом проектирования рг
является Xw, т. е. информация, определяющая использование тех-
нического средства известной конструкции. В случае отсутствия та-
кого средства этот тип действий с замыслами превращается в тип
(ргД&г).
3. Проектирование рг. Вход 1и составляет информация о по-
требности, удовлетворяемой с помощью выхода Ow, который может
быть получен при использовании технического средства со входом
Iw. В случае отсутствия такого средства действие рг преобразуется
в действие (pr/\ks).
4. Проектирование рг. Отличие от предыдущего действия за-
ключается в изменении на обратное содержания информации, со-
ставляющей вход 1и. Ею становится информация о входе Iw иско-
мого технического средства с характеристиками Xw, что позволяет
определить искомый выход Ow. Выход Ои дает информацию От
И Xw
5. Проектно-конструкторский процесс. Цель его состоит в соз-
дании конструкции нового технического средства (в случае мега-
комплексов обычно это составляющие их элементы). Входом про-
цесса является информация о входе Iw и выходе Ow как особенно-
стях технического средства. Такой вход проектно-конструкторского
процесса постепенно преобразуется во вход для конструирова-
ния — конструктивные предпосылки и концепцию Кс; существен-
ными элементами предпосылок и концепции являются описание
действия D и конструктивный вид П. Проектно-конструкторский
процесс, как действие типа 5, может предваряться проектирова-
нием типов 2, 3 и 4.
Обобщая еще более сжато разнородные действия с замыслами,
можно сказать, что:
ф действие с замыслами можно ограничить проектированием
тогда, когда его цель состоит в использовании технического сред-
ства известной конструкции;
ф в случае отсутствия желаемой конструкции проектирование
80—1147
306
Глава 12
ведет к проектно-конструкторскому процессу, который завершает-
ся созданием новой конструкции.
Попытка синтетического описания типов действий с замыслами
в отношении к действиям с изделиями представлена в табл. 12.1.
12.8. Типы проектно-конструкторского процесса
Проектно-конструкторский процесс начинается с распознавания
потребности в техническом средстве, а заканчивается созданием
конструкции.
Выше дана формулировка наиболее характерного хода действий
инженеров. После проведения анализа видов действий с замысла-
ми мы покажем возможные типы проектно-конструкторского про-
цесса. Используем метод полного охвата, выделяя необходимые и
достаточные объекты действия в проектировании и конструирова-
нии:
ф / — вход технического средства1);
ф О — выход технического средства;
ф Sm— система как основа действия технического средства;
ф Ks — конструкция как основа изготовления технического
средства.
В табл. 12.2 сведены результаты использования метода. Опи-
шем ее, пользуясь записью отношения преобразований как основы
действия в различных случаях проектно-конструкторского процес-
са: 1ц---и.
Сущность процесса основана на преобразовании информацион-
ного входа 1и в выход Ои. В проведенном анализе мы опустили
стадию определения частных деталей потребности использования
технического средства и установления критериев. Информацион-
ными элементами служат величины I, О, Sm и Ks, т. е. объекты
творческих операций.
(1) </> => <0, Sm, Ks).
Дан вход, надо определить выход, систему и конструкцию.
I — информация о первичном сырье или полуфабрикатах. Тех-
ническая задача связана с проектированием изделий О, которые
можно получить при обработке исходных материалов, а также
системы Sm как основы процесса обработки. Результат — конст-
рукция Ks необходимых технических средств.
(2) {О) => </, Sm, Ks).
Дан выход, надо определить вход, систему и конструкцию.
*> Опускаем индекс w, использованный в предыдущем разделе и в табл. 12.1
для обозначения входа н выхода технического средства.
Методология проектирования и конструирования
307"
О — информация о желаемом эффекте действия технического*
средства. Тип процесса, о котором можно сказать, что он противо-
положен типу (1).
(3) <Sm> => </, О, Ks}.
Дана система, надо определить вход, выход и конструкцию.
Sm — известная система. Проектно-конструкторская изобрета-
тельность может проявиться в концепции использования известной?
системы как теоретической основы технического процесса (напри-
мер, системы электрической машины); при этом объектом проект-
но-конструкторского процесса становится действие на основе си-
Таблица 12.2
Типы проектно-конструкторского процесса
'и № п/п °и
I О Sm Ks I о Sm Ks
4- 1 4- 4- 4-
4- 2 4- 4- 4-
4- 3 4- 4- 4-
4- 4- 4 4- 4-
+ + 5 4- -Н
4- 4- 4- 6 ч*
4- 4- 4- 4- 7 -Н
+ 4- 4- 8 4-
4- 4- 4- 9 4-
4- 10 4- 4- 4- 4-
стемы (вместе с определением входа I и выхода О машины), ш
также конструкция Ks.
(4) {Sm, Ks} => </, О}.
Даны система и конструкция, надо определить вход и выход.
Известны система Sm и конструкция Ks, а следовательно, тех-
ническое средство (например, конструкция станка); разрабаты-
вается концепция конкретного производственного процесса с опре-
делением материальных входов и выходов изделий или полуфаб-
рикатов. В сущности, это процесс проектирования.
Даны вход и выход, надо определить систему и конструкцию.
20:
308
Глава 12
(5) {I,0} => {Sm, Ks).
Вход 1 и выход О — сырье и изделие соответственно — опре-
делены при распознавании потребности в техническом средстве,
а разрабатываются система Sm и конструкция Ks.
(6) <7, О, Sm) => {Ks).
Есть проект, надо определить конструкцию.
В сущности, это переход от проектирования к конструированию.
«Известны система Sm, вход 1и и выход О; остается разработка
конструкции Ks.
(7) {I,O,Sm,Ks) => {Ks').
Улучшение и дополнение конструкции.
Процесс может сводится к:
ф улучшению конструкции Ks и превращению ее в конструк-
цию Ks';
ф введению в комплекс нового технического средства, имею-
щего конструкцию Ks'.
(8) </, Sm, Ks) => {О).
Даны система, конструкция и вход, надо определить выход;
задан выход, надо определить вход.
Это проектный процесс, который в сущности, связан последо-
вательным использованием технических средств, известных с точки
зрения системы Sm и конструкции Ks, при заданном типе входа I,
например, исследование возможностей получения различных из-
делий при заданном сырье или материалах.
(9) {О, Sm, Ks) => <7>.
Вместо входа I, выступающего в задаче (8), имеем выход О,
поэтому отыскивается вход I.
(10) {Ks) => {Sm, I, О, Ks).
Создание новых комплексов путем использования известных
конструкций обычно требует конструктивных дополнений.
Имеются конструкции Ks разнообразных технических средств.
Проектно-конструкторская задача состоит в создании системы Sm
с желаемыми входом 7 и выходом О. Действующий комплекс мо-
жет складываться из различных комбинаций технических средств
Методология проектирования и конструирования
309
известных конструкций Ks. Однако эти новые комплексы вызыва-
ют появление новых внешних структур как свойств этих компле-
ксов. Таким образом, надо определить, создается ли конструкция,
отличная от тех, которые составляют информационный вход 1и
для проектно-конструкторского процесса. Обычно использование
известных конструкций для новых комплексов технических средств
требует разработки констукций различных- приспособлений, в том
числе вспомогательных помещений.
12.9. Основные этапы и уровни абстракции
Выявление потребности, образ технического средства, знания,
представление системы, представление конструкции, операционная
разработка представлений.
На рис. 12.12 показана модель основ действий с замыслами.
Это графическая попытка синтетического представления пробле-
мы методологии проектирования и конструирования. Выше записан,
Рис. 12.12. Модель основ действий с замыслами.
возможно, слишком сжато, основной вариант последовательности
•инженерного процесса.
Активизированное сознание инженера, поддерживаемое дея-
тельностью лиц, заинтересованных проблемой удовлетворения по-
требностей, становится фактором выявления потребности.
Эвристические возможности разума вызывают образ артефак-
та: образ действия и образ технического средства Т, обеспечива-
ющего существование входа I и выхода О соответственно потреб-
ности.
310
Глава 12
Рационализированные знания усиливают осознанное или нео-
сознанное действие нашей интуиции, что приводит к созданию си-
стемы Sm, а затем и конструкции Ks.
Конструкция представляет собой абстракцию первого уровня,
система — абстракцию второго уровня.
Здесь укажем на интересную эволюцию техники, понимаемой
как знания о способах оперирования материей. Вследствие повсе-
дневного обращения изготовителей с материальным комплексом,
ми(т)
Рис. 12.13. Уровни абстракции.
который становится изделием, их сознание уясняло структурные
свойства изделий. Стало необходимым создание понятий конст-
руктивного вида и комплекса размеров. Можно считать, что с тех-
нической точки зрения это первый уровень абстракции.
Только в 50-х годах нашего столетия мы поднялись на второй
уровень абстракции в области технических действий. Началось
установление сложности путем анализа действия мегакомплексов.
Сам факт запоздалого прихода к понятию «система» как свой-
ству сложных целостностей указывает на необходимость преодо-
ления больших трудностей при определении этого свойства.
Рис. 12.13 иллюстрирует уровни абстракции — области конст-
рукции Ks и системы Sm как логических следствий потребности Р,
для удовлетворения которой необходимо создание или существо-
вание технического мегакомплекса MU, машины или помещения Т.
Характерная черта творческой деятельности — разнородность
проблемных ситуаций.
Методология проектирования и конструирования
311
Воспользуемся рис. 12.13 для выполнения еще одного анализа
технических действий. Определим отношения между элементами,
которые представлены на этом рисунке. Выделим виды проблем,
проявляющихся в связи с использованием и созданием техниче-
ских средств (мегакомплексов).
MU—*Р— исследование возможности использования сущест-
вующего мегакомплекса для различных потребностей;
MU—— определение системы путем исследования сущест-
вующего мегакомплекса как действующего комплекса технических
средств;
Т—*~Ks— определение конструкции путем исследования техни-
ческого средства;
Sm—*~MU—поиск технического мегакомплекса, соответствую-
щего известной системе;
Ks—уР — исследование возможности удовлетворения потребно-
сти путем использования известной конструкции;
Ks—— исследование целесообразности изготовления техни-
ческого средства на основе известной конструкции;
Р—уТ — исследование возможностей использования различных
существующих технических средств для удовлетворения установ-
ленной потребности [логическая противоположность в отношении
(3) из разд. 12.8];
Ks—^Sm — исследование возможности использования извест-
ной конструкции как логического следствия созданных систем;
Р—*~Ks— создание конструкции на основе частного подхода к
решению проблемы удовлетворения установленной потребности;
Р—>Sm— проектирование системы технического средства, со-
ответствующего установленной потребности;
Sm—>-Ks — создание конструкции на основе известной си-
стемы.
Читатель обратит внимание, что представленный перечень тех-
нических действий получен в результате использования метода
полного охвата, доказательством чего служит табл. 12.3.
Чем лучше мы познаем всю полноту действительности, устанав-
ливая ее сущностные свойства и особенности, тем увереннее мы
творим.
Выделенные этапы технических действий можно разделить на
две группы в зависимости от их принадлежности к:
ф познавательному процессу;
• творческому процессу.
Граф на рис. 12.14 — еще одна запись анализируемых связей
между мегакомплексом MU (или техническим средством Т), кон-
струкцией Ks, системой Sm и потребностью Р1>. Использование
1> Номера соответствуют очередности отношений в табл. 12.3.
312
Глава 12
Таблица 12.3
Матрица последовательности технических действий
р Sm Ks ми т
р и 10 8
Sm 5 12 4
Ks 6 9 7
MU
Т 1 2 3
этого графа позволяет проиллюстрировать упомянутые два вида
процессов. Эти процессы создают диалектическое единство. Вве-
денное различие не должно быть причиной их произвольного обо-
собления.
Методологической ошибкой было бы предпочтительное внима-
ние к творчеству без соответствующего акцента на познание. Ана*
Рис. 12.14. Граф этапов познавательного и творческого процессов.
лиз различных отношений между понятиями, имеющими осново-
полагающее значение в технической деятельности, выявил важ-
ные особенности познания и творчества в инженерном деле.
12.10. Нелинейность проектно-конструкторского
процесса
В предыдущих разделах мы обратили внимание на то, что твор-
ческий процесс носит характер последовательных приближений.
Даже при использовании ЭВМ нельзя разрешить различные не-
посредственные задачи без использования приближений, включа-
ющих обратные связи. В творческом процессе следуют друг за
другом:
Методология проектирования и конструирования 313
О возвраты к предыдущим операциям;
О отходы в сторону, вызванные рассмотрением различных во-
просов, имеющих действительную или формальную связь с ос-
новной задачей.
Деятельность нашего мозга необычайно сложна, и она опровер-
гает линейность.
Попытки формализации деятельности проектировщиков и кон-
структоров и навязывания им строгой программы действий шаг
а
Рис. 12.15. Отношения между разработкой концепции kc и конструированием ks.
за шагом в общем вредны. Намечать действия шаг за шагом —
это применимо к ЭВМ. Мы стремимся уподобить действие инфор-
мационных машин действию нашего мозга — это разумно. Но пе-
чальной ошибкой было бы уподобление нашей деятельности функ-
ционированию машины.
Проблему нелинейности проектно-конструкторского процесса
иллюстрирует рис. 12.15. На нем представлено отношение между
разработкой концепции kc и конструированием ks.
Творческая деятельность характеризуется переплетением опера-
ций различного рода.
Только для очень простых конструкторских задач — при завер-
шающей разработке деталей машин — возможна прямая последо-
вательность, модель которой представлена на рис. 12.15, а. Более
вероятен процесс, модель которого дана на рис. 12.15,5: частич-
ное совмещение разработки концепции kc и конструирования ks,
т. е. подбор основных конструктивных характеристик, сопровож-
дающийся уточнением концепции.
Наиболее вероятен процесс, модель которой представлена на
рис. 12.15, в.
314
Глава 12
12.11. Предпосылки методов проектирования
и конструирования
Разнородность методов всегда желательна, поскольку она яв-
ляется условием развития.
Необходимо исключить стремление к одному методу как осно-
ве действия. Методы проектирования и конструирования, их созда-
ние и использование зависят от очень многих обстоятельств. Од-
нако путем исследования проблем методологии можно определить
предпосылки выбора или формулирования способа действия.
Пользуясь результатами обсуждений данной главы, сформулируем
перечень действий, создающих предпосылки методов проектирова-
ния и конструирования:
О создание поля видения для данной потребности соответст-
венно необходимости выявления потребности и степени ее опреде-
ления;
О выявление задач, которые необходимо решить в связи с
обеспечением удовлетворения потребности;
О составление перечня заранее известных или вероятных
проблем и подпроблем;
О определение логических связей между элементами созданно-
го таким образом поля видения и постепенное уточнение совокуп-
ности величин, характеризующих удовлетворение потребности.
В этой книге рассмотрены:
ф проблемы установления потребностей;
ф методы проектирования и конструирования.
13. АРТЕФАКТ В СИСТЕМНОМ
ПРОЕКТИРОВАНИИ
13.0. Введение
Техносфера складывается из технических артефактов.
Ввиду большого значения технических артефактов для нашего
времени этой проблеме посвящена отдельная глава, хотя в мето-
дологии науки проектирования и конструирования она находится
на втором плане.
Технический артефакт — это техническое средство и его дей-
ствие, или, другими словами, явление, вызываемое потребностью
и реализующееся в результате творческих и производственных
действий. Значение понятия артефакта основано на определении
действий, рассматриваемых во времени и пространстве. При та-
ком подходе особое значение приобретают особенности артефакта,
т. е. всевозможные воздействия на техносферу и биосферу, вызы-
ваемые косвенно или непосредственно функционированием техни-
ческого средства, т. е. действиями на основе энергии, массы и ин-
формации.
13.1. Ответственность за артефакты
Артефакт занимает существенное место в общей проблеме
экосферы.
Частное проектирование ведет к созданию конструкций техни-
ческих средств без учета всех возможных последствий их сущест-
вования. Наиболее опасным результатом частного проектирова-
ния стала угроза экосфере. Эта опасность заставила обратить вни-
мание на то, что экосферу необходимо рассматривать целостно и
комплексно, в связи с чем артефакт сделался важной проблемой
системного проектирования.
Требования существования и развития человеческого общест-
ва создают тесные границы (рис. 13.1), в которых человек дол-
жен умещаться. Общество ответственно за результаты этих огра-
ничений и за сами ограничения. Однако необходимо осознавать
и вполне отдавать себе отчет в том, что в некоторых конкретных
обстоятельствах нет практических решений, исключающих отри-
316
Глава 13
дательное влияние технических средств. При оптимизации техни-
ческих средств достигается предел возможности удовлетворения
критериев, которые были справедливо приняты за основу оценки.
Выявление и определение всевозможных критериев как логиче-
ского следствия хорошо исследованной потребности имеет более
важное значение, чем возможность их выполнения, поскольку
Инженеры
Остальная часть
человеческого общества
Рис. 13.1. Область ответственности
инженера.
адекватный комплекс критериев позволяет оценить недостатки ар-
тефактов. Отчетливое представление всех этих вопросов служит
существенным фактором прогресса.
Прежде всего критерии, а затем исследование возможностей
их выполнения.
Оценка на основе верных, т. е. социально признанных, крите-
риев обязывает проектировщиков к передаче соответствующей ин-
формации (см. рис. 13.1) другим соисполнителям, также от-
ветственным за состояние техносферы и экосферы. Инженеры
должны установить все нежелательные явления, вызываемые дей-
ствием технического средства, которое должно быть создано как
следствие проектирования рг и конструирования ks. Таким обра-
зом, все более высоким долгом инженера становится определение
(на основе исследований и анализа) всех последствий, причиной
которых может стать артефакт как новый компонент техносферы.
Высокая квалификация, широкий кругозор и добросовестность—
главные качества инженера, имеющие социальное значение.
Основной постулат системного проектирования состоит в том,,
что техносфера имеет смысл и значение лишь как средство обес-
печения развития человека в условиях жизни общества.
Артефакт в системном проектировании
317
13.2. Существование артефакта во времени
Характеристикой артефакта является его протяженность в про-
странстве и во времени.
Представленная на рис. 2.1 модель прежде всего показывает
проблему существования артефакта в пространстве. В зависимо-
сти от значимости действия технического средства область его
влияния в объеме экосферы различна. Однако это влияние про-
является также и во времени. Воздействие того, что сделает ин-
женер, на биосферу может проявиться и по истечении долгого
времени1).
Мы различаем действительное и потенциальное существование-
технического средства.
Системное понимание артефакта должно учитывать:
ф действительное существование технического средства;
ф потенциальное существование изделия, а впоследствии тех-
нического средства и его действия.
Потенциальное существование материального комплекса — эта-
замысел проектировщика и конструктора и его результаты, т. е.
система и конструкция. Создание этих абстракций, определяющих
потенциальное существование артефактов, происходит во времени,
которое должно быть использовано так, чтобы можно было с же-
лаемой полнотой и уверенностью предвидеть историю существова-
ния артефакта.
Историю существования артефакта, понятийно сниженного до
изделия, можно разделить на три стадии:
О изготовление;
О функционирование изделия как технического средства;
О ликвидация изделия как технического средства.
Создание, функционирование и ликвидация — это и есть история?
изделия.
Непосредственные наблюдения в области экономики, а также
значительная литература по этой теме позволяют утверждать, что
в творческой технической деятельности проблемы существования
артефакта в функции времени разрешаются следующим образом:
*> Например, производство хлора для нужд изготовления пластмасс вызывав®
со временем наличие ртути в рыбе (см. стр. 193).
318
Глава 13
ф наиболее полно решаются проблемы изготовления — здесь
стремятся к однозначности конструкции, составляющей основу из-
готовления, и к однозначности технического контроля как гаран-
тии качества изготовления;
ф функционирование технического средства относительно пол-
-но рассматривается как его собственное действие, а следователь-
но, как отношение преобразований; менее тщательно изучаются
проблемы действия технического средства в экологическом комп-
лексе;
ф в настоящее время недооценивается проблема ликвидации
артефактов — это особенно трудная проблема исключения техни-
ческого средства из сферы удовлетворения потребностей, по воз-
можности, с максимальной пользой.
13.3. Вопросы системного проектирования
Мы вновь возвращаемся к проблеме противопоставления точки
зрения и поля видения.
Системное понимание артефакта — это также проблема полно-
ты охвата, которая решается путем выяснения следующих вопро-
сов:
О Чем обусловлены те изменения в действии комплекса техни-
ческих средств, которые стали объектом проектирования?
О Какие изменения важны с позиций непосредственного удов-
летворения потребностей?
О Какое социально-экономическое значение имеет изготовле-
ние нового технического средства?
О Связаны ли желаемые изменения с одновременным появле-
нием отрицательных изменений — антипотребностей (разд. 9.5.10)?
О Рассмотрены ли альтернативные проектные концепции и ре-
шения, благодаря чему уменьшается вероятность появления слу-
чайных отрицательных изменений?
О Достаточно ли подробно и объективно проведен проектный
.анализ, с тем чтобы проект отвечал оптимальным решениям, при-
нятым на основе критерия социально-технической адекватности?
Кто умеет ставить вопросы, тот получает больше сведений опе-
рационного значения.
О Не вызывает ли процесс изготовления спроектированного и
сконструированного технического средства вредных побочных эф-
фектов?
О Насколько полно при проектировании учтены критерии целе-
сообразности создания изделия?
Артефакт в системном проектировании
319“
О В какой мере учтены факторы социально-технической адек-
ватности, проявляющиеся во время транспортировки и эксплуата-
ционного обслуживания технического средства?
Каждый перечень вопросов должен охватывать проблему в це-
лом, но он должен постоянно расширяться за счет детализации.
О Рассмотрены ли все возможные применения технического
средства в других обстоятельствах по отношению к принятым в
проектировании и конструировании?
О Рассмотрена ли (и в какой мере) возможность использова-
ния деталей и частей ликвидируемого средства в качестве вторич-
ного сырья?
О Использованы ли (и в какой мере) информационные, мас-
совые и энергетические системы как основы действия комплекса,,
в котором участвует техническое средство данного артефакта?
Возрастание числа вопросов способствует полноте охвата. Осо-
бенно следует добиваться увеличения числа вопросов, связанных
с рассмотрением остатков после артефакта.
Опасность катастрофы нашей цивилизации тем меньше, чем пол-
нее мы замкнем круговорот материи, который уменьшает опасное
рассеивание отбросов.
Для изготовления технических средств необходимы запасы ма-
терии. Неэффективное использование материи в итоге приведет
человечество к катастрофическим последствиям. Возможности ис-
пользования материи постепенно уменьшаются, так как существу-
ет явление возрастания энтропии. Рассеивание материи приводит
к уменьшению ее разнообразия с точки зрения структуры. Совре-
менные процессы производства и эксплуатации способствуют не-
обратимому смешению видов материи, например рассеяние желе-
за и некоторых других металлов, вызываемое коррозией, — про-
цесс фактически необратимый. Особенно непростительно в наше
время рассеяние энергии, что становится причиной многих эколо-
гических и экономических трудностей.
Кругооборот массы и энергии заслуживает пристального вни-
мания, однако с ним связана также проблема кругооборота ин-
формации.
13.4. Модель кругооборота информации,
массы и энергии
Для существования артефактов необходимо непрерывное дви-
жение информации и материи.
320
Глава 13
На рис. 13.2 представлена упрощенная модель кругооборота
информации, массы и энергии. Эта модель способствует привле-
чению внимания к подробностям истории существования техниче-
ского средства как искусственного материального комплекса.
Создание, изготовление, эксплуатация и ликвидация артефак-
тов вызывают движение информации I, энергии е и массы т.
Идеалом такого движения был бы замкнутый кругооборот без по-
Арте- ’
\шакты)
Рис. 13.2. Модель кругооборо-
та информации I, энергии е и
массы т.
терь. Однако возможность существования идеального кругооборота
противоречит законам природы; точнее всего это определено в об-
ласти термодинамики представлением о постоянно возрастающей
энтропии.
Системный подход к проблеме артефакта должен принимать
во внимание:
ф приток информации, энергии и массы в событиях, составля-
аощих историю существования артефакта;
ф сырье и энергию;
ф вторичное сырье как противоположность отбросам;
ф необходимость ограничений;
ф значение информации.
13.4.1. Значение притока информации,
массы и энергии в истории существования артефакта
Многое делается для того, чтобы открыть новые источники ма-
терии, энергии и информации.
В истории существования артефакта наибольшее значение име-
ет информация I, получаемая благодаря создателям и изготовите-
Артефакт в системном проектировании 321
лям технических средств. В наше время и в будушем главная роль
принадлежит информации, вырабатываемой создателями систем.
Они будут определять содержание и функционирование техносфе-
ры как важного компонента экосферы. Окружающий мир служит
основным источником информации А (рис. 13.2). Одновременно че-
ловечество создает огромные фонды записей коммуникатов, обра-
зующие источник научных и практических знаний. Это в первую
очередь различные публикации, кропотливо собираемые в общест-
венных и частных библиотеках.
Использование потока информации 1 позволяет распознавать
потребности и формулировать основы рационального расходова-
ния массы т. Проект и запись конструкции вызывают в процессе
изготовления поток массы 2, который включается в историю су-
ществования артефакта.
Вызвав потоки массы и энергии, мы отчасти находимся в поло-
жении волшебника-недоучки.
Существование и создание артефактов связано с использова-
нием энергии е. Мы постоянно расходуем поток энергии 3 на себя
и различные созданные нами функционирующие комплексы, а так-
же растения и животных, которых мы разводим в искусственных
условиях. В связи с этим все более отчетливо вырисовывается
проблема уменьшения потоков массы 4 и энергии 7, рассеиваю-
щихся вследствие расточительности.
13.4.2. Вопросы использования сырья
Рассеяние массы становится опасным.
Использование массы m в форме различного сырья 2 сопро-
вождается ее рассеянием 4 (рис. 13.2). Типичные примеры это-
го— добыча полезных ископаемых и лесозаготовки. Пример умень-
шения результатов рассеяния 4 — рекультивация выработанных
рудников и шахтных терриконов.
Проблема вторичного сырья становится существенной в проек-
тировании техносферы.
Очень сложные технические проблемы связаны с потоком ре-
циркуляции массы вторичного сырья 5. Металлический лом, битое
стекло теоретически не создают проблем. Существенных усилий
технического творчества требуют задачи рециркуляции разных
полиамидов и полихлоридов. Мы знаем о бактериях, которые мо-
гут «пожирать» пластмассы, но известны ли нам результаты раз-
21—1147
322
Глава 13
множения таких бактерий, которые вследствие биологических из-
менений, вызванных «кормом» такого рода, могут получить нео-
жиданные свойства. Проблемой становится использование авто-
мобильных покрышек, упаковки и даже обычного домашнего му-
сора.
Косвенный или непосредственный эффект современного произ-
водства — загрязнения.
С потоком 5 сосуществует поток 6 — рассеяние массы в про-
цессе ее рециркуляции; это отчетливее всего проявляется в форме
загрязнений, которые возникают как своеобразный побочный ре-
зультат производства.
Рециркуляция массы т составляет одно из необходимых усло-
вий стабилизации ресурсов и тем самым — возможности расходо-
вания соответствующего сырья для удовлетворения хорошо выяв-
ленных и разумно оцененных потребностей нашей жизни и раз-
вития.
Благодаря межпланетным полетам появляется возможность
притока специального сырья, например редких металлов, из кос-
моса. В какой мере это станет практически достижимым, покажет
будущее.
13.4.3. Вопросы использования энергии
Нефтяной кризис последнего времени подчеркивает важность
задачи ограничения расхода энергии.
Использование 3 энергетических ресурсов е связано с потеря-
ми 7, еще более необратимыми, чем потери от рассеяния массы 4
(рис. 13.2).
Реальные или потенциальные ресурсы энергии е создаются
благодаря артефактам. Энергетический потенциал определяется
потоком 8, которому сопутствуют потери 9.
Потоки 7 и 9 увеличивают энтропию. Это уменьшает возмож-
ности эффективного использования энергетических ресурсов.
Большие надежды возлагаются на ядерную энергию, но на-
прашивается беспокойный вопрос: что будет с радиоактивными
отходами процесса производства такой энергии? Они могут ока-
заться очень опасным загрязнением.
Главной нашей надеждой становится солнечная энергия1).
!> В понятие солнечной энергии автор, по-видимому, включает наряду с энер-
гией непосредственного солнечного излучения энергию морских течений, ветра,
волн и других источников, создаваемых нашим светилом. — Прим. ред.
Артефакт в системном проектировании 323
Проблемы энергетики должны как можно скорее стать карди-
нальной задачей системного проектирования. Все более присталь-
ное внимание привлекает поток солнечной энергии.
13.4.4. Вторичное сырье или отходы?
Все, что добывается из земли, должно иметь осмысленное пред-
назначение.
С потоками 4, 6, 7 н 9 (рис. 13.2) сегодня связывают понятие
отходов, весьма медленно привыкая к понятию вторичного сырья.
В этой связи мы укажем на горы породы, сопутствующие уголь-
ным шахтам и рудникам. Шлаки начинают рассматривать как ми-
неральное сырье или строительный материал. Необходимо вести
дело к тому, чтобы все, что добывается из земли, использовалось.
Из истории силезских горняков известно, например, что сущест-
вовали законы, обязывающие их использовать добытые мате-
риалы без остатка.
13.5. Необходимость ограничений
Постулат ограничений следует противопоставить расточитель-
ству.
В модели на рис. 13.2 штриховыми линиями показаны кон-
центрические окружности различных диаметров. В отношении к
массе m и энергии е они символизируют потенциальные, а также
уже реальные ограничения. Проектировщик и конструктор обяза-
ны принимать во внимание этот бесспорный факт. В методологии
проектирования и конструирования мы обращаем внимание на
критерий устранения избыточности. Он должен играть существен-
ную роль при введении разумных ограничений.
Баланс энергии и массы приобретает решающее значение.
Существенным препятствием системному пониманию проект-
ных задач были трудоемкие расчеты, проводимые традиционными
методами. Внедрение ЭВМ. как информационных машин, а также
использование численных методов программирования позволяют
разрешить многие трудные проблемы, связанные с оптимизацией
систем, рассматриваемых как основы функционирования сложных
элементов техносферы, требующих минимизации расхода энергии
и массы.
21
324
Глава 13
13.6. Значение информации
Информация рассматривалась выше как заменитель материи.
Чем больше информации, тем больше возможности уменьшения'
расхода энергии и массы.
Прогресс основан на возрастании информации. Информация —
функция нашего сознания; чем больше работает наше сознание,,
тем обширнее становятся наши знания. Материалы и энергию
можно сэкономить благодаря лучшему знанию свойств и особен-
ностей материальных комплексов, а значит, благодаря информа-
ции1). Ввиду материальных ограничений проблемой жизненного
значения становятся фонды информации i (рис. 13.2). С помощью
окружностей различных диаметров там обозначена тенденция ро-
ста фондов информации I. Однако можно показать, что существу-
ет аналогия кругооборота информации с кругооборотами массы
и энергии, поскольку информация также рассеивается.
Рассеяние информации 12 может быть связано с утратой ин-
формационных коммуникатов при передаче информации или в са-
мом процессе поиска источников информации.
Необходимо стремиться к получению информации, которая мо-
жет циркулировать без потерь в пределах техносферы.
Операционная информация, получаемая благодаря артефактам
в техносфере, увеличивает полезный поток информации 11. Одна-
ко ему сопутствуют потери — поток 13. Потери вызываются не-
удовлетворительной разработкой информационных коммуникатов
либо тем, что эти материалы не попадают в нужные хранилища.
Часто говорят о «банках информации», но это слабая аналогия,
так как в банках до сего времени нарастают проценты. В то же
время информационный тезаурус не имеет этой особенности; из
хранилища информации мы можем взять в лучшем случае столь-
ко, сколько в него было вложено.
13.7. Артефакт в системном понимании
Системное понимание артефакта позволяет выявить наиболее
существенные проблемы системного проектирования.
*> Здесь имеется в виду использование доступной информации. Отдельную
проблему представляет получение новой информации, например эксперименталь-
ными методами или вообще методами, требующими затрат энергии.
Артефакт в системном проектировании 325
Рассмотрение артефакта как объекта системного проектиро-
вания привело нас к системному подходу. На рис. 13.2 показана
запись комплексной системы. В нее входят информационная, энер-
гетическая и массовая системы. Центральное место в модели за-
нимает синергетическое преобразование информации, энергии и
массы. Кроме того, мы имеем три основных преобразования: ин-
формации I, энергии е и массы т. В этой модели не выделены-
преобразования, связанные с потоками информации, энергии и
массы; эти преобразования происходят в коммуникационных и
транспортных комплексах и в сущности охвачены областью ар-
тефактов. Ведь в любом случае поток, например от Л к 13, ука-
зывает на потребность существования отношений связей. Пробле-
му материальных комплексов, системы которых показаны на
рис. 13.2, следует понимать диалектически, без попытки произ-
вольного выделения материальных комплексов, которые должны
функционировать на основе представленной модели. Здесь важно
осознать единство материального комплекса рассматриваемой гло-
бальной среды, охватывающей всю Землю.
14. УСТАНОВЛЕНИЕ ПОТРЕБНОСТЕЙ
14.0. Введение
Технические действия должны предприниматься с целью изме-
нений, зависящих от потребностей. Изменения, производимые ради
самих изменений, случайны и могут быть вредны.
Потребности придают смысл нашим действиям. Неудовлетво-
ренные потребности вызывают напряженные состояния. Такое со-
стояние, вызванное потребностью изменений, направленных на
ликвидацию несоответствий, имеет двоякое значение:
ф оно вызвано потребностью проведения изменений Z в на-
шем окружении, близком или далеком;
ф оно вызывает потребность действия D с точки зрения необ-
ходимости удовлетворения потребности Z.
Но и с потребностью D дело обстоит так же, как и с потребно-
стью Z; можно показать, что потребность D может быть удовлет-
ворена, т. е. действие, предназначенное для удовлетворения по-
требности Z, возможно, если возможно выполнение потребности во
вспомогательных действиях W при удовлетворении потребности D.
В инженерной деятельности потребность W удовлетворяется тем,
что в технической практике называется научной базой.
Таким образом, мы установили существование ряда потребно-
стей:
Z----> D —> W —*• ••.
Обычно конкретное действие непосредственно связано с двумя
соседними элементами этого ряда, но возможность его определяют
и другие элементы.
В ряду потребностей мы проставили точки в знак того, что он
не замкнут. Здесь мы обратим внимание на два элемента в ряду
потребностей:
О потребность исполнительского технического действия, на-
правленного на ликвидацию несоответствия;
О потребность творческого технического действия — проекти-
рования и конструирования или только проектирования.
Обычно обращают внимание на первую потребность и, дейст-
вуя проторенным путем, неосознанно отказываются от потенци-
альных возможностей. Нежелание либо непонимание потребности
Установление потребностей
327
изменений способствует использованию стереотипных действий,
влечет за собой традиционное поведение, якобы хорошо проверен-
ное опытом.
14.1. Понятие несоответствия
Недостаток или излишек — это несоответствия, вызывающие по-
требность.
Существование потребности вызывается несоответствием в чем-
либо. Это может быть недостаток или излишек. Обычно несоот-
ветствие понимается как недостаток (отсутствие) предмета или
действия. Только в последнее время мы начинаем замечать, что
не только тогда, когда чего-либо нет, но также и тогда, когда что-
либо имеется в чрезмерном количестве, появляются напряженные
состояния, затрудняющие жизнь.
Так обстоит дело в обыденном понимании. Однако инженер хо-
рошо представляет рассматриваемое здесь понятие несоответствия.
Например, обработка валов приводит к браку тогда, когда их диа-
метр либо меньше, либо больше допускаемого; так обстоит дело
со всеми изделиями, обусловленными конструкцией.
Изменения, вызываемые проектно-конструкторской деятельно-
стью, сводятся к удалению или прибавлению материальных ком-
плексов.
При таком понимании проблемы потребности можно выделить
два вида технических действий:
ф действия, направленные главным образом на исключение
элементов из техносферы;
0 действия, направленные главным образом на прибавление
элементов техносферы к экосфере.
В этом выражении оборот «главным образом» говорит о том,
что «исключение» обычно не обходится без «прибавления» и на-
оборот.
Выше мы рассматривали то, что можно считать объективным
несоответствием, т. е. несоответствием, не зависящим от субъекта
действия. Однако огромное значение имеет личность — субъект
действия. Опыт говорит о том, что существует субъективное несо-
ответствие — несоответствие действия. Если отсутствуют социаль-
но обоснованные критерии действия, то это несоответствие может
стать причиной действия, не учитывающего объективного несоот-
ветствия.
Внимание к этому виду несоответствий, а вследствие этого и к
проблеме творчества как личной потребности важно с методоло-
328
Глава 14
гической точки зрения. Не хлебом единым жив человек. Хозяйст-
венная деятельность должна развиваться таким образом, чтобы
уменьшалась доля рабочих мест, связанных с исполнительским,
трудом, и повышалась доля мест, способствующих развитию твор-
ческого труда.
14.2. Ключевая проблема
Установление потребности — необходимое условие проектно-
конструкторского процесса.
Проектно-конструкторский процесс не следует понимать как
следствие, навязанное однозначно установленным заданием. На-
вязывание задания без права его интерпретации освобождает ис-
полнителя от ответственности за всевозможные непредвиденные
(в том числе неблагоприятные) последствия его действий.
Установление потребности требует сложного действия.
Поскольку технические средства проектируются и конструиру-
ются для того, чтобы они служили человеку и обществу, то клю-
чевым моментом является правильное установление потребностей.
Выявление и определение потребностей осуществляются с помо-
щью совокупности операций большого социального значения.
Только в отношении простых технических средств достаточно не-
сложных и одноразовых проектно-конструкторских операций, за-
вершающихся однозначным описанием потребности.
Больше всего операций по установлению потребности осуще-
ствляется на первых стадиях проектирования. В соответствии с
обобщенным подходом к ним относятся:
О выявление потребности;
О концептуальное исследование, т. е. подбор возможных ре-
шений проблемы потребности;
О разработка проектно-конструкторских предложений.
Действия, направленные на получение постепенно уточняемого
описания потребности, осуществляются методом последовательных
приближений.
Сначала сущность потребности может быть неизвестна, и ее вы-
явление иногда не обходится без догадок, вырабатываемых ин-
туитивным познанием. Правильное решение задачи, которая вна-
чале представляется в определенной мере загадкой, обычно тре-
бует ответа на множество вопросов. Эти вопросы могут возник-
нуть на стадии концептуального исследования или даже во время
Установление потребностей
329
разработки проектно-конструкторских предложений. Таким обра-
зом, и в процессе разработки системы (модель на рис. 7.1) мо-
жет оказаться необходимым окончательное уточнение потребности.
Преждевременное окончание процесса установления потребно-
сти приводит к ошибкам.
Проектировщики должны быть восприимчивы к данным, отно-
сящимся к потребности, но одновременно необходимо умение про-
изводить отбор данных — отделение важного от того, что несуще-
ственно.
Все необходимее становится разработка методов распознава-
ния и определения потребности, как и всевозможных аспектов,
касающихся ее удовлетворения.
Анализ потребностей представляет собой социальную проблему.
Умение исследовать возможные последствия удовлетворения
потребностей, ничего не упуская из виду, должно быть естествен-
ным интеллектуальным качеством проектировщика.
Исследование процесса удовлетворения потребностей с учетом
его последствий — сложная задача, поскольку этот процесс явля-
ется пространственно-временной функцией.
14.2.1. Потенциальность потребностей
Можно выделить потребности актуальные и потенциальные, а
также указать на потенциальность актуальных потребностей.
Создание системы и конструкции требует установления потреб-
ности как функции времени. Актуальность потребностей в таких
условиях представляет собой гипотезу, принятую перед началом
проектирования технического средства. С течением времени проис-
ходят перемены. Методологически необходимы учет возможности
изменений и тем самым условия потенциальности потребностей и
потенциальности-особенностей технического средства.
Необходимость использования технического средства является
технической потребностью-, эта необходимость может быть свя-
зана:
О с внезапным обнаружением не выявленной вовремя по-
требности в техническом средстве или
О с изменением обстоятельств, трудно предсказуемых зара-
нее.
330
Глава 14
На проблему рассмотрения потребностей и особенностей техни-
ческого средства как функций времени обращено внимание в
разд. 7.1. При этом нужно учитывать:
0 значительный период времени, отделяющий начало проект-
но-конструкторского процесса от момента введения изделия как
технического средства в эксплуатацию;
ф период времени, в течение которого изделия данной конст-
рукции эксплуатируются как технические средства;
ф длительность процесса изготовления изделия данной кон-
струкции, приемлемую с точки зрения экономической эффективно-
сти производства.
Автоматизм в экономике ненадежен. Этот автоматизм следует
минимизировать, вводя осознанные действия, опирающиеся на тща-
тельные исследования социально обоснованных потребностей.
Автоматизм в экономике, регулирующий способы приспособле-
ния социально-технических комплексов к изменяющимся потреб-
ностям, ненадежен—-все чаще мы замечаем его сбои. Необходи-
мым условием эффективности творческого действия становится его
целесообразность. Ограничиться прогнозированием — значит ап-
риорно признать детерминированность перемен. Объективизация
социально-экономических процессов может привести к отрицанию
возможности введения желаемых нами изменений. Не только про-
гнозирование изменений, но прежде всего их социально обоснован-
ное планирование должно быть основной методологической пред-
посылкой. В этом подходе особое значение приобретает вообра-
жение. Упование на незыблемость существующих комплексов сви-
детельствует о недостатке творческого воображения.
Темпы развития и нарастания требований жизни в наше время
велики. Выполнение этих требований зависит от возможности и
умения использовать поток информации о том, что происходит в
изменяющемся мире. Исключительно важна проблема понимания
ситуации и всевозможных последствий, которые могут вытекать из
нежелательных условий развития человека и общества. На все
большее число людей и на все более широкие круги общественно-
сти начинает ложиться ответственность за неверное распознава-
ние потребностей и их неадекватное удовлетворение.
Становится необходимым исследование самых смелых и риско-
ванных гипотез.
В наше время социальным злом, особенно заметным в странах
капитала, является поддержка производства с помощью мощных
средств рекламы, которая должна искусственно вызывать потреб-
Установление потребностей
331
ность. Средства массовой информации следует использовать для
популяризации социально обоснованных способов удовлетворения
потребностей.
Не потребности для производства, но производство с позиций
потребности.
Исследование потребностей органически свойственно создате-
лям техносферы. Инженер должен освободиться от роли послуш-
ного орудия в руках предпринимателей. Без сомнения, существует
моральная проблема — проблема добропорядочности при распозна-
вании потребностей. В этом смысле социальная роль инженеров
становится все более важной. Она вырисовывается особенно отчет-
ливо на фоне экологических проблем.
14.2.2. Проблемы отдаленных потребностей
Деятельность создателей технических средств, проектировщиков
и конструкторов, развивающих исследовательские способности и на-
выки научными методами, представляет собой фактор повышения
эффективности удовлетворения будущих потребностей.
Не только инстинкт самосохранения, но прежде всего понима-
ние ответственности должно управлять установлением, потребно-
стей, могущих возникнуть в отдаленной перспективе, причем их
рассмотрение не должно быть следствием только существующих
технико-экономических ситуаций и возможностей. Необходимо ис-
следование, основанное на мысленном представлении новой си-
туации, отличной от существующей, ситуации достаточно гипоте-
тичной.
Всевозможные футурологические исследования должны опи-
раться прежде всего на предпосылки отличия будущих ситуаций,
от существующих. Так, в повестях Жюля Верна (1828—1905 гг.)
космонавты имели костюмы XIX в., принадлежали к правящему
классу и имели слуг. Действительность же оказалась другой, при-
чем не только с точки зрения социального положения космонав-
тов— место слуг заняли сотни лиц наземного технического пер-
сонала.
Создание технических средств будущего требует новых науч-
ных и интуитивных основ и прежде всего нового творческого под-
хода. При создании и изготовлении новых технических средств
относительная доля ремесленного труда будет все меньшей. Един-
ственно лишь в области традиционных услуг стереотипные ремес-
ленные навыки будут наверняка всегда иметь определенное зна-
чение.
332
Глава 14
Из проектирования нельзя исключить иррациональных факторов,
но следует увеличивать долю рациональных факторов, в то же вре-
мя сокращая до минимума мнимую рациональность.
Следует все настойчивее и интенсивнее исследовать и устранять
недостатки научных основ деятельности проектировщиков и конст-
рукторов как с формальной точки зрения, так и по существу. На
основе этих исследований следует разработать научную програм-
му анализа основных и вспомогательных действий. Без соответст-
вующего научного анализа с участием прежде всего проектиров-
щиков и конструкторов разработка научных программ может
включать слишком много случайных элементов.
Факт связей научно-исследовательских и проектно-конструк-
торских организаций свидетельствует о все лучшем понимании не-
обходимости определения направлений исследований на основе
широкой инженерной практики. Необходимо признать также зна-
чение социального фактора при оценке программы исследова-
ний—это соответствует тезису о важности полноты охвата.
Может быть, именно проблематика отдаленных потребностей в
наибольшей мере требует системного подхода — решения проблем
части с учетом целого, к которому эта часть принадлежит или
должна принадлежать.
14.2.3. Установление будущих потребностей
Научные методы, интуиция и здравый смысл должны быть ис-
пользованы соответствующим образом при решении проблем уста-
новления будущих потребностей.
Любые способы и средства познания должны быть использо-
ваны в исследованиях, направленных на выявление и определение
будущих потребностей. Ограничиваясь лишь чисто научными ис-
следованиями, мы можем не получить вполне устраивающих нас
результатов. Объектом научных исследований являются факты,
т. е. то, что существует в материальной действительности. В свете
принципов точных наук экстраполяция результатов исследований
обычно считается неприемлемой. Поэтому то, чего нельзя достичь
чисто научными методами, может быть результатом интуитивного
познания, опирающегося на здравый смысл. Интуиция не всегда
подводит; в любом случае все, полученное при помощи интуиции,
может быть подвергнуто самой строгой критике с использованием
соответствующего аналитического метода точных наук.
Аналогия между прошлым и настоящим не является подходящей
основой прогнозирования будущих потребностей.
Установление потребностей
333
Утверждение, что будущее определяется прошлым, — это лишь
часть истины. Трудность прогнозирования будущего на основе со-
бытий прошлого связана с тем, что мы знаем много фактов из
прошлого и вроде бы еще больше фактов современности, но не
знаем всех существенных факторов, и прежде всего не знаем дей-
ствительной связи между прошлым и будущим. Быть может, про-
ще прогнозировать будущее на основе того, о чем мы сегодня ду-
маем, одновременно вырываясь из заколдованного круга стереоти-
пов.
Развивающаяся личность всегда стремилась, стремится и будет
стремиться к свободе.
Установление будущих потребностей можно основывать на
таких предпосылках:
О человек стремится к знанию и могуществу как выражению
личной независимости;
О человеку свойственны постоянно растущие потребности;
О удовлетворение потребностей должно быть реализовано спо-
собами, обеспечивающими индивидуальное и общественное раз-
витие человека;
О в социальных системах происходят изменения, способствую-
щие минимизации различий в культурном и материальном поло-
жении членов общества, все лучше осознающих свою роль и за-
дачи в жизни общества.
Развитие средств коммуникации в наше время увеличило поток
информации.
Все более глубокое осмысление потребностей, связанных с ус-
ловиями развития человека, может уберечь от ошибок в установ-
лении будущих потребностей. Благодаря средствам массовой ин-
формации необходимо считаться со все большими знаниями о лю-
дях и мире в широких кругах общественности. Поток информации
сделался фактором, значение которого все еще не понято и не
оценено надлежащим образом. Поток информации и потенциал
знаний становятся факторами прогресса, особенно теперь, когда
информационная революция, которую мы начинаем уже пережи-
вать, охватывает определенные моральные нормы.
Социализация технических средств должна становиться все бо-
лее существенным фактором.
334
Глава 14
В качестве гипотезы выдвинем утверждение о прогрессирую-
щей повсеместной социализации технических средств (разд. 9.7).
По нашему мнению, особое значение приобретает осознание:
• недопустимости беспечного использования всех возможно-
стей;
ф вредности чрезмерного использования физической и пси-
хической энергии;
ф вредности «вещизма» — и не только с точки зрения того,
что в других частях мира царит мучительная нужда.
Нельзя допустить того, чтобы люди оказались виновниками на-
рушения равновесия экосферы.
Необходимость ограничения злоупотреблений материальными
благами должна быть признана условием существования и разви-
тия и в будущем.
То, что представлено в данном разделе, имеет методологиче-
ское значение; сущность изложенных соображений можно обоб-
щить также следующим образом:
О жизнь и ее развитие должны иметь все большее значение
для проектировщиков и конструкторов;
О решение технических проблем требует вполне осознанного
участия инженеров;
О каждый должен принять на себя свою долю ответственности
за то, что произойдет в будущем;
О будущее существенным образом зависит от того, в какой
степени инженеры осознают социальное значение решаемых тех-
нических задач, прежде всего значение установления потребно-
стей.
Обязанности, вытекающие из ответственности инженеров, весь-
ма сложны.
14.2.4. Гибкость проектов в отношении изменений
Чем больше необходимо учитывать скорость перемен, тем в
большей степени проекты должны быть гибкими в отношении изме-
нений.
Минуло то время, когда после разработки проектно-конструк-
торских предложений можно было разрабатывать проект и конст-
рукцию технических средств в полной уверенности, что при рацио-
нальной подготовке конструкторской документации и эксплуата-
ционной инструкции, а также при безошибочном изготовлении
машин и помещений эффективность технического мегакомплекса
Установление потребностей
335
будет долговечной — соответственно прогнозам, принятым в про-
ектных предпосылках, и без необходимости введения конструктив-
ных изменений.
Сейчас все большее значение приобретает то, что мы назвали
гибкостью проектов в отношении изменений. Становится необходи-
мостью рассмотрение различных возможностей, а следовательно,
множества возможных вариантов изменений в будущем.
Возможность введения различных изменений в действующий
комплекс должна быть признана существенным системным и кон-
структивным критерием. При таком подходе системное проектиро-
вание 'Становится еще более сложным и ответственным. Но такова
реальность современной творческой технической деятельности.
14.3. Условия установления потребностей
Для создателей техносферы установление потребности равно-
значно формулированию системной или конструктивной задачи.
Установление потребности должно вести к формулированию
технической задачи как задачи создания системы или конструкции.
Это формулирование должно включать описание совокупности ус-
ловий, необходимых и достаточных для выполнения того, что тре-
буется с точки зрения процесса удовлетворения потребности. Ука-
занное описание не должно содержать ничего такого, что могло
бы ограничивать выбор оптимального решения, пригодного к ис-
пользованию в конкретных условиях.
При рассмотрении рис. 12.4 мы отметили существенное значе-
ние реакции проектировщика на потребность. Для действий про-
ектировщика при установлении потребности небезразличны усло-
вия получения информации:
О о сущности потребности;
О о всевозможных следствиях существования потребности.
Позиции творческих работников и руководителей творческого
учреждения взаимосвязаны, но различны.
Имеют значение также и субъективные взгляды, зависящие от
положения работника как творца или организатора творческого
процесса. Положение проектно-конструкторского учреждения в во-
просах установления потребности всегда менее благоприятно, чем
положение исследовательско-проектно-конструкторско-внедренче-
ского учреждения.
Среди условий, влияющих на процесс установления потребно-
сти, можно выделить:
336
Глава 14
ф исследование способов удовлетворения потребности для то-
го, чтобы усовершенствовать процесс удовлетворения потребности
при одновременной минимизации антипотребностей;
ф исследование технических средств с целью совершенствова-
ния системы и конструкции этих средств;
ф выявление и исследование скрытых потребностей;
Ф готовность рассмотреть возможные предложения потребите-
лей технических средств или потребителей проектно-конструктор-
ских разработок;
Ф исследование операционных творческих и производственных
возможностей с последующей выработкой рекомендаций относи-
тельно определенных технических средств.
Возможны две позиции: социальная и антисоциальная.
Формализация описания потребности основана на тщательном
подборе комплекса критериев, связанных с потребностью. Ха-
рактер и содержание описания зависят от способа записи. К пе-
речню сформулированных выше условий установления потребно-
сти можно добавить перечень источников информации:
ф коммуникаты от всех заинтересованных в удовлетворении
потребностей с помощью технических средств;
Ф отчеты, содержащие результаты исследований в области по-
тенциальных и актуальных потребностей;
ф обобщения данных инженерной практики.
Следует заботиться о существовании и эффективном действии
всевозможных каналов передачи коммуникатов как носителей ин-
формации.
Иррациональность тоже имеет значение, поэтому не следует
исключать из рассмотрения счастливые случайности в установле-
нии потребностей.
14.4. Формальная проверка результатов
установления потребности
Описание потребности, как и любой другой результат проектной
деятельности, должно подвергаться проверке.
Невзирая на способ описания и записи, необходимо проводить
контроль правильности записи как основу формальной проверки
описания потребности. Эта операция должна выполняться систе-
матически на основе соответствующего метода.
Установление потребностей
337
Приведем пример элементарного метода, сформулированного в
виде комплекса вопросов:
ф Какая информация содержится в описании?
ф В какой мере информация о потребности уменьшает нена-
дежность проектных и конструкторских действий?
ф Нет ли в коммуникатах, составляющих описание потребно-
сти, противоречивых сведений, увеличивающих меру ненадежно-
сти, т. е. не содержат ли коммуникаты дезинформации?
ф Какие элементы коммуникатов необходимы и достаточны в
свете принципа полноты охвата?
Ф Дает ли информация, полученная на рассматриваемой ста-
дии проектирования, достаточную основу для дальнейшего хода
проектирования?
ф Выявлены ли упущения в описании потребностей, и если та-
кие упущения существуют, то сформулированы ли вопросы, на ко-
торые нужно получить ответ к намеченному сроку или в про-
гнозируемых условиях?
Правильное установление потребности предваряет творческое
техническое действие.
Могут существовать обстоятельства, делающие невозможным
получение необходимой и достаточной информации, причем не
только для отдаленных потребностей. Много информации мы по-
лучаем в процессе разработки проекта. При проектировании воз-
никают различные факторы, оказывающие эвристическое воздей-
ствие, т. е. направляющие наше воображение на различные уча-
стки поля видения. При этом выявляется много подробностей, ко-
торые не удалось заметить предварительно. Такой подход свиде-
тельствует об осознанности творческих технических действий и
чувстве ответственности за них, что является прямым праксеоло-
гическим требованием.
Методы установления потребностей становятся, несомненно,
интересным и социально значимым объектом научных исследова-
ний.
14.5. Потребности как результат творческих
технических действий
Программа творческих технических действий вырабатывается
как логическое следствие выявления потребности изменения в ком-
плексе технических средств.
В данном разделе будет подвергнут анализу вопрос потребно-
стей, которые возникают как результат принятия задания на ре-
шение технической проблемы.
22-1147
338
Глава 14
Интересна последовательность: внешняя потребность, задание,
внутренняя потребность.
Инженер направляет свое внимание прежде всего на получен-
ное им задание, которое чаще всего понимается и должно пони-
маться как проблемное задание. Лишь помощник конструктора
может получать беспроблемные задания. Но и проектировщик, и
конструктор, а особенно лица, помогающие координировать их
действия, должны замечать проблему внутренних потребностей
процесса проектирования и конструирования. Признавая диалек-
тическое единство процесса и его результата, не следует недооце-
нивать анализ потребностей, вызванных потребностями, т. е. того,
что в рассматриваемом случае называется проектированием про-
ектирования. Однако мы ограничим свое внимание лишь некото-
рыми основными вопросами.
14.5.1. Потребности — сознание — самосознание
Потребности увеличиваются по мере роста сознания.
Многие недостатки распределения капиталовложений в сферу
технических средств и их действия, т. е. в области артефактов и
техносферы, возникают из взгляда, что при решении новых тех-
нических задач допустимо использование старых стереотипов —
издавна известных «образцов». В наше время даже для решения
старых, т. е. существовавших еще в прошлом, задач необходимо
искать новые способы оптимального решения, поскольку социаль-
но значимая творческая техническая деятельность не может игно-
рировать непрерывного процесса развития человеческого обще-
ства.
Без интенсивного развития сознания не удается избежать бес-
порядка в техносфере.
Выявление самых разнообразных потребностей — это дело на-
шего сознания, прежде всего самосознания, т. е. критического под-
хода к собственному сознанию. Самосознание должно быть не-
пременным свойством инженера, перед которым возникают все
более трудные задачи во все более сложных условиях. Здесь мы
имеем в виду самосознание создателя техносферы как осознание
собственных возможностей и обязанностей.
Сначала самосознание субъекта, а потом осознание объектов.
Установление потребностей
33»
Без соответствующего роста сознания и самосознания может
произойти столь существенный рост сложности и хаотичности тех-
носферы, что выявление факторов негативного экологического
действия станет практически невозможным.
14.5.2. Методологическая основа
Выявление несоответствий различного рода становится необхо-
димостью.
Проектировщик и конструктор должны иметь чутье к выявле-
нию несоответствий. Этими несоответствиями, как мы уже уста-
новили, могут быть либо недостатки, либо излишества.
Кроме умения выявить несоответствия в области технических
средств, которое представляет собой первую профессиональную
обязанность инженера, он должен уметь выявлять несоответствия
собственных действий и деятельности социально-технического
комплекса, в котором он работает. Поэтому несоответствия в тех-
носфере, а также в способах и средствах, обеспечивающих ликви-
дацию этих несоответствий, должны быть объектом методологиче-
ских исследований.
Несоответствия и способы их устранения — это понятия, акти-
визирующие воображение и критическую позицию инженера.
Здесь мы подходим к проблеме внутренних потребностей, среди
которых можно выделить:
О потребности в технических средствах, находящиеся во внеш-
ней сфере интересов, обязательных для творческого субъекта;
О потребности в средствах для выполнения заданий, вытекаю-
щих из внешних потребностей, т. е. потребности внутренней сферы
интересов.
Внутреннюю сферу интересов инженера составляют прежде
всего проектно-конструкторские институты. Здесь все большую
важность приобретает системный подход: эта внутренняя часть,
состоящая из разрозненных элементов, должна быть объединена
на основе информационной системы, координирующей исследова-
ния, проектирование, конструирование и внедрение.
14.5.3. Внутренние потребности
Внешние потребности удовлетворяются тем эффективнее, чем
лучше выявлены внутренние потребности. От уровня удовлетворения
внутренних потребностей зависит оптимизация выполнения творче-
ских технических заданий.
22’
340
Глава 14
Проектировщик и конструктор — это творческие субъекты дей-
ствующих антропотехнических комплексов. Такие комплексы охва-
тывают социальные и технические структуры, что позволяет выде-
лить их среди других антропотехнических комплексов. Это создает
относительно однозначную основу различения внутренней и внеш-
ней сфер интересов инженеров.
Структура внутренней сферы должна определяться информа-
ционной системой, указывающей способы действия учрежденче-
ского творческого комплекса. До сих пор основой выделения таких
комплексов служит сфера внешних потребностей. Например, Гип-
рошахт предназначен для удовлетворения потребностей, связанных
с созданием шахт, Гипромез служит тому же самому, но в обла-
сти металлургии и т. п.
Чтобы справиться с внешними потребностями, нужно уметь
‘выявить внутренние потребности. Слишком часто на существова-
ние таких потребностей смотрят весьма поверхностно. Обычно счи-
тается, что задания, следующие из внешних потребностей, нужно
выполнить, приспосабливая эти задания к устоявшимся структу-
рам творческого комплекса, который по этой причине становится
все менее творческим и во все большей степени использует сте-
реотипные решения, т. е. в сущности повторяется.
14.5.4. Приспособление действующего комплекса
к потребностям
Гибкость структур исследовательско-проектно-конструкторских
учреждений приобретает все большее значение.
Установление потребности приспосабливания, очевидно, следу-
ет из задания, поставленного в связи с установлением внешней
потребности. На основе опыта польских проектно-конструкторских
институтов можно судить, что устойчивость организационных
структур лишь кажется ободряющим признаком; на самом деле
она лишь упрощает использование закоснелого опыта. Поэтому
внимание к проблеме гибкости структур становится существенной
потребностью.
Незыблемость структур мешает использовать свойственный че-
ловеку психосоматический динамизм.
В различных конкретных обстоятельствах люди действуют под
натиском внешних потребностей. Удовлетворение этих потребно-
стей осуществляется часто высокой ценой. Эта цена обычно выпа-
дает на долю наиболее консервативных элементов. Упускается
возможность организационных изменений и возможность форми-
Установление потребностей
341
рования новых структур на период выполнения творческого зада-
ния. В этих обстоятельствах затраты, которые пропорциональны
организационной инертности, становятся чрезмерными.
Для решения задачи удовлетворения внутренней потребности
нужно выполнить следующие процедуры:
О выявление и анализ внешней потребности как основы фор-
мулирования основной задачи;
О оценка области и требований задачи, вытекающей из внеш-
ней потребности;
О разработка исследовательской программы в виде информа-
ционной системы как логической основы деятельности функциони-
рующего творческого комплекса;
О анализ существующего плана творческого комплекса и спо-
соба выполнения этого плана в соответствии с принятыми обяза-
тельствами, что необходимо для выявления возможностей внесе-
ния изменений, оптимизирующих условия выполнения принятого
нового задания без вреда для заданий, принятых раньше;
О разработка структурных изменений действующих компле-
ксов;
О корректировка существующей программы творческого уч-
реждения как целостности.
Отказ от устаревших навыков деятельности — это жизненная
необходимость для творческих учреждений.
Организационные структуры в наших проектно-конструкторских
институтах очень походят на традиционную линейную структуру,
применяемую в основном в военных комплексах. Однако тактиче-
ская гибкость в условиях военных действий основана на опериро-
вании организационными единицами, для которых важное значе-
ние имеет определенная стандартность методов действия. Приме-
нение таких методов в известном смысле основано на использова-
нии условных рефлексов.
Есть существенная разница между результатом рефлексии и
условным рефлексом.
Иначе представляются основы деятельности творческого уч-
реждения. Каждое новое проектное задание может потребовать
новой информационной системы, новая же система может быть ис-
пользована только при введении новых организационных структур
как следствия того, что подразумевается под понятием проектной
программы. Все это требует соответствующего творческого уровня
и большого чувства ответственности проектировщика и конструк-
тора.
342
Глава 14
14.5.5. Знание возможностей действующего
творческого комплекса
Всегда ли и в достаточной мере нам известны возможности
компонентов творческого комплекса?
Потребность в гибкости творческого комплекса становится при-
чиной новой потребности — потребности знания существующих и
потенциальных возможностей компонентов творческого комплекса.
Знание этих возможностей и их использование — главная обязан-
ность руководства, надлежащим образом понимающего свои за-
дачи.
На основе исследований, проводимых в некоторых творческих
учреждениях, можно со всей ответственностью утверждать, что во
внутренней сфере такого комплекса действуют факторы, способст-
вующие тому, что часть различных возможностей действия оста-
ется невыявленной; это значительно уменьшает осведомленность
ответственного руководства. Надлежащее выявление возможностей
творческого комплекса требует творческой позиции всех заинтере-
сованных в этом вопросе.
Иерархическая система не способствует созданию таких пози-
ций. Позиция каждого члена творческого коллектива должна быть
основана прежде всего на чувстве гражданской ответственности,
которая отодвигает на второй план личные и сиюминутные выгоды.
С этим связана важнейшая потребность соответствующего подбо-
ра личного состава творческого комплекса. Здесь существуют по
меньшей мере две возможности:
• использование формально-организационных решений;
• использование плодотворных социальных принципов, в осно-
ве которых лежат свобода, взаимопонимание и ответственность за
общие решения.
Не только творческие качества работников и организационная
структура, но также межличностные отношения имеют существенное
значение.
Во многих развитых странах уже обращено особое внимание на
межличностные отношения как «по вертикали», так и «по горизон-
тали». Не следует сводить значения этих наблюдений к разработ-
ке тактики действий. Было бы ошибкой, если бы мы сочли уто-
пичной возможность совершенствования путем установления от-
ношений доверия и взаимного уважения между сотрудниками
творческого учреждения.
Установление потребностей
343
14.6. Операционные основы
Операционные потребности представляют собой первичные вну-
тренние потребности действующего комплекса.
Операционную основу действующих комплексов составляют
знания об объекте деятельности и о методах действия. Вспом-
ним, что в сфере проектирования и конструирования такими объ-
ектами и методами являются:
О система;
О конструкция;
О методы проектирования;
О методы конструирования.
Требование профессиональных знаний и общего развития не
оспаривается. Однако вместе с тем часто признаются достаточны-
ми полученные однажды знания наряду с опытом, приобретаемым
«попутно» на практике. В наше время этого совершенно недоста-
точно, в связи с чем делаются различные попытки организации
рационального процесса повышения квалификации.
Человек создан для творчества.
И проектировщик, и конструктор — прежде всего люди; именно
это обусловливает определенные последствия, существенные для
процесса удовлетворения всевозможных потребностей.
Одно из них — отношение к творчеству. Главное место в твор-
честве каждого человека без исключения занимает сознавание це-
лей и возможностей деятельности.
Книга всегда служила главным средством повышения професси-
ональной квалификации, но сегодняшний уровень использования ее
недостаточен.
Удовлетворению потребностей в сфере операционных основ спо-
собствуют:
О самосознание, способствующее выявлению собственных ин-
теллектуальных и научных слабостей;
О социальные условия как фактор, стимулирующий возникно-
вение и осознание потребности постоянного повышения квалифи-
кации.
Повышение индивидуальной квалификации — проблема обще-
ственная. Условие реализации этого процесса, и то лишь необхо-
димое, но не достаточное, состоит в признании социальной важно-
сти квалификации и ответственности. Такое признание может вы-
344
Глава 14
ражаться в различных формах, но в первую очередь надо назвать
объективное отношение к человеку. Эта проблема заставляет нас
обратить внимание на антистимул; им может быть назначение на
руководящие должности лиц, не заслуживающих этого в свете
объективного общественного мнения.
Информация! Информация! Информация!
Так называемая научно-техническая информация как источник
знаний должна доходить до потребителей по постоянно действую-
щим каналам коммуникатов. Эффективность источников информа-
ции становится важнейшей социальной проблемой. Однако еще
не используются оптимально даже самые простые источники—
книги.
Общественный процесс повышения личной квалификации при-
обретает все большее значение.
Все меньше удовлетворяют нас знания, расширенные благода-
ря личному опыту и эпизодическому самообразованию. Безуслов-
но, самообразование всегда имело и будет иметь существенное
значение, но, как показывают опыт и соответствующие исследова-
ния, наибольший эффект личного повышения квалификации мо-
жет быть обеспечен лишь при соответствующей общественной ор-
ганизации этого процесса. Традиционные способы обучения все в
большей степени подводят общество, и творческие проблемные ме-
тоды оказываются эффективнее их.
К важнейшим задачам руководства творческих учреждений
относится выявление потребностей повышения квалификации со-
трудников на всех уровнях ответственности.
Исследование потребностей в области операционных основ ве-
дет к проблеме выявления источников информации; обобщенно
можно выделить:
ф существующие источники информации;
ф потенциальные источники информации.
14.6.1. Научно-техническая информация
Точность информации и быстрота ее передачи должны быть су-
щественными особенностями коммуникатов.
Недостаточная эффективность хранилищ и центров научно-тех-
нической информации имеет много причин. Обратим внимание на
ту, которая в наибольшей степени зависит от нас самих, — это не-
Установление потребностей
345
достаточное желание пользоваться информацией. Одна из причин
такого положения — слишком частая неточность коммуникатов,
которая может вводиться несознательно и, реже, сознательно.
Эффективность источников информации зависит от множества
технических средств, действующих на основе соответствующей ин-
формационной системы. Эта система должна обеспечивать:
О накапливание соответствующих записей информации;
О быстрый и успешный поиск соответствующих записей как
основы коммуникатов;
О незамедлительную доставку коммуникатов надлежащим ад-
ресатам.
Запросы в информации влекут за собой потребность использо-
вания автоматических средств.
Коммуникаты— это носители информации-, книги, журналы,
бюллетени, отчеты об исследованиях и конференциях, чертежи,
фотографии, микрофильмы и другие «средства памяти». Это ма-
териальные комплексы, сложность которых все больше увеличи-
вается. Операции с ними сегодня возможны благодаря использо-
ванию сложных комплексов информационных машин: ЭВМ, кар-
тотек, средств репродуцирования, связи и передачи информации.
14.6.2. Архив технической документации
Должны ли мы погибнуть под завалами бумаги? Спасти нас мо-
жет работа информационных машин на основе соответствующей ин-
формационной системы.
Вопрос этот, хотя и, очевидно, риторический, мы задаем не
без причины; его вызывает состояние архивов во множестве про-
ектно-конструкторских и планирующих учреждений. Мы не долж-
ны оказаться беспомощными перед постоянно растущей массой
бумаги. Еще до сих пор бывает так, что память работников слу-
жит существенным фактором при поисках информации в архивах.
С учетом огромных масштабов нашей плановой и проектно-конст-
рукторской деятельности большая масса документации без помо-
щи информационных машин в сущности превращается в макула-
туру.
Архив — существенный источник действенной информации толь-
ко тогда, когда:
О имеется соответствующая информационная система;
О используются информационные машины, осуществляющие
поиск и материальное воспроизведение записей1).
*> Следует добавить к этому и своевременное исключение устаревшей инфор-
мации. — Прим. ред.
346
Глава 14
14.6.3. Потребность риска
Инженер имеет право риска и обязанность выявления его меры.
Право на риск — это звучит как парадокс. Однако если мы
стремимся к прогрессу, то с этим согласуется внутренняя потреб-
ность творческого субъекта, которой является потребность риска.
Суть риска основана на неуверенности в результатах намечен-
ного действия. В операциях оптимизации технического средства,
опирающихся на комплекс однозначных критериев, риск сведен к
минимуму. Но чтобы достичь чего-либо существенно нового, необ-
ходимо использовать критерии, с которыми связано отсутствие
полной информации — нехватка коммуникатов. В этом случае об-
ращаются к гипотезам.
Однако следует избегать нераспознанного риска. Выявление
риска должно подводить к ответу на вопрос: что нужно сделать,
чтобы в будущем не повторялись пробелы в информации, требую-
щие рискованных решений?
Проектировщик и конструктор:
• либо осуществляют выбор из диапазона возможных реше-
ний, руководствуясь полным комплексом критериев;
• либо принимают решение, опирающееся на предположение
о возможности получения потенциальной информации.
Умение выявить и оценить меру риска уменьшает опасения,
тормозящие творческую деятельность.
Оценка риска и формулирование вопросов, на которые нужно
получить ответы, должны вести к решениям относительно приве-
дения в действие потенциальных источников информации. Для ак-
тивизации таких источников часто необходим переход границы
риска. Принятие решения, касающегося системы и конструкции,
связано с риском, который должен быть оценен. Это решение
должно быть подкреплено программой исследований, которые со-
ставляют основу заполнения пробелов в информации. Чувство от-
ветственности и сознание принимаемого риска имеют в таких слу-
чаях особенно большое значение.
14.6.4. Потенциальные источники информации
Постепенная минимизация риска возможна благодаря исследо-
ваниям.
К потенциальным средствам информации, находящимся в сфе-
ре исследований, относятся:
Установление потребностей
347
О экспериментально-теоретические исследования, проводимые
в процессе изучения и разработки системы и конструкции;
О исследования, проводимые в процессе изготовления техни-
ческого средства;
О исследования прототипов;
О исследования, проводимые в процессе эксплуатации техниче-
ского средства;
О частные исследования, понадобившиеся в результате уста-
новления риска, требующего выяснения вопросов способами, от-
личными от тех, которые приняты в проектно-конструкторском
процессе.
Основой коллективной творческой деятельности должна быть
хорошо продуманная информационная система.
Исследования представляют собой неотъемлемую внутреннюю
потребность творческого процесса. Доводом, свидетельствующим
об отсутствии понимания роли исследований, могут служить изве-
стные факты разделения исследовательско-проектно-конструктор-
ских центров. Необходимы противоположные меры, а именно:
ф организационная интеграция исследовательских и проектно-
конструкторских учреждений или
ф кооперативная интеграция, т. е. сотрудничество соответст-
вующих учреждений на основе тщательно разработанной про-
граммы.
В наших условиях опыт свидетельствует о весьма успешной
деятельности организационно интегрированных творческих комп-
лексов. Однако как кооперативная, так и организационная интег-
рация требуют разработки рациональной информационной системы
как основы коллективной творческой деятельности.
14.7. Потребность в технических средствах
Творческая техническая деятельность, как и множество других
практических дел, требует использования различных технических
средств.
Чертежная доска, стол, бумага, чертежные и письменные при-
надлежности, пишущая машинка, множительная техника, книги,
справочники, логарифмическая линейка, счетные машины и раз-
личные помещения — это классические средства технических дей-
ствий с замыслами.
В наше время необходимо обратить внимание на комплексные
средства:
О комплекс научно-технической информации;
348
Глава 14
О комплекс архива технической документации;
О комплекс электронных вычислительных машин.
Во все более сложном хозяйственно-экономическом комплексе
нельзя забывать о средствах транспорта и связи. Необходимы сво-
бода перемещений и связь. Служебный автомобиль и другие сред-
ства транспорта, телефон, телетайп и переписка не должны под-
вергаться никаким ограничениям, которые могли бы уменьшить
эффективность творческой технической деятельности.
Нужно остерегаться создания комплексов «вслепую».
ЭВМ вошли в моду. В некоторых случаях они стали даже сим-
волом престижа. Однако в отсутствие действительных потребно-
стей эффективность их использования крайне низка. Действитель-
ные потребности могут быть различными; им соответствуют раз-
личные электронно-вычислительные устройства:
Ф калькуляторы личного пользования, как недавно было с ло-
гарифмическими линейками;
ф мини-ЭВМ, представляющие собой основные информацион-
ные машины вычислительного центра проектно-конструкторских и
исследовательских учреждений;
ф вычислительные комплексы с терминалами в творческих
технических подразделениях;
Ф крупные вычислительные центрбц обслуживающие различ-
ные организации на основе распределения так называемого ма-
шинного времени.
Подбор комплекса информационных машин требует предва-
рительного определения надлежащей системы как основы дейст-
вия творческого комплекса, включающего:
О проектировщиков и конструкторов;
О центры научно-технической информации;
О архив документации в тесной связи со средствами репроду-
цирования (эта связь имеет важное операционное значение);
О руководство творческого института;
О архив корреспонденции и различной документации.
14.8. Потребность в системе
Главная внутренняя потребность — это система, т. е. логическая
основа действия социально-технического комплекса.
Представленный обзор важнейших внутренних потребностей
(логически следующих из внешних потребностей), творчески удов-
летворенных посредством соответствующего социально-техническо-
го комплекса, указывает на потребность в системе.
Установление потребностей 349^
Основной системой является информационная система; систе-
мы энергий и масс — это только ее средства. Информационная си-
стема, разработанная на основе определения творческих и вспо-
могательных действий, должна предохранять от случайностей в
организации труда и от введения структур, которые в теперешней
своей форме можно назвать нагромождением разрастающихся ор-
ганизационных клетушек, часто продиктованных неупорядоченны-
ми персональными взглядами.
В связи с этим определение надлежащей информационной си-
стемы необходимо признать важнейшей сегодняшней потребно-
стью исследовательско-проектно-конструкторско-внедренческих.
центров.
15. ПРИМЕРЫ МЕТОДОВ
15.0. Введение
Значение метода как основы действия несомненно. Можно ис-
пользовать заимствованные методы, но имеют значение также и соб-
ственные разработки, в которых методология и известные примеры
могут оказать существенную помощь.
В гл. 12 выяснялись основные методологические проблемы.
Заинтересованный читатель уже в той главе, а возможно, и в дру-
гих найдет много информации, относящейся к основам практиче-
ских методов большого потенциального значения для проектно-
конструкторского процесса. Гл. 15 посвящена описанию определен-
ного числа методов, сформулированных так, чтобы их можно было
непосредственно использовать для творческих действий с замыс-
лами, направленных на создание системы и конструкции.
Как это было показано в гл. 12, методы могут быть созданы
различными способами. В начале этой главы мы обратим внима-
ние на различие методов в зависимости от средств творческого
действия. На этой основе можно выделить:
О эвристические методы;
О алгоритмические методы.
В эвристических методах определяющее значение имеют:
ф ассоциативные способности;
ф интуитивное мышление;
ф способы управления мышлением.
Алгоритмические методы основываются на алгоритме, который
можно определить как последовательность указаний, касающихся
процедур (операций), позволяющих решить задачу. Здесь выде-
лим:
О логические алгоритмы;
О математические алгоритмы.
Некоторые исследователи рассматривали эвристические мето-
ды также как алгоритмы. Однако следует признать, что эвристи-
ческие методы не выполняют условий, предъявляемых к алгорит-
мам, основой которых служит рациональное мышление, опреде-
ляющее предпосылки дедуктивного действия.
Эвристические методы, напротив, основаны единственно лишь
на использовании общих правил или рекомендаций. Они помогают
при поиске различных понятий и утверждений или при наблюде-
ниях, которые позволяют благодаря случайным или логическим
Примеры методов
355
ассоциациям открыть или создать абстрактное соотношение, спо-
собное дать решение задачи.
Правила и рекомендации, принятые сознательно, могут побу-
дить исследователя к выявлению того, что еще не осознано.
То, что мы создаем, решая задачу, может быть только открыти-
ем того, что вследствие различных факторов существует в нашем
замысле как запись в мозгу и что, по Платону, уже создано. Тер-
мин «открытие» относится обычно к результатам непосредствен-
ного исследования материальной действительности (говорится,,
например, об археологических или географических открытиях). Но
если мы принимаем существование сферы абстракций, то можем
также говорить об открытиях в сфере абстракций, по меньшей ме-
ре в той сфере, которая возникла в нашем сознании благодаря
деятельности нашего интеллекта. Существование четкой границы
между тем, что называется открытием, и тем, что создается нами
как замысел при нашем мыслительном усилии, представляется
сомнительным1). Поэтому не будем решать, имеем ли мы дело с
открытием или попросту с преобразованием содержания, которое
мы осуществляем благодаря своим мыслительным усилиям.
15.1. Общие основы эвристических методов
Проблема состоит в преодолении хаоса наших мыслей.
Эвристика занимается подходами к решению задач. Значение
эвристических методов состоит в том, что они способствуют мыс-
лительной деятельности, устремленной на отыскание ответов на
вопросы, которые возникают при рассмотрении задачи, требующей
решения.
Недавно Полна упоминал достижения древнегреческих филосо-
фов в связи с использованием эвристики в математике.
Понимая самым широким образом значение эвристики как ме-
тода решения задач, можно считать, что он должен указывать на
такие способы мышления, в которых все то, что может быть фак-
тором мышления, было бы целенаправленно использовано в про-
цессе решения задачи.
’> Действительно, четкую границу здесь провести трудно; однако принципи-
альная разница между открытием, т. е. результатом обнаружения того, что объек-
тивно существует вне нашего сознания, и тем, чего раньше не было, несомненно,.,
имеется. На этой разнице, в частности, основывается (имеющее даже юридическое
значение) отличие изобретения от открытия и в конечном счете отличие инженер-
ной деятельности, связанной в большей степени с замыслами, от деятельности
естествоиспытателя (физика, химика, биолога), направленной в основном на от-
крытия. — Прим. ред.
352
Глава 15
Эвристические методы способствуют творчеству.
Автор убежден, что, рассматривая методы как основу деятель-
ности человека, а особенно эвристические методы, нельзя из
поля зрения упускать человека и обстоятельства творческой де-
ятельности, поскольку это определяет сущность решения задач.
Проблематику возможностей человека как творческого субъекта
в технической и организационной деятельности наиболее полно
представил Э. Мэтчетт.
15.1.1 . Роль самосознания
Творчество может быть тем плодотворнее, чем лучше творче-
ский работник осознает возможность совершенствования черт свое-
го характера.
При намерении сформулировать методы, пригодные для твор-
ческой деятельности, следует прежде всего определить:
ф кто создает методы и
ф кому они должны служить.
Эти вопросы возникают как следствие системного подхода,
требующего учета отношений связей и отношений преобразований.
В рассматриваемой здесь проблеме существенное значение имеет
информационная система. Мы представляем собой личности, т. е.
элементы мира, который понимается нами как функционирующий
космический мегакомплекс. При этом нужно отдавать себе отчет в
«ограниченности такого понимания в том смысле, что каждый из
нас по-разному воспринимает Вселенную; каждый из нас имеет
поэтому свой собственный мир, или, точнее, — собственный образ
мира. Лишь сотрудничество помогает установить значительную
-степень общности этих миров, что определяется нашим сознани-
ем. Наше самосознание складывается как из осознания мира, так
и осознания собственного сознания.
Благодаря самосознанию мы можем влиять на способы разви-
тия нашего осознания мира и осознания нашего значения в мире.
В методологии технического проектирования, а тем более в ши-
роко понимаемой методологии проектирования (в проектировании
реализации всевозможных личных и общественных намерений) мы
начинаем делать акцент на развитие познавательных способно-
стей творческих работников, поскольку сознание и творчество со-
ставляют диалектическое единство.
Примеры методов
353
Психологи разрабатывают различные модели человека (см. ра-
боту Козелецкого). Как и всякие модели, они создаются в резуль-
тате подхода к действительности с какой-либо позиции. Детально
анализируя эти модели, можно прийти к выводу, что в каждом из
нас в разной мере присутствуют разные черты, описываемые раз-
личными моделями.
Для чего об этом пишется здесь?
Эта книга предназначена для проектировщиков и конструкто-
ров. Каждый из них в какой-то мере участвует в придании техно-
сфере определенного вида, который должен способствовать разви-
тию человека и общества. Поэтому следует отдавать себе отчет в
том, под влиянием каких факторов создатель техносферы дейст-
вует разумно. Мы, люди, представляем собой мощный субъект
преобразований информации о нашем мире, получаемой созна-
тельно и неосознанно. Напрашиваются вопросы, над которыми
стоит задуматься:
• Что представляет собой наш мир, каковы его горизонты как
следствия наших личных особенностей?
• Каким образом мы сознательно получаем информацию?
ф Что может влиять на неосознанный приток информации?
Эвристические методы как раз и основаны на умелой поста-
новке вопросов.
Все зависит от того, кто мы есть и кем стремимся быть. Наша
сущность определяет реакции в отношении к акциям воздействия
на нас мира вещей и людей. Мы реагируем каким-либо образом
на то, что с нами происходит. Необходимо считаться с существо-
ванием общества, в котором награды и наказания исполняют
роль, обусловливающую наше поведение, и вырабатывают в нас
навыки реакций, устраивающих тех, кто определяет виды наград
и наказаний. Необходимо помнить о возможности поддаться свое-
го рода «дрессировке», что грозит тем, что мы будем действовать
в интересах «дрессировщика». Подверженность «дрессировке»
ограничивает нашу свободу, которая является необходимым усло-
вием творчества.
Несомненно, нами управляют и неосознанные факторы. Эта не-
осознанность исполняет различные роли, например может созда-
вать защиту от чрезмерного нервного напряжения. Однако сущест-
вует много негативных эффектов того, что в нас не осознанно.
Нужно исследовать собственные импульсивные реакции и стре-
миться к самоконтролю. Во многих случаях важное значение име-
ет содействие.
23—1147
354
Глава 15
Конкуренция способствует развитию отрицательных комплексов
поведения, ей следует противопоставить сотрудничество.
Добровольное сознательное сотрудничество может создать за-
щиту от «дрессировки» и комплексов.
Человек создан для творчества. Это утверждение имеет осно-
вополагающее значение для проектировщика и конструктора.
Творчество требует познавательной позиции, оно должно быть
открыто потоку информации и всему тому, что полезно для твор-
чества. Человек — это существенный элемент социально-космиче-
ского мегакомплекса, и в этом элементе происходят всевозмож-
ные преобразования информации, основанные на накоплении и
переработке.
15.1.2 . Восприимчивость к информации
Эвристика способствует выявлению информации и возникнове-
нию информационных ассоциаций.
Можно встретиться с нежеланием выявлять то, что должно
быть выявлено. Проектировщик может открыть в себе нежелание
принятия информации, неудобной для выполнения задания, так
как она может вызвать необходимость преодоления больших труд-
ностей. Эти трудности обычно заключаются в невозможности ис-
пользования «проверенных элементов технических решений» или
ограниченных стереотипов.
Мышление проектировщика должно быть открытым для потока
информации.
Среди нас становится все больше инженеров, которые замечают
трудности, возникающие тогда, когда ограничиваются традицион-
ными методами. Поэтому стоит вкратце рассмотреть некоторые из
взглядов Мэтчетта в его подходе к обучению инженеров и орга-
низаторов.
По аналогии с концепцией логотерапии Франкля Мэтчетт на-
звал свою теорию логосинтезом; сейчас ее неверно начинают на-
зывать «логотехнологией». В этой теории вводится понятие урав-
нения «3 М»:
Matter—media = meaning,
т. е. материя и средства дают значение тому, что мы делаем и че-
го достигаем своими действиями.
Примеры методов
355
В подходе Мэтчетта материя — это все то, что можно наблю-
дать непосредственно: то, что чувствуем, с чем соприкасаемся, что
видим, чем действуем, т. е. все то, что существует вокруг нас.
Следует не дела подчинять себе, а себя — делу.
Средства приобретают у Мэтчетта чуть ли не мистическое зна-
чение, на что следует обратить внимание с методологической точ-
ки зрения. Средства возникают в связи с тем, что еще не сущест-
вует, но должно быть создано. В практическом и непосредствен-
ном понимании это следствие потребности. Мистицизм здесь со-
стоит в том, что средства понимаются как определенного рода
поток, который связывает то, что существует, с тем, что должно
быть создано. Здесь возникает проблема восприятия информации.
Большое значение имеет позиция открытого отношения к ин-
формации. Проектировщик должен сознательно и чуть ли не
принудительно подчиниться этому средству. По Мэтчетту, это усло-
вие творческого действия, соответствующего полноте и закончен-
ности, пробелы в которых мы заполняем нашей деятельностью.
Необходимо отделять то, что может быть, от того, что должно
быть.
В связи с этим существует проблема объективного выявления
целостности действительности.
Мы склонны к преувеличениям в области жизненных потребно-
стей.
В различных работах Мэтчетта, которые иногда имеют почти
поэтическую форму, указано на проблему чувствительности к по-
требности. Утверждение «что возможно, то и необходимо» — в на-
ше время это катастрофическое недоразумение зашедшего в ту-
пик общества потребления.
15.1.3 . Подготовка к использованию
эвристических методов
Умение видеть целое и осознавать потребность—основная пред-
посылка проектно-конструкторской деятельности.
Этот тезис определяет сущность метода Мэтчетта, который
включает три рекомендации:
23'
356
Глава 15
О Будь в связи с тем, что в данный момент существует по-
всюду; предоставь материи придавать самой себе без искаже-
ния всевозможные ее существенные и неповторимые свойства.
О В любой момент выслушивай и принимай во внимание все
новые коммуникаты. Предоставь тому, что существует, направ-
лять твои мысли и чувства. Будь послушным лишь авторитету
потребности и будь готов подчиниться тому, что еще не сущест-
вует.
О Начинай с того, что сейчас наиболее важно. Действуй в
связи с существующей совокупностью понятий. Расширяй дейст-
вие, думай о языке понятий и действуй только в тех направлени-
ях, которые существенным образом расширяют понятие.
Действительность характеризуется сложностью и изменчивостью.
Эти формулировки весьма обши, но нельзя отрицать их зна-
чения тогда, когда мы стремимся к тому, чтобы инженер справ-
лялся со все более трудными заданиями. Наши трудности при
разрешении проблем часто возникают ввиду чрезмерного упро-
щения образа окружающей действительности и недооценки изме-
нений, происходящих в мире.
К современному инженеру предъявляются все более высокие
требования.
Мэтчетт предостерегает от следования стереотипам и от схе-
матизации нашего мышления. Он указывает на то, что мы долж-
ны преодолевать разделенность воображения и суждений, интуи-
ции и логики, согласия и разногласий и искать действительно су-
щественные способы мышления, которые непозволительно снижать
до какой-либо упрощенной модели.
Это высокие требования, они выше тех, которыми мы обычно
руководствуемся в своих делах. Но если мы поймем, что проекти-
руемое ляжет на плечи будущего, образ которого сегодня рисует-
ся нам в не очень светлых красках, то мы не сможем отрицать
справедливости этих требований.
15.1.4 . Традиционный эвристический подход
Правильные методы оберегают нас от чрезмерно поспешного
заключения, что мы уже решили задачу; в сущности, это может
быть лишь видимость решения.
Эвристический подход можно охарактеризовать в следующих
четырех пунктах:
Примеры методов
357
ф определить проблему — значит понять вытекающую из это-
го задачу;
ф провести анализ проблемы и сформулировать его результат
так, чтобы выявились частные задачи; установить связи между
тем, что дано и известно, и тем, что неизвестно и должно отыски-
ваться; если отсутствуют непосредственные основы нахождения
связей между известными и неизвестными, то нужно искать ана-
логии, разработать план решения основной и частных задач;
ф выполнить свой план, допуская, однако, в случае необхо-
димости развитие (дозревание) решения задачи, т. е. идя на то,
что называется отсрочкой операционного решения;
ф исследовать полученное решение и оценить его с точки зре-
ния окончательного решения на данной стадии процесса удовлет-
ворения потребности.
Существует проблема управления собственным мышлением, ес-
ли мы хотим, чтобы наше действие не было психосоматической
реакцией.
Такого рода рекомендации имеют важное значение, поскольку
они облегчают упорядочение нашего мышления, которое должно
быть подчинено решению поставленной задачи.
Эвристическим методам, основы которых изложены в данном
и предыдущем разделах, нельзя создавать никаких ограничений.
Мы различаем замкнутое и открытое мышление.
Эвристические методы используются замкнутым мышлением,
составляющим всегда некую тайну даже для того, кто благода-
ря способности рефлексивного мышления стремится сам открыть
в себе всевозможные факторы, влияющие на творческие способ-
ности.
15.1.5 . Замкнутое мышление и творчество
Если мы находим в процессе творчества какую-либо тайну, то
сомневаемся меньше всего в ее существовании в том случае, когда
объект творчества возникает в результате замкнутого мышления.
Мы занимаемся техническими действиями с замыслами. По-
этому ограничимся понятиями технического творчества.
Техническое творчество — зто область деятельности, результа-
том которой является целесообразно обдуманный комплекс свойств
и особенностей технических средств, либо способы действия, со-
358
Глава 15
циально признанные как новые и отвечающие действительным или
потенциальным потребностям.
В этом определении обращается внимание на социальное зна-
чение результата творчества, следовательно, здесь учитывается
объективный фактор. Это своего рода постулат, основанный на
убеждении, что субъективизм в техническом творчестве становит-
ся причиной различных социальных потерь.
Если связывать понятие творчества с понятием новизны, то,
скорее всего, ввиду трудности определения абсолютного творчест-
ва следует довольствоваться понятием относительного творчества.
Относительность творческой деятельности объясняется тем, что но-
визна замысла, служащего решением задачи, всегда опирается на
некоторую исходную информацию.
Результаты творчества имеют различное относительное значе-
ние.
На фоне этого возникают споры о плагиате и приоритете. Од-
нако как в науке, так и в технике известны случаи одновременно-
го возникновения одинаковых творческих концепций.
Развитие творческих способностей в процессе обучения имеет
важное социальное значение.
В заключение необходимо обратить внимание на важное зна-
чение специфического относительного творчества, заслуживающего
признания в более широкой социальной сфере; в дидактическом
процессе одной из основ развития мастерства проектировщиков и
конструкторов может быть относительное творчество. Оно прояв-
ляется тогда, когда то, что для учителя не составляет творческого
дела, остается таковым для учащегося, не знающего решения
предложенной ему задачи. Следует, однако, отдавать себе отчет в
том, что развитие творчества в процессе обучения может дать наи-
лучшие результаты тогда, когда в творческом деле обучающий
принимает участие в той же мере, что и ученик.
15.1.6 . Взгляды на творчество
Знакомство с некоторыми взглядами на вопросы творчества
может помочь проектировщикам и конструкторам при исследова-
нии собственных способов действия.
Творчество в большой степени зависит от способности к вооб-
ражению. То, что мы называем воображением, выходит за обыч-
ное представление себе чего-либо, что существует и что может не-
посредственно составлять предмет размышления.
Примеры методов
359
Существуют различные взгляды на творчество. Философы и
психологи образуют по этому вопросу два лагеря.
Одни, опираясь на философию Платона (427—347 гг. до н. э.),
признают идеи мистических состояний духа, благодаря которым
происходит акт творчества. Этот взгляд обосновывается (несколь-
ко замаскированным образом) путем указания на неопределен-
ность объекта творчества, на вдохновение и даже на значение ору-
дий, которыми пользуется творческий работник. Трактуемый та-
ким образом творческий процесс настолько непонятен, «что он не
свойствен интеллекту», а является процессом пассивным, бессозна-
тельным, т. е. результатом случая.
Между платоновским мистическим взглядом и приземленным
взглядом Милля существует множество промежуточных точек зре-
ния.
Другой, совершенно противоположный взгляд основан на про-
заической и малоэффективной концепции сборки чего-либо из
элементов — в результате получается новый замысел, а на его ос-
нове— новое изделие. Такой взгляд приписывается Дж. Миллю
(1806—1873 гг.).
Типичную точку зрения математика представил Пуанкаре
(1854—1912 гг.). По его мнению, замысел возникает более или
менее неосознанно, после чего происходит скачок интуиции — оза-
рение, проникновение в неосознанные до той поры хранилища па-
мяти, содержащие информацию, которая при этом перерабатыва-
ется. После неосознанной подготовки следует творческий акт, не
связанный с волевым усилием. О’Доэрти выдвигает оговорку: дей-
ствительно ли такой акт неосознан и безволен? Не следует ли
учесть факт длительной мыслительной подготовки при участии во-
ображения? В результате этого может произойти осмысленный
творческий акт, связанный с озарением.
Высказывается также мнение, что можно работать творчески
благодаря овладению определенным набором приемов и взаимо-
связей. Если бы так было, то можно было бы создать машины,
способные к творческой деятельности. Можно признать целесо-
образность овладения определенными приемами и взаимосвязями,
но нельзя игнорировать значение озарения.
Мотивы творчества могут быть различны; они еще недостаточно
выяснены.
Согласно психоанализу, основоположником которого был
3. Фрейд (1856—1939 гг.), творческий процесс является самовоз-
буждающимся процессом. Подавленная энергия, соединяясь с эмо-
360
Глава 15
циональным напряжением, достигает порога терпения и пробива-
ется наружу. Это проявляется в форме художественного произве-
дения, научной теории или гипотезы.
Возможно, в некоторых случаях это может составлять объяс-
нение мотивов творчества.
Творчество требует бескорыстия.
Нельзя не упомянуть также точку зрения, встречающуюся »
главным образом в США, центральным пунктом которой служит
homo judens — «человек игры». Разве у детей, спрашивает пси-
холог, оживленная игра не составляет фактор того, что можно
было бы назвать творчеством? Фактор игры не дает полного объ-
яснения, но служит вспомогательным тезисом в той мере, в какой
игра понимается как самовознаграждающая деятельность. Игра,
несомненно, имеет черты бескорыстия, но это не означает, что ор-
ганизация игры всегда бескорыстна.
Представляется весьма вероятным, что каждый из описанных
взглядов открывает лишь часть истины о творческой деятельно-
сти. Поэтому каждое из указанных объяснений может иметь для
нас значение, когда мы задумываемся над развитием творческих
способностей.
15.1.7 . Субъективные основы развития эвристических методов
Эвристические методы имеют тесную понятийную и фактиче-
скую связь с творчеством.
Существенные факторы творчества лишь в малой степени за-
висят от объекта творчества. Благодаря этому эвристические ме-
тоды в их самом общем понимании могут быть использованы в
различных областях творчества: научной, технической, художест-
венной. Поэтому все то, что способствует развитию творческих на-
выков, заслуживает осознания, как с точки зрения собственного
развития, так и с точки зрения помощи другим.
Творчество не заключается в умении жонглировать заученными
стереотипами.
Мы придаем большое значение процессу познания, т. е. созна-
тельным творцом может быть только тот, кто овладевает знания-
ми в области своей деятельности. Этот взгляд подтверждает и из-
вестный всем афоризм: «из пустого даже Соломон не нальет».
Примеры методов
361
Соответственно направляемый способ поиска информации мо-
жет повысить эффективность творческой деятельности, если только
не допустить, чтобы мысль подчинилась имеющейся информации,
и суметь властвовать над ней.
Интуиция имеет большое значение; даже в тех случаях, когда
основой творческого действия служит разум, нельзя его игнориро-
вать. Всегда следует учитывать требование развития навыков ра-
ционального мышления-, навыки проведения упорядоченного ана-
лиза и синтеза составляют здесь условие необходимое, хотя и не
достаточное.
Интуиция, воображение, фантазия и рациональный контроль ре-
зультатов фантазирования составляют последовательность, имеющую
существенное значение.
Склонность к творческому вдохновению, способность к объек-
тивной оценке собственной деятельности, осознание того, что наши
знания, способности и энергия могут быть использованы в твор-
ческом деле,— все это существенные факторы творчества.
Самосознание как одна из основ развития навыков использо-
вания эвристических методов может выявить особое свойство мыс-
лительной деятельности при выборе решения задачи в качестве
объекта. В процессе мышления иногда возникает застой — мы как
бы отступаем от решения задачи; нам кажется, что любое наше
мысленное усилие беоплодно; однако это может быть мнимый
застой. Психологи считают это областью бессознательного разви-
тия того, что впоследствии вырастает до концепции решения за-
дачи. Принимая это во внимание, нельзя психически настраивать
себя против того, что может происходить в нас без сознательного
аналитического и синтетического действия с нашей стороны. Мни-
мый застой может закончиться внезапной вспышкой осознания
«дозревшего» замысла. «Эврика» — знаменитое восклицание Ар-
химеда, которым он ознаменовал открытие закона плавания тел
в жидкостях,— хорошо символизирует прорыв наружу такого оза-
рения.
Видимый застой творческого действия не должен быть равно-
значным тому, что дело запущено и забыто.
Творческие технические действия — действия с замыслами —
требуют овладения информацией, получаемой благодаря различ-
ным коммуникатам, а также фиксации различных наблюдаемых
нами фактов. Особое значение имеет создание ресурсов информа-
ции. При этом важную роль играет символическая запись, которая
позволяет преодолеть ограничения, связанные с барьерами обыч-
362
Глава 15
ного языка и профессионального жаргона. Умение символической
записи информации становится необходимым.
Повторим еще раз: человек создан для творчества.
Если бы не действие различных тормозящих факторов, которые
сопутствуют воспитанию и развитию, то в каждом человеке мог
бы быть активизирован потенциал каких-либо творческих способ-
ностей1^.
Нельзя следовать довольно распространенному убеждению, что
«кто может стать творческой личностью, тот ей и станет». Необхо-
димость увеличения числа творческих инженеров, прожде всего
проектировщиков и копструктуров, требует использовать все воз-
можные способы развития личности (рис. 15.1).
Необходимо, чтобы творческие работники овладели следующи-
ми умениями:
О ориентации в окружающей действительности;
О выбора, требующего решения;
О систематических действий — последовательной реализации
намерения, опирающегося иа сознательный выбор, сделанный на
основе соответствующей ориентации.
Хотеть, смотреть, видеть, думать, размышлять, понимать и тво-
рить.
Выработка ориентации делает возможным развитие умения
выявлять проблемы, что ведет к формулированию проблемы как
задачи для решения.
Овладение понятиями и методами составляет ключевой вопрос,
но их набор всегда должен быть открытым. Ошибочно замыкаться
в сфере неизменных стереотипов. Взгляды на значение таких сте-
реотипов (парадигм, т. е. образов мышления, а прежде всего —
подходов к изучению объектов познания) должны постоянно под-
вергаться критическому пересмотру.
Исполнение с последующей проверкой представляет собой су-
щественный фактор развития правильно понимаемого чувства ответ-
ственности.
Перед решением творческой задачи требуется определение
упорядоченной совокупности понятий, т. е. того, на что указывает
*> Проблематикой творчества в Польше занимаются Я. Козелецкий и 3. Пет-
ра шинский.
Примеры методов
363
существо задачи и соответствующая этой задаче действительность.
Набор методов, отвечающих задаче, также влияет на последо-
вательность ориентация — решение — выполнение.
Используя наблюдения и предварительно упорядоченную ин-
формацию (понятий, способов), мы разрабатываем концепцию,
что во многих случаях связано с риском. Совершенствование на-
шей творческой квалификации в значительной мере зависит от
Рис. 15.1. Операционные и логические связи между элементами проектно-конст-
рукторской деятельности.
критического пересмотра замыслов, составляющих концепцию,
а следовательно, от возможности подтверждения адекватности
концепции.
Творческое умение проектировщиков и конструкторов разви-
вается в тем большей мере, чем меньший интервал времени от-
деляет момент создания замыслов от момента реализации техни-
ческого средства, соответствующего этим замыслам.
Вероятно, недостаточное понимание проблематики техническо-
го творчества является одной из причин недостатков процесса под-
готовки инженеров в наших (и не только наших) учебных заве-
дениях.
15.1.8 . Факторы, тормозящие творчество
Признавая значение творчества и стараясь выявить факторы,
влияющие на развитие соответствующей квалификации, следует
обратить внимание на тормозящие факторы (рис. 15.2). То, что
выделил Холл, мы представили графически для того, чтобы более
выразительным образом указать на вредные факторы.
Трудности восприятия связаны с тем, как видится проблема.
Это может выражаться в том, что либо выделяется то, чего в сущ-
364
Глава 15
ности нет, либо не замечается то, что есть. Это явление какого-то
упрямства наших чувств и разума.
Интеллектуальным недостатком является и слабая готовность
к установлению аналогии и различий между существенными свой-
ствами и особенностями исследуемых комплексов. С этим связаны
недостатки выявления взаимозависимости между установленными
свойствами и особенностями.
Рис. 15.2. Факторы, тормозящие творчество.
Все большее значение приписывается недостаткам, состоящим
в преждевременной критике концепции. Бертран Рассел сказал,
что самым важным открытием нашего времени было «отстранение
суда», т. е. воздержание от преждевременных оценок.
По мнению психологов (см., например, книгу Гилфорда), ин-
теллектуальные недостатки проявляются в неумении:
• познавания;
ф запоминания;
ф расширения поля видения ассоциаций с тем, что познано;
ф выявления сходства различных элементов поля видения,
а особенно — отношений между элементами;
ф проведения критического анализа.
Постоянный критический анализ деятельности нашего разума
совершенствует эту деятельность.
Следует обратить внимание на дефекты, весьма досадные для
проектировщика и конструктора. Это дефекты при создании:
ф конструктивного вида, т. е. того, что связано с действием
нашего воображения и фантазии;
ф символов, т. е. знаков, упрощающих описание записи систе-
мы и конструкции;
ф теории — комплекса утверждений, опирающихся на отобра-
жения в сфере абстракций.
Эрудиция имеет важное значение.
Примеры методов
365
Недостаток знаний и игнорирование информации об их недо-
статке— это факторы, снижающие эффективность действий в лю-
бых сферах деятельности. Эти недостатки должны быть сведены
к минимуму в исследовательской и концептуальной деятельности.
Рис. 15.3. Связи между творческими
усилиями и эрудицией.
--------вклад творческих усилий;
---------- —• вклад эрудиции.
Существенна проблема эрудиции. Эту проблему иллюстрирует
рис. 15.3.
Недостаток информации и стремление к ее чрезмерному на-
коплению в равной мере могут быть препятствием. Связи в массиве
информации способствуют ее закреплению в памяти.
Можно усмотреть потребность овладения оптимальными запа-
сами научной и вообще операционной информации. Эффектив-
ность эрудиции определяют два фактора:
ф фактор усвоения информации;
ф соответствие между затратами на поиск информации и на
операционные, т. е. непосредственно творческие, действия.
Приобретение знаний «на всякий случай» малоэффективно.
Аналогично происходит с обучением «про запас». Мы овладеваем
различными знаниями тем лучше, чем лучше ощущаем потреб-
ность в них. Важное значение имеет упорядочение информации.
Наилучшим фактором упорядочения служит операционная цель.
Зачастую неосознанное стремление к получению как можно
большего объема информации может быть причиной траты на это
столь большого времени, что его недостает для операционной дея-
366
Глава 15
тельности. Поспешное использование полученной информации
тоже уменьшает успех творческих действий.
Недостаток эмоций и их чрезмерность могут быть одинаково
вредны. ।
Преувеличенный рационализм становится причиной недооцен-
ки значения эмоций.
Чувства, привлекаемые к творческому делу, представляются
необходимым условием. Однако чрезмерные эмоции могут быть
тормозящим фактором, поскольку могут уменьшать трезвость
мысли и здравость суждения. На позитивное значение эмоций осо-
бое внимание обращает Мэтчетт.
Всегда ли мы удовлетворены физическими условиями нашего
труда?
Вновь обращаясь к рис. 15.2, отметим, что не следует упускать
из виду вопросы эргономики в работе проектировщика и конструк-
тора. Это освещение и цвет, температура, влажность, шум и т. и.,
которые различным образом влияют на наши психосоматические
возможности. Мы уже обращали внимание на значение рабочей
позы возле чертежной доски.
Наибольшую сложность представляет проблема социальных от-
ношений. Для творческого труда общественное признание являет-
ся фактором огромного значения. Однако прежде всего необходи-
мо помнить о том, что уже само воспитание ребенка, а затем мо-
лодого человека может весомо сказаться на развитии или
приглушении творческих способностей-, выделим особо следующие
факторы:
О содействие высказыванию собственного мнения, опирающе-
гося на самостоятельное мышление;
О свобода критики и содействие диалогу и спору;
О побуждение к инициативе и поощрение соответствующей
меры риска;
О побуждение к действию интуиции.
15.2. Создание технических концепций
Концептуальное исследование — основной метод проектирова-
ния.
Концепция и замысел — синонимы в обиходном языке. В мето-
дологии проектирования концепция имеет особое значение. Концеп-
Примеры методов
367
ция как замысел технического средства содержит описание осно-
вы действия, обычно увязанное со схемой конструктивного вида
технического средства. В нашем подходе мы различаем:
О разработку (формирование) концепции;
О концептуальное исследование.
Концептуальное исследование связано с разработкой набора
концепций.
Сущность концептуального исследования состоит в анализе
многоэлементного набора концепций. Метод концептуального ис-
следования основан на предположении, что существует возмож-
ность нахождения оптимальной концепции благодаря сравнению —
в свете выбранных критериев — различных концепций в состав-
ленном наборе. На это мы уже обращали внимание, используя
рис. 8.2.
Соответственно большое число концепций увеличивает надеж-
ность выявления оптимальной концепции.
Сравнению подвергаются прогнозируемые на основе концепции
особенности и свойства материального комплекса, который должен
стать техническим средством. Поиск среди многочисленных кон-
цепций вытекает из убеждения, что существует некий набор, в ко-
тором находится «идеальное решение». Априори можно принять,
что существует неограниченное число возможных концепций, что
приводит к понятию области возможных решений. Достаточно ши-
рокая область возможных решений создается с помощью интуи-
ции, а также благодаря здравому рассудку, ограничивающему об-
ласть решения в отношении затрат времени и труда. Успех
поиска оптимальной концепции зависит, кроме того, от использо-
вания вспомогательных методов. Понятие возможного решения
говорит о том, что какая-либо, даже фантастическая или внешне
бессмысленная концепция может быть в конечном итоге расценена
как основа оптимального решения.
В области возможных решений есть место для фантастических
замыслов, невозможных в практическом использовании, и среди
них — для решений, безусловно имеющих важное практическое зна-
чение.
При разработке концепций и концептуальном исследовании не
следует рассматривать условия изготовления или вообще хозяй-
ственные условия. Прилагательное «возможные» при слове «ре-
368
Глава 15
шения» означает лишь возможность существования замысла как
результата деятельности интеллекта.
Отсутствие каких-либо ограничений практического характера
при создании концепций уменьшает вероятность пропуска тех
концепций, которые после преодоления трудностей могут оказать-
ся оптимальными.
Можно встретиться с различными взглядами на вопросы коли-
чества возможных решений. В этой части книги мы рассмотрим
два принципиально разных метода создания концепций, из которых
второй направлен на постепенное совершенствование основной
концепции.
15.2.1. Объект процесса создания концепций
Основные объекты творческой инженерной деятельности — си-
стема и конструкция. Таким образом, создание концепций — это
создание области возможных решений для системы и конструкции.
Поэтому в проектировании мы различаем:
О создание системных концепций;
О создание конструктивных концепций.
Создание конструктивной концепции предваряется концепцией
системы или основывается на учете существующего комплекса тех-
нических средств.
Разработанные системные концепции образуют область воз-
можных решений для системы как основы действия технического
средства, которое должно служить удовлетворению установленной
потребности. Поэтому создание системных концепций начинается
после достаточно тщательного выявления потребности.
Разработка конструктивных концепций начинается с момента
определения схемы конструктивного вида и тесно связана с разра-
боткой системных концепций.
В процессе проектирования создание концепций так или иначе
приводит к установлению схемы конструктивного вида. Схема
конструктивного вида отличается от окончательного конструктив-
ного вида лишь уровнем детализации. На стадии концептуального
исследования необходим такой уровень, который позволяет про-
извести оценку проекта как основы:
ф либо разработки нового технического средства,
ф либо подбора известных конструкций, непосредственно-
го выбора существующих технических средств или внесения
изменений в отношения между отдельными средствами ком-
плекса.
Экономическая рациональность создания концепций опреде-
ляется детализацией описания системы 1и конструктивного вида.
Примеры методов
369>
Следует учитывать потребность различных степеней детализа-
ции системы. Окончательная детализация системы, т. е. заверше-
ние в желаемой мере процесса проектирования, может произойти
в процессе конструирования отдельных технических средств или
технического мегакомплекса в целом. Проектно-конструкторский
процесс протекает во времени и требует соответствующих затрат
инженерного и вспомогательного труда. Всегда существует про-
блема рационального использования времени и затрат. Операции
формирования концепций должны быть проведены так, чтобы
выполнялось условие оптимизации творческой деятельности в све-
те критериев рационального использования времени и затрат.
Концепции детализируются настолько, насколько это необходи-
мо для их сравнения на основе выбранных критериев.
Концепции системы и конструктивного вида, если они должны
быть выбраны из множества различных концепций (а это состав-
ляет основы метода), не должны быть чрезмерно детализированы,
поскольку это потребовало бы слишком большого расхода времени
и труда. Система и конструкция в конечном счете определяются
некоторой совокупностью операционных данных. Их концепции
можно определить значительно меньшей совокупностью данных —
это особенно относится к конструктивному виду, который обычно
в процессе конструирования все равно подвергается различным
существенным изменениям.
Можно считать, что уровень детализации концепции зависит
от требований, вытекающих из комплекса критериев. Поэтому:
Тип и число системных и конструктивных характеристик, уста-
навливаемых в процессе разработки концепции, зависят от комп-
лекса критериев.
15.2.2. Два основных метода создания
области возможных решений
Мы различаем совокупности концепций со связями между эле-
ментами совокупности и без них.
Методы создания области возможных решений, из которых,,
в сущности, складываются методы формирования концепций,
представляют собой основу творческого подхода. Рассматривая
методы создания области возможных решений с более общих по-
зиций, учтем, что между элементами совокупности могут сущест-
вовать связи. Поэтому имеются два случая создания области воз-
можных решений:
24—1147
.370
Глава 15
ф создание совокупности без учета непосредственных связей
между ее элементами до тех пор, пока не приступают к оценке с
щелью определения наилучшего решения;
ф создание совокупности с учетом непосредственных связей
между элементами совокупности.
Нет ни хороших, ни плохих подходов к новым концепциям, ес-
ли полученная концепция отвечает выбранным критериям.
Виды мышления и поведения человека различны. Методологи-
чески различая два описанных основных подхода к созданию со-
вокупности концепций, отметим тем не менее, что в разных об-
стоятельствах следует использовать оба подхода. Нельзя исклю-
чать ни одного творческого способа обдумывания и поиска
концепции; известно, что концепции возникают в результате воз-
действия различных факторов на субъект творчества. Из собствен-
ного опыта мы знаем, какое большое значение имеет сила мысли-
тельных ассоциаций.
Методы создания концепций не должны становиться стереоти-
пами.
Необходимо еще раз предостеречь от замыкания мысли в тес-
ном кругу стереотипных ассоциаций. Освобожденное от воздейст-
вия стереотипов, разнообразие концепций безгранично; доказа-
тельством этого служат замыслы создателей фантастических про-
изведений.
15.2.3. Создание концепций без непосредственных
связей
Типичным примером создания концепций без непосредствен-
ных связей является так называемый мозговой штурм. Результат
создания области возможных решений без связей между концеп-
циями иллюстрирует рис. 15.4.
Отсутствие связей исключает все ограничения, кроме тех, ко-
торые следуют из формальных условий метода создания неогра-
ниченного набора концепций. Стремясь к возможно более точно-
му пониманию рассматриваемой задачи, нелишне добавить, что
отсутствие связей вообще относительно, поэтому мы говорим об
отсутствии непосредственных связей; относительность этого отсут-
ствия может также заключаться в том, что не были установлены
те отношения, которые в той или иной форме все же могут сущест-
вовать.
Примеры методов
371*
Отсутствие связей имеет свои достоинства, но оно может быть,
причиной чрезмерной расточительности усилий.
Стратегия формирования концепций в различных ситуациях мо-
жет состоять в использовании двух или более методов создания
области возможных решений. Связи, всегда формально увязанные.'
Рис. 15.4. Область концепций без непосредствен-
ных связей.
с особенностями используемого метода, могут фактически не про-
являться в случае использования слишком разных методов.
15.2.4. Создание взаимосвязанных концепций
Связями служат отношения между концепциями, прежде всего
отношения преобразований разнородных концепций.
Модель создания взаимосвязанных концепций показана на
рис. 15.5. Это постепенное формирование концепций посредством'
использования преобразований. В процессе создания области воз-
Рис. 15.5. Модель формирования взаимосвязанных*
концепций.
можных решений одну концепцию преобразуют в„ другую. Эти проф-
образования состоят в придании новых значений, а значит, новых
особенностей техническому средству в соответствии с принятыми-
критериями. Прямые линии графа на рис. 15.5 представляют со-
бой отношения преобразований; узлы их, как и точки на рис. 15.4,.
24“
372
Глава 15
обозначают концепции в области возможных решений. Если гра-
фическая модель в какой-то мере характеризует обширность об-
ласти возможных решений, что мы можем понимать как «меру»
разнородности концепций, то длины отрезков, обозначающих от-
ношения преобразований, служат мерой последовательно вводи-
мых в концепцию изменений.
Методы, основанные на постепенном формировании взаимосвя-
занных концепций,
О уменьшают вероятность возникновения фантастических кон-
цепций, не отвечающих принятым критериям;
О требуют умения избавляться от воздействия стереотипов,
что существенно с точки зрения возможности развития первона-
чальных концепций;
О требуют больших интеллектуальных и соответствующих эмо-
циональных усилий для пробуждения интуиции.
Значения технического средства формально охватываются кри-
териями.
Философские основы метода постепенного создания взаимосвя-
занных концепций можно различить в упомянутом уже логосинте-
зе, сформулированном Мэтчеттом. Таким образом, можно считать,
что преобразование одной концепции в другую заключается в при-
дании нового значения техническому средству, которое предпола-
гается сконструировать и изготовить на основе концепции. Это
значение определяется адекватностью удовлетворения потреб-
ности.
Выполнение условий, вытекающих из принятого комплекса кри-
териев, состоит в придании проектируемому техническому средству
новых значений.
Постепенное формирование концепции является развитием тра-
диционного способа установления какой-либо концепции. Перво-
начальная концепция служит фундаментом создания следующей
концепции. Дальнейший ход операций — это не что иное, как по-
степенное совершенствование концепции.
Метод постепенного формирования концепций имеет еще одну
частную особенность. Переход от одной концепции к другой по-
зволяет не только совершенствовать непосредственно концепцию,
но также способствует совершенствованию комплекса критериев.
На стадии создания концепции особо важное значение имеет
«открытость» комплекса критериев, позволяющая находить новые
значения.
На рис. 15.5 представлены концепции с одношаговыми преоб-
разованиями. Однако метод не ограничивается только этим случа-
Примеры методов
373
ем. На рис. 15.6 мы приводим модель разветвленного формирова-
ния как частного случая постепенного формирования взаимосвя-
занных концепций. Причинами разветвленного формирования
концепций могут быть:
• получение концепции X, которая ограничивает возможность
дальнейших преобразований (особенно если эта концепция не со-
ответствует возможностям материальной реализации);
Рис. 15.6. Модель разветвленного формирования
концепций.
ф поиск решения технической задачи
тов комплекса критериев.
К цели часто ведут разные пути, особенно если цель определена
по-разному.
Постепенное создание концепций, особенно многоходовое, иг-
рает важную роль в системном, проектировании, поскольку оно
способствует постепенному установлению целого, неотъемлемую
часть которого должен составлять объект проектирования.
15.2.5. Проблемы абстракции в создании концепций
В творческом техническом процессе от замкнутого мышления
переходят к открытому рассуждению.
Здесь мы различаем как последовательные стадии:
О замкнутое мышление;
О открытое рассуждение.
Насколько замкнутое мышление может подвергаться влиянию
самых различных субъективных факторов, настолько открытое
рассуждение постепенно испытывает воздействие дисциплинарных
правил логики и рациональности. Однако и для того, и для дру-
гого общим принципом остается упорядочение мышления.
Избавление от хаоса и стремление к порядку — это логическая
необходимость.
374
Глава 15
Одна из проблем упорядоченного мышления состоит в понима-
нии уровней абстракции, поскольку это упрощает определение
очередности творческих действий.
Понятия системы и конструкции позволяют установить уровни
абстракции, что является специфической особенностью этих по-
нятий.
15.2.6. Два основных уровня абстракции
Очередность рассмотрения конкретности и абстракции на раз-
личных уровнях зависит от цели анализа и синтеза.
На рис. 12.13 проиллюстрированы основные уровни абстрак-
ции: уровень конструкции, т. е. первый уровень абстракции, и уро-
вень системы, т. е. второй уровень абстракции. Эта проблема рас-
Рис. 15.7. Граф разнородности объектов концепции.
смотрена в разд. 12.9. Здесь мы говорим о создании технических
концепций, в частности о проблеме формирования области воз-
можных решений. Сущность этой проблемы состоит в целенаправ-
ленном создании разнородных концепций. Пользуясь рис. 15.7, рас-
смотрим основы разнородности технических концепции.
В творческой технической деятельности мы обращаемся в ко-
нечном счете к сфере конкретностей.
В этой сфере мы различаем:
О материальную потребность;
О функционирование технического средства с точки зрения
удовлетворения потребностей;
О техническое средство, представляющее собой искусственный
материальный комплекс, которому придана желаемая структура,
обеспечивающая его функционирование.
Функционирование с точки зрения материальной потребности
обусловливает определенные структуры изделия.
Примеры методов
375
Для упрощения затронутой проблемы выделим три понятия:
«потребность», «действие» и «структура», одновременно оговари-
вая необходимость различения абстракции и конкретности, а так-
же уровней абстракции.
Действие технического средства конкретно, но в сфере абстрак-
ций оно представлено особенностью технического средства. В на-
шем сознании — в интуитивном мышлении и логическом рассуж-
дении — особенность материального комплекса представляет со-
бой модель материальной действительности.
Существенным объектом процесса создания концепций являют-
ся разнородные действия и разнородные структуры.
Структура — это свойство материального комплекса, т. е. абст-
ракция. В наших мыслительных операциях мы также пользуемся
моделью потребностей, под которой мы понимаем комплекс кри-
териев. Формирование концепций действий и структур (тех и дру-
гих прежде всего путем обдумывания и определения конструктив-
ного вида) ведет к установлению системы и конструкции.
Потребность может быть удовлетворена различными действия-
ми, а сами действия могут быть реализованы при существовании
различных структур.
Используя рис. 15.7, обратим внимание на возможную разно-
родность:
ф потребностей, из которых мы выбираем как побудительную
причину деятельности ту, которая соответствует социальным кри-
териям и определена комплексом критериев;
ф действий, основой которых в процессе проектирования ста-
новится система, удовлетворяющая комплексу критериев;
Ф структур, которые так же, как и действия, могут быть раз-
нородны; из них мы выбираем те, которые определены в процессе
конструирования конструкцией, соответствующей комплексу кри-
териев.
Различение понятий особенности технического средства, т. е.
его действия, и свойства, т. е. его структуры, является методологи-
ческой операцией, но, однако, она не должна приводить к нару-
шению диалектического понимания творческого процесса. Поэтому
всегда нужно помнить, что:
ф действие — это логическая функция потребности;
Ф структура—это логическая функция действия.
Такое понимание творческой деятельности иллюстрирует
рис. 15.7. Из разнородных действий и разнородных структур не-
376
Глава 15
обходимо выбрать те, которые наилучшим образом отвечают со-
ставленному комплексу критериев; это осуществляется путем оп-
тимизации системы и конструкции как диалектического единства.
15.2.7. Формальная классификация концепций
В предыдущих разделах мы провели самое общее различение
концепций с точки зрения их содержания. Основой формальной
классификации концепций Кс могут быть критерии новизны и
оригинальности.
На практике используется относительно несложная классифи-
кация технических замыслов; она принимает во внимание следую-
щие категории:
ф приспособление — использование известных конструкций
применительно к конкретной ситуации; это явление, относительно
часто встречающееся в практике проектно-конструкторских орга-
низаций, более других способствует возникновению рутины;
ф усовершенствование — технический замысел опирается на
известные решения и проведение изменений в соответствии с кри-
териями, которые не были учтены в том решении, которое под-
вергается усовершенствованию;
ф изобретение — техническая концепция, удовлетворяющая
среди прочих требований критерию новизны и получающая па-
тентное свидетельство.
В творческой технической деятельности следует прежде всего
руководствоваться потребностью усовершенствований и изобрете-
ний, поскольку на этом основана оптимизация техносферы.
При создании концепции важное значение имеет соответствую-
щая информация. Например, применение требует относительно ма-
ло информации. Вся «соль» концепции заключается в этом случае
в использовании «стереотипа» — известной конструкции, пусть
даже на уровне концепции.
Не всегда удается однозначно определить границы, позволяю-
щие выделить тип концепции. Однако это не составляет сущест-
венной проблемы методологии проектирования.
Наша попытка формальной классификации концепций выгля-
дит следующим образом:
Кср— концепция приспособления: заключается во введении из-
менений в известные конструкции соответственно условиям, не
позволяющим непосредственно использовать данную конструкцию;
Примеры методов
377
это в общем сводится к изменению геометрических конструктив-
ных характеристик1);
K,ck —компилятивная концепция: использование элементов
различных конструкций или известных концепций и составление
из них новой целостности;
Кси — усовершенствованная концепция: по существу, изменен-
ная в соответствии с измененным комплексов критериев;
Ксо — оригинальная концепция: она опирается на новые осно-
вы прежде всего с точки зрения способа действия и не связана
с компиляцией элементов других конструкций; об оригинальности
концепции может говорить получение авторского свидетельства
или патента;
Кса — экспериментальная концепция: оригинальная концепция,
требующая кроме общих научных основ проведения эксперимен-
тальных исследований;
К.сн — гипотетическая концепция: не опирается на известные
физические или вообще научные основы, позволяющие в достаточ-
ной мере предвидеть поведение объекта концепции как техниче-
ского средства;
К.са — «любительская» концепция: не опирается ни на профес-
сиональный анализ, ни на объективно проведенные эксперимен-
тальные исследования; это замысел, который возникает в резуль-
тате деятельности лиц, не обладающих профессиональной квали-
фикацией. К группе концепций такого типа нужно причислить и
концепции маньяков, для которых часто изобретательство стано-
вится самоцелью.
Определение типа концепции может стать фактором соответ-
ствующей оценки потребности в затратах на разработку системы
и конструкции.
В концепциях сложных комплексов могут находиться слагае-
мые, которые соответствуют различным основным типам концеп-
ций: Кср, Kck, Кси, Кс0, Кса и Kch.
15.2.8. Ход действий в процессе создания концепций
Мы различаем два хода проектных действий в процессе создания
концепции: от функционирования к изделию и от изделия к функ-
ционированию.
В поле зрения проектировщика и конструктора находится пред-
ставление изделия, которое своим функционированием должно
*> Не обязательно геометрических; могут подвергаться изменению и другие
конструктивные параметры — электрические, тепловые и пр. — Прим: ред.
378
Глава 15
обеспечивать удовлетворение потребности. Поэтому в данной обла-
сти с практической точки зрения можно выделить функциониро-
вание и изделие. Для проектно-конструкторского процесса наибо-
лее типичен ход творческих устремлений от функционирования к
изделию. Такой ход действий (/) представлен на рис. 15.8.
Рис. 15.8. Варианты хода действий в процессе формирования концепций.
Один из вопросов эвристического метода формулируется так:
не может ли быть иначе? В таком случае существует альтернати-
ва хода действий. На рис. 15.8, а показан обратный ход дейст-
вий (//): от изделия к функционированию.
В отношении каждого изделия как определенного техническо-
го средства можно поставить вопрос: какое другое действие может
быть совершено данным объектом, кроме того, для которого он
был первоначально предназначен? Следует учитывать две воз-
можности:
• концепция новых входов и выходов без потребности в кон-
структивных изменениях;
ф концепция конструктивных изменений с точки зрения рас-
ширения диапазонов входов и выходов или изменения их вида.
Рассмотрение процесса формирования концепций с различных
точек зрения дополняет сферу методологии и благодаря этому уве-
личивает стратегические возможности творческой деятельности.
Рис. 15.8, б иллюстрирует случай «от функционирования к из-
делию». Для данного функционального действия D можно пред-
ложить различные концепции изделия и, следовательно, различ-
ные концепции конструктивного вида изделий: Wi, W2, IF3 и IP4-
Примеры методов
379
Автомобили, радиоприемники, телевизоры, стиральные машины и
т. п. — прекрасные примеры формирования концепций такого
рода. Однако это довольно упрощенный подход, так как он не
учитывает различных частностей функционирования, а рассматри-
вает главным образом основное функциональное действие.
На рис. 15,8, в представлен другой ход проектных действий.
Возможность формирования концепции заключается в том, что
изделие W, предварительно намеченное для функционирования
Di, может быть использовано для функциональных действий £>2
или D3.
Комплексное функционирование не должно быть лишь лозун-
гом.
Учитывая возможность хода проектйых действий от функцио-
нирования к изделию и от изделия к функционированию, следует
указать на возможность использования метода комплексного фор-
мирования концепций (рис. 15.8,г). Каждое из обозначенных из-
делий IFi, 1^2 и Wg может вызывать функциональные действия Du
D2, Ds и £>4. Рассмотрение различных проектных возможностей мо-
жет иметь большое значение не только в свете обоснования тех-
нической целесообразности, но также и в свете экономического
обоснования.
В связи с методом комплексного формирования концепций об-
ратим внимание на значение комплекса критериев. Без такого
комплекса нельзя судить о значении концепции. То, что изделия
IFi и IF3 имеют возможность функциональных действий £)ь £>2 и
Du и соответственно D\, D3 и £>4, может еще не давать им преиму-
ществ перед концепцией изделия W2, несмотря на то, что оно име-
ет лишь две возможности функционирования: £)2 и £>з. Критерии
стоимости и надежности могут определить выбор решения в поль-
зу W2.
15.3. Программа деятельности как метод
Творческая техническая деятельность разворачивается между
коммуникатом о потребности и операционным коммуникатом.
Предпринятые различными методологами исследования техни-
ческого творчества лучше всего отвечают проектно-конструктор-
ской деятельности. Попытка синтеза различных способов форму-
лирования модели творческого технического действия на основе
понимания науки проектирования и конструирования, представ-
ленного в данной книге, привела к модели, приведенной на
380
Глава 15
рис. 15.9; в этой модели можно заметить аналогию с моделью
Брюса Арчера, описанной в предыдущих книгах автора. Арчер,
однако, разделяет анализ и синтез как обособленные стадии твор-
ческой деятельности. Между тем почти в каждом процессе, свя-
Рис. 15.9. Модель процесса технического творчества.
занном с мышлением либо наблюдением, можно заметить транс-
формирующиеся операции анализа и синтеза. Можно лишь обна-
ружить преобладание того или другого на различных стадиях; так,
например, в исследовании коммуникатов можно заметить преобла-
дание анализа, а в формировании концепции—-преобладание син-
теза; зато в развитии концепции трудно говорить о перевесе син-
теза над анализом или наоборот.
Программа деятельности — это не только фактор, намечающий
очередность действий; она имеет также значение эвристического
фактора.
Для того чтобы читатель мог выработать более широкое пред-
ставление с учетом различных подходов, представим две програм-
мы (по Дж. Джонсу и Б. Арчеру). Второй из них расписывает
Примеры методов
38 Е
программу более подробно. В обеих программах анализ и синтез
разделены как обособленные стадии проектно-конструкторского
процесса. При изложении этих программ мы используем термино-
логию настоящей книги.
Много методологов упорно придерживаются трех составляю-
щих: анализа, синтеза и оценки.
По Джонсу, программа делится на три основные части:
1. Анализ.
1.1. Сбор данных, среди которых имеются также случайные.
1.2. Классификация данных.
1.3. Составление перечня средств информации.
1.4. Анализ данных и определение взаимозависимостей между
ними.
1.5. Составление перечня критериев функционирования.
1.6. Согласование определяющих критериев.
2. Синтез.
2.1. Творческое осмысление.
2.2. Разработка частей целого.
2.3. Установление распределения структур этих частей (эле-
ментов) .
2.4. Рассмотрение различных комбинаций частей.
2.5. Упорядочение полученных решений, позволяющее легко-
вникнуть в результат разработки.
3. Оценка.
3.1. Выбор метода оценки.
3.2. Проведение оценки с точки зрения функционирования, из-
готовления и сбыта.
Можно сформулировать много подобных программ, еще более-
подробно описать операции, но не всегда следует идти одной до-
рогой.
Арчер выделяет девять стадий, которые определяют более ши-
рокую область деятельности, чем та, которую рассматривает
Джонс.
0. Предварительные операции.
0.1. Получи запрос.
0.2. Оцени запрос.
0.3. Оцени загрузку проектно-конструкторских групп, вытекаю-
щую из принятия запроса.
0.4. Разработай предварительный ответ на запрос.
1. Подготовительные операции.
1.1. Прими запрос в случае положительных результатов предва-
рительных операций.
-382
Глава 15
1.2. Определи частные цели.
1.3. Определи ограничения.
2.. Программирование.
2.1. Определи ключевое решение.
2.2. Предложи порядок действий.
-3. Сбор данных.
3.1. Собери доступную информацию.
3.2. Приведи данные в порядок и проведи их классификацию.
-4. Анализ.
4.1. Сформулируй частные задачи.
4.2. Проанализируй частные задачи с точки зрения целей.
4.3. Разработай комплекс критериев функционирования.
3. Синтез.
5.1. Реши задачи соответственно целям.
5.2. Предложи способ согласования противоречивых критериев
функционирования.
5.3. Расширь основы решения частичных задач.
5.4. Предложи схему общего решения.
<6. Развитие.
6.1. Определи концепцию конструкции.
6.2. Разработай принципиальную модель.
6.3. Увяжи основы решения частичных задач.
6.4. Предусмотри развитие целого.
6.5. Проверь гипотезы, принятые в решении.
'.7. Коммуникат.
7.1. Определи потребность в коммуникатах.
7.2. Выбери наиболее соответствующие.
7.3. Обработай документацию как коммуникаты.
7.4. Передай коммуникаты.
18. Завершение.
8.1. Заверши процесс разработки.
8.2. Передай материалы в архив.
Анализ представленных и других подобных программ приво-
дит к заключению, что* чем проще проектно-конструкторская за-
дача, тем легче формулирование однозначной программы. Для
больших и сложных задач требуются программы, модифицируе-
мые непрерывно; основой такой модификации должен служить
комплекс критериев, придающий значение всему творческому про-
дессуА
В связи с понятиями, названными в данном разделе, обратим
еще внимание на рис. 15.9.
Коммуникат о потребности — это характеристика операций, на
которые мы обратили внимание в предыдущих главах как на то,
что служит основой выявления потребности.
*> Подобными программами занимаются в Кракове доц. В. Лепкевич и доц.
Б. Маховский — создатели метода «Лемах».
Примеры методов
383;
Коммуникат о потребности может быть носителем информа-
ции, который находится в области проектно-конструкторского
комплекса (на рис. 15.9 эта область обозначена прямоугольни-
ком). Этот коммуникат может быть и за пределами данной обла-
сти, что представлено на рис. 15.10, где показана модель, расши-
ренная по сравнению с рис. 12.31).
На рис. 15.10 выявление потребности (гр) выходит за границу
проектно-конструкторского комплекса как учреждения, что не оз-
начает, что выявление потребности должно происходить без уча-
стия инженеров.
Всегда нужно отдавать себе отчет в том, что было до нас и
что открывается перед нами.
На проблему программирования обращено внимание в-
разд. 14.5. В социально-экономическом подходе соответствующие-
операции входят также в состав планирования (pl)—рис. 15.10.
Сбор данных — это группа существенных операций в собствен-
но проектировании; она прежде всего связана с установлением
комплекса критериев.
В операциях с коммуникатами исследуются непротиворечивость-
и полнота коммуникатов (ср. с разд. 14.4). Критический анализ
коммуникатов может быть причиной возврата к операциям про-
граммирования и сбора данных, что представлено в модели;
рис. 15.9 в форме обратных связей. В модели рис. 15.10 эти обрат-
ные связи не отображены, поскольку они происходят в области^
обозначенной блоком- рг.
Формирование концепции в представлении по рис. 15.9 соот-
ветствует прежде всего проектированию рг на рис. 15.10.
Скептическое отношение к результатам творческого действия
имеет свои достоинства, но оно не должно парализовать активной
позиции.
Развитие концепции как основы процесса изготовления закан-
чивается в процессе конструирования ks. Модель рис. 15.9 демон-
стрирует группу обратных связей, подробно показанную на
рис. 15.10, где соответствующие связи обозначены номерами от 1
до 4.
*> Проектно-конструкторский процесс можно сравнить с действием в много-
мерном пространстве. Любой процесс может быть представлен в нем своего рода
сечением, имеющим меньшее число измерений. В зависимости от способа выпол-
нения «сечения» получается образ различного уровня детализации. Рис. 12.3, 15.9
и 15.10 взаимно дополняют друг друга как модели процесса в его различной,
трактовке.
384
Глава 15
Рис. 15.10. Процесс удовлетворения потребности в техническом средстве.
Подготовка операционных коммуникатов— это завершение раз-
работки и оформление проектно-конструкторской документации,
в точном теоретическом понимании — записи системы и конструк-
ции.
На рис. 15.9 показана внешняя обратная связь, которой соот-
Примеры методов
385
ветствуют проверочные действия на рис. 12.3, обозначенные но-
мерами от 6 до 10 на рис. 15.10; кроме того, на рис. 15.10 приве-
дена обратная связь 5, которая предназначена для обнаружения
ошибок изготовления.
Связи И и 12 заходят в область изготовления wt и эксплуата-
ции ер, представляя собой фактор совершенствования изготовле-
ния и эксплуатации технического средства.
Осознание процесса удовлетворения потребности имеет боль-
шую эвристическую силу.
В методологии проектирования и конструирования особое вни-
мание обращается на частные объекты технической деятельности.
Это объекты нашей непосредственной либо косвенной деятельно-
сти. Они представлены на рис. 15.10 следующими обозначениями:
Ор — описание потребности;
Р1 — промышленно-финансовые и научно-технические планы;
Рг — описание и запись системы и концепции конструктивного
вида вместе со всевозможными вспомогательными ком-
муникатами, упрощающими соответствующую интерпре-
тацию проекта;
Ks— конструкция и запись конструкции как информация, не
подлежащая интерпретации, а лишь, возможно, крити-
ческой оценке в процессах изготовления wt и эксплуа-
тации ер-,
Wt — изделие, которое должно стать техническим средством;
ZP — процесс удовлетворения потребностей.
Этими положениями следует руководствоваться при разработке
любых программ, поскольку они наряду с обоснованиями целесо-
образности существования технического средства и изделия ис-
пользуются для установления комплекса критериев.
15.4. Практический подход
Постепенная детализация стадий творческого технического про-
цесса имеет практическое значение.
Здесь мы кратко рассмотрим практический подход, т. е. под-
ход, имеющий значение с точки зрения практических связей меж-
ду субъектами творческого процесса и субъектами, заинтересован-
ными в результатах этого процесса. Практика отдельных лиц и
учреждений указывает на важность ранжирования результатов
творческого процесса. Это ранжирование производится соответст-
венно стадиям творческого процесса, которыми являются:
О разработка концепций;
25—1147
386
Глава 15
О предварительная разработка;
О операционная разработка.
Увязка должна проводиться в соответствии с принципом позна-
ния «от общего — к частному».
В нашей сегодняшней практике проектирования соединяют две
начальные стадии, называя их технико-экономическим обоснова-
нием ТЭО. Предполагается, что это должно способствовать сокра-
Рис. 15.11. Программа
практического подхода к
созданию концепции.
щению длительности проектно-конструкторского процесса. Одна-
ко, как показывает опыт, ТЭО не охватывает всего того, что вхо-
дит в разработку концепций и предварительную проектно-конст-
рукторскую цроработку. Поэтому с методологических позиций
мы сохраняем трехкомпонентную практическую программу
(рис. 15.11).
Примеры методов
387
15.4.1. Разработка концепций^
Учитывая, что любое рациональное действие можно свести к
трансформирующемуся комплексу операций анализа и синтеза,
обратим внимание при упрощенном описании стадии разработки
концепций на возникновение операций этих двух типов.
В разработке концепций особое значение имеет описание по-
требности. С того момента, когда это сделано в форме соответст-
вующей записи, оно становится объективным предметом анализа.
Формальным результатом анализа должен быть комплекс крите-
риев, на что в гл. 9 было обращено особое внимание.
Анализ описания потребности приводит к синтезу особенностей
и свойств будущего технического средства.
Комплекс критериев становится основой операций синтеза.
Кроме знаний о технических средствах, существенную прмощь
оказывают эвристические методы. В нашем воображении появля-
ются всевозможные замыслы способов удовлетворения потребно-
сти, а также предполагаемые конструктивные виды различных
технических средств.
Рационализация стадии разработки концепций связана с ис-
пользованием различных методов в процессе создания области
возможных решений. Согласно системному подходу формальным
объектом концепции служат входы I, выходы О и действия тех-
нического средства D.
Проект на стадии разработки концепций может быть предметом
формального утверждения и тем самым проверки; в этом заклю-
чается ее значение.
Этот результат синтеза подвергается анализу. Конкретизируя
результаты синтеза, следует назвать объектом анализа предпола-
гаемые физические свойства, а также различные практические ас-
пекты, на которые должны указывать критерии. После этого ре-
зультат анализа подвергается операциям синтеза, которые ведут
к формулированию конструктивных предпосылок, создающих вме-
сте с концепцией технического средства проект на стадии разра-
ботки концепций.
Исследование результата разработки концепций может быть
первым поводом к выявлению всяких недостатков распознавания
*’ Соответствует стадии технического предложения по ГОСТ 2.103-68. — Прим,
перев.
25*
388
Глава 15
потребности или недостатков в комплексе критериев. Одновремен-
но это позволяет вскрыть различные противоречия между резуль-
татами анализа и синтеза.
15.4.2. Предварительная разработка1)
Проект на стадии разработки концепций может стать основой
предварительной разработки.
Проект на стадии разработки концепций должен быть введе-
нием к предварительной разработке области возможных решений.
Рассматривая задачу в самых общих очертаниях, следует ре-
комендовать на этой стадии сначала предпринять предваритель-
ный анализ концепций в свете установленного комплекса критериев.
После этого наступает момент выбора концепции; эта работа
начинается с операций оптимизации (гл. 8). Выбранные концеп-
туальные решения подвергаются анализу, который является про-
должением операций выбора из области возможных решений. Оп-
тимизация— это аналитическая операция.
Как рекомендацию общего характера следует выдвинуть по-
стулат создания феноменологической модели технического средст-
ва, концепция которого была выбрана в результате предваритель-
ной оптимизации из области возможных решений. В последующих
разделах гл. 15 мы обратим внимание на методы последователь-
ной разработки феноменологических и математических моделей.
Математическая модель выражает стремление к наиболее далеко
идущей рационализации проектно-конструкторского процесса.
В результате предварительной разработки должна быть создана
относительно однозначная основа разработки конструкции.
Аналитические исследования на основе модели имеют целью-
оптимизацию основных конструктивных свойств, а также особен-
ностей комплекса как технического- средства. Это в свою очередь
обеспечивает синтез важнейших конструктивных характеристик,
которые определяют конструктивный вид, прежде всего форму и
основные размеры технических средств. Этот подход рекомендует-
ся использовать при предварительной разработке проектов машин,
зданий и технических мегакомплексов с довольно высоким уров-
нем сложности.
*> Задачи, описанные автором в этом разделе, соответствуют стадии эскизного
проекта по ГОСТ 2.103-68. Однако мы оставляем авторские термины «предва-
рительная разработка» и «предварительный проект», которые с методологической
точки зрения имеют более широкое значение. — Прим, перев.
Примеры методов
389
В предварительном проекте должны содержаться эскизы и
описания, а также частные конструктивные предпосылки вместе
с соответствующим образом развитым и детализированным комп-
лексом критериев. Насколько проект на уровне концепций должен
позволять интерпретацию, что обеспечивает большую свободу вы-
бора проектно-конструкторского решения, настолько предваритель-
ный проект должен отличаться такой детализацией и определей-
ностью, которые делают возможным однозначное определение
объектов, требующих подробной операционной разработки кон-
струкции составляющих элементов изделия. Таким образом, пред-
варительный проект становится основой технико-рабочего проекта,
который, охватывая операционные результаты всех стадий творче-
ского процесса, содержит в своей принципиальной части конструк-
цию как основу изготовления. В проекте характеризуются также
готовые технические средства и материалы, которые могут быть
приобретены.
Проверенный и утвержденный предварительный проект стано-
вится основой для плана капиталовложений.
Критическая оценка результатов предварительной разработки
является необходимым условием для утверждения предваритель-
ного проекта; в сущности эта операция предопределяет результаты
дальнейших стадий конструирования, изготовления и эксплуа-
тации.
15.4.3. Операционная разработка
Рабочие чертежи представляют собой окончательный результат
операционной разработки. Выполнение их указывает на формаль-
ное завершение всего процесса проектирования, который склады-
вается из разработки концепций, предварительной и операционной
разработок.
Эффективность операционной разработки в решающей степени
зависит от программы разработки.
Операционная разработка начинается с детального анализа
предварительного проекта. Это необходимое условие не только с
позиций существенных свойств и особенностей объекта разработ-
ки, но и с точки зрения формальных особенностей, т. е. программы
операционной разработки. Детализация разработок обычно требу-
ет значительно больших конструкторских сил, чем те, которые ис-
пользовались на предыдущих стадиях проектно-конструктурского
процесса. Согласованное взаимодействие комплексных коллектив
390
Глава 15
bob требует с самого начала четкой организации работ. В нашей
практике координацию осуществляет главный инженер проекта,
сотрудничающий с ведущими конструкторами. Много других част-
ностей основного метода ведения проектно-конструкторских работ
приведено в предыдущих разделах. В этом разделе представлены
элементы описания с учетом практики проектно-конструкторских
учреждений.
Операционная разработка подвергается детальной проверке,
форма которой определяется данным проектно-конструкторским
учреждением.
Как предварительный проект не подлежит существенной интер-
претации при операционной разработке, так и операционная разра-
ботка должна быть однозначной основой процесса изготовления
(включая и строительство). Это обеспечивают:
О детальная проверка операционных элементов разработки;
О однозначное соответствие принятому комплексу критериев.
15.4.4. Основная стратегия
Любая деятельность протекает во времени, и характерной чер-
той деятельности является разделение на отдельные последователь-
ные операции. Реши и сделай, а затем оцени!
Все представленные модели процессов — удовлетворения по-
требности, а также проектирования и конструирования — создают
основу обобщения, результат которого можно считать моделью ос-
Рис. 15.12. Модель основной стратегии действий.
шовной стратегии. Граф этой модели показан на рис. 15.12; по су-
ществу она определяет правила действия, а следовательно, основ-
ную составляющую метода. Действия с замыслами составляют
ряд операций, объектом которых является информация, подвер-
гаемая анализу или составляющая результат синтеза. Результат
Примеры методов
391
синтеза требует особенно глубокого осмысления того, что сделано.
Это можно считать правилом технического действия. Осознание
этого правила становится основой для разработки праксеологиче-
ской директивы.
Основная стратегия — это правило программирования. Неред-
ко существуют отдаленные цели, настолько отдаленные, что труд-
но определить пути к ним с достаточной точностью. Руководству-
ясь целью, мы определяем ближайший отрезок пути — решаем,
что надо сделать. Часто на практике это может быть критериаль-
ным решением.
Решение служит основой понятия «задание». После выполне-
ния задания производится оценка — проверка результата действия.
Оценка должна быть либо положительна, либо отрицательна.
Если оценка отрицательна, то выполнение задания повторяется.
Если же оценка положительна, то принимается следующее реше-
ние. Такое решение по объекту в пределах задания может быть
уже предварительно заготовлено.
Деятельность мы разделяем на очередные задания. Периодиче-
ская оценка результатов деятельности имеет большое практическое
значение.
Программу деятельности можно рассматривать как соответст-
вующим образом определенные последовательные задания; это
оберегает деятельность от «забегания слишком далеко вперед»,
от нагромождения множества операций, которые в свете итоговой
оценки их полезности могут оказаться ошибочными.
15.4.5. Тактика творческой деятельности
Техническое творчество, как и любое иное, всегда требует
большой самоотдачи. Можно даже утверждать, что индивидуаль-
ное творческое усилие тем выше, чем с большим основанием мож-
но квалифицировать деятельность как творчество, а не как це-
ликом регламентированную деятельность, подобную функциониро-
ванию вычислительной машины.
Принятие определенной тактики деятельности — это выражение
благоразумия.
Творческая отдача личности имеет важнейшее социальное зна-
чение. Неэффективное использование творческого потенциала лич-
ности— один из видов расточительства.
На рис. 15.13 представлена связь между результатами дея-
тельности и затратами творческой энергии. Различают три стадии,
392
Глава 15
Стадия I характеризуется большой затратой творческой энер-
гии по отношению к результатам. Это соответствует известной
поговорке «лиха беда начало» (если проектировщик или конст-
руктор долго сидит над чистым листом бумаги, то не исключено,
что это как раз стадия I).
Стадия II наиболее эффективна. Первая производная функции
затрат творческой энергии имеет наибольшее значение. Момент
Рис. 15.13. Связь между затратами
творческой энергии Е и результа-
тами тверческой деятельности И7.
начала стадии II в большой мере зависит от решения проектиров-
щика приступить к составлению записи и выполнению ее анализа.
На этой стадии принимаются все важнейшие решения, относя-
щиеся к особенностям и свойствам изделия.
«Лучше без ограничений» — это иллюзия.
Стадия III характеризуется понижением эффективности затрат
творческой энергии. На этой стадии следует принять решение об
окончании разработки концепций с учетом того, что «лучшее —
враг хорошего». «Лучшее», в таком понимании этого афоризма,
задерживает либо делает невозможным реализацию «хорошего».
Если разработанная концепция в целом удовлетворяет крите-
риям, то уточнение концепции можно оставить конструированию.
Аналогично если при конструировании эффект творческих уси-
лий значительно уменьшается, а основные требования уже вы-
полнены, то дальнейшие уточнения следует либо перенести на этап
опытных исследований конструкции, либо искать другие способы,
не использованные в разработке.
Примеры методов
393
Действия на стадии III могут быть связаны с психическим
утомлением. Это явление исчерпания запасов энергии, сознательно
или неосознанно предназначенных для выполнения задания. Оно
может быть связано с ослаблением надежды на успех, которая
благоприятствует выполнению задания.
Время вершит свое.
Явление усталости возникает иногда и на стадии II. Тогда
есть два выхода из этой ситуации—-прервать разработку на какое-
то время или воспользоваться чьей-либо помощью. Проектирова-
ние и конструирование — процессы в значительной мере коллек-
тивные. Чрезмерная вера в собственные знания и умение, а также
нежелание подвергать пересмотру свои взгляды — одна из частых
причин низкой эффективности творческого труда.
Выход из трудной ситуации всегда находят в сотрудничестве.
Возрастанию эффективности работы проектировщика и кон-
структора может способствовать использование следующих реко-
мендаций;
Ф тщательно уточнить задание;
ф выполнить обзор научной и практической информации, необ-
ходимой и достаточной для выполнения задания;
ф восполнить выявленный недостаток информации;
ф отбросить оказавшиеся бесплодными рецепты, которые обу-
словлены консерватизмом наших собственных привязанностей и
профессионального опыта;
ф относиться без предубеждения к чужим замечаниям и сове-
там, касаются ли они наших собственных недостатков или пред -
ставляют собой другие точки зрения;
ф своевременно делать записи результатов процессов, проте-
кающих в нашем воображении;
ф не затягивать конечную стадию, а стараться определить,
выполнены ли принятые критерии в мере, соответствующей прак-
тическим потребностям.
15.5. Эвристические методы
Всевозможные упорядоченные в какой-то мере правила и ре-
комендации, помогающие при решении задач без предварительной
оценки результата, мы причисляем к эвристическим методам.
Смысл этих методов различен, но ни один из них не следует игно-
394
Глава 15
рировать, особенно при стремлении опытным путем развить твор-
ческое мышление.
15.5.1. Собственные методы
Опыт вырабатывает собственные методы.
Если мы имеем в своем профессиональном багаже много про-
ектных, конструкторских или исследовательских работ, которые
были связаны с решением различных технических задач, то стоит
вдуматься и осознать методы, которые мы до сих пор использова-
ли, возможно, подсознательно и непроизвольно.
Необходимо стремиться к тому, чтобы сделать открытым собст-
венное мышление, если оно замкнуто.
Результат размышлений следует сформулировать и записать
для того, чтобы ввести его в комплекс руководств на будущее. По-
лезным может быть исследование того, что нам мешает в работе,
а что способствует рождению замыслов.
Не исключено, что в результате такого исследования мы дой-
дем до. осознания методов, которые уже описаны методологами
и исследователями проектирования и конструирования.
Осознание того, что еще не осознано, имеет большое значение
для интеллектуального развития.
15.5.2. Метод элементарных вопросов
Вопросы помогают выявить то, что само не приходит в голову.
Это один из простейших эвристических методов, направленных
на упорядочение хода мышления. Вот несколько элементарных, но
важных вопросов:
• что? где? почему?
ф каким образом? на что похоже? нельзя ли по-другому?
ф для кого? как? сколько стоит?
Каждый проектировщик в состоянии осознать образ своего
творческого поведения (мыслительной деятельности).
Постановка вопросов может упростить преодоление различных
трудностей, встречающихся на пути к получению желаемой инфор-
мации. Предлагаемый способ заключается в последовательном со-
четании вопросов. Попытку подобного процесса представил
Дж. Джонс.
Существующее мнение:
Примеры методов
395
ф Потребитель утверждает, что недостаточна электронная за-
щита.
Вопрос:
ф Почему он так считает?
Ответ:
Из-за ненадежности.
Вопрос:
ф В чем заключается ненадежность?
Ответ:
ф В нерегулярном появлении помех при функционировании.
Вопрос:
ф Существует ли какой нибудь способ защиты от этого?
Ответ:
ф Да, при условии, что есть время на операции по защите;
прежде чем устройство окончательно выйдет из строя.
Вопрос:
ф А нельзя ли электронную защиту оснастить устройствами,
предупреждающими о приближении отказа?
Ответ:
ф Пожалуй, такая электронная защита была бы приемлемой.
15.5.8. Языковые ограничения
В обогащении и развитии собственного языка помогают соответ-
ствующим образом подобранные книги и журналы.
Это обширные и трудные задачи, относящиеся к области пси-
хологии и философии. Ограничимся замечаниями, которые исхо-
дят из практики творческой технической деятельности. Желая воз-
действовать на материальную действительность, проектировщик
оперирует языком, обогащенным различными формами записи.
Независимо от того, должно ли это воздействие вести к познанию
материальной действительности или к ее преобразованию, его
язык образует некоторый барьер, ограничивающий мышление и
понимание, следовательно, он создает определенного рода узы,,
стесняющие творческую техническую деятельность.
Отдавая себе отчет в языковых ограничениях, следует забо-
титься об устранении возможных барьеров. Соответствие терминов,
описываемым объектам — первое, необходимое условие уменьше-
ния влияния языковых пут.
Дж. Джонс косвенно обращает внимание на эту проблему, да-
вая пример, фрагмент которого мы приводим в несколько изме-
ненной форме. Возникла трудность в изготовлении, которая опи-
сана как «несогласованность между двумя поверхностями». По-
396
Глава 15
скольку это описание остается неясным, следует попытаться
сформулировать его иначе. Термин «несогласованность» можно за-
менить более конкретным «зазор между», «две поверхности» же —
словами «прилегающие поверхности». Таким образом, получается
новое описание — «зазор между прилегающими поверхностями».
Знание конструктивной формы объекта говорит нам о том, что
геометрической формой интересующей нас части поверхности явля-
ется плоскость. Если термин «поверхность» заменить словом «плос-
кость», то возможна была бы следующая формулировка: «зазор
между прилегающими плоскостями» либо «отсутствие зазора меж-
ду прилегающими плоскостями». Поэтому следует либо обеспечить
достаточно малые отклонения относительно плоских поверхностей,
либо выбрать такую конструкцию, которая сохраняет зазор между
соседними поверхностями, соответствующим образом размещен-
ными одна относительно другой.
Существительные и глаголы следует подбирать тщательно.
Первым шагом в направлении открытого рассуждения служат
всевозможные записи. Эти записи состоят из фраз, образованных
словами. Однако одни и те же фразы разными людьми могут вос-
приниматься по-разному. Процесс усвоения информации, содер-
жащейся в фразах, следует рассматривать как цепочку: представ-
ление — суждение — знания.
Значение многих слов относительно.
Представление, выраженное с помощью слов, может приобре-
тать форму суждения, прежде всего умозаключения. Некоторые
суждения содержат сведения сомнительной достоверности. Лишь
при соответствующих условиях суждения становятся информаци-
ей, снижающей нашу неуверенность или незнание.
Такие слова, как «легкий», «тяжелый», «низкий», «высокий»,
«теплый», «холодный», «упругий», «неупругий» и т. п., представ-
ляют собой термины, в отношении которых необходима осторож-
ность, поскольку легко могут возникнуть недоразумения. Необхо-
димы критерии в виде численных величин.
15.5.4 . Аналогия как основа эвристических методов
Установление сходных черт и различий составляет первый шаг
познавательного процесса.
Подражание — одна из наших особенностей. Оно возможно тог-
да, когда существует большая вероятность реализации соответст-
вующих особенностей и свойств в новом комплексе. Такие анало-
Примеры методов
397
гии использовать непросто — например, попытки буквального под-
ражания птицам не раз заканчивались весьма плачевно.
Мы уже упоминали о том, что технические средства рассмат-
риваются иногда как продолжение организма человека. При та-
ком подходе к проектированию за основу действия проектируемо-
го устройства следует принимать принцип действия человеческого
организма. Пользуясь этим методом, проектировщик должен за-
даться вопросом: какие действия я совершал бы для выполнения
задачи, которую должно выполнять проектируемое устройство?
Природа предоставляет множество образцов структур и принци-
пов действия.
Манипуляторы, используемые в технологических операциях,—
это результат относительно верного подражания действиям руки.
Однако попытки придания роботам формы человеческого тела не
находят технического обоснования. Это лишь выражение консер-
ватизма их создателей.
Особое место в использовании аналогий с живыми организма-
ми занимает развивающаяся бионика. Одна из ее целей — непо-
средственная энергетическая и информационная связь машины с
организмом человека и его нервной системой.
Кибернетика в большой степени выросла благодаря поискам
аналогий с действием органов восприятия и реакции человеческо-
го организма.
В политехнических центрах Мюнхена и Штутгарта обрисова-
лось направление, которое можно назвать физикализмом. Подго-
товка конструкторов опирается там на развитие умения использо-
вать различные физические явления посредством установления
аналогий между ними и проектируемым техническим средством.
Процессы конструкторских и физических исследований анало-
гичны.
То, что мы назвали физикализмом, есть частное следствие
отыскания аналогии между деятельностью физика и деятельностью
инженера (рис. 15.14). На это обратил внимание проф. Роденак-
кер (Мюнхен). Аналогия определяется существованием трех по-
добных понятийных групп, а также упорядоченной последователь-
ностью этих групп. Различие заключается в обратном порядке сле-
дования групп.
В группу I входят материальные комплексы; у физика — это
физические явления, у инженера—-изделия. Для физика матери-
альные комплексы составляют источник информации, для инжене-
398
Глава 15
ра же — цель, которая должна быть достигнута благодаря инфор-
мации.
I руппу II образует операционная информация, которую физик
получает в виде результатов измерений, а инженер использует для
операционных целей (конструкция Ks).
К группе III принадлежат физические выводы, полученные фи-
зиком в результате исследования, и концепция технического сред-
Рис. 15.14. Аналогия меж-
ду деятельностью физика
и инженера.
ства, созданная инженером на основе физических закономерностей.
Показанная аналогия отвечает действительности, но ее не сле-
дует принимать в качестве основы методологии технических дей-
ствий с замыслами, поскольку это может цривести к ограничению
творческого процесса. В этом случае он свелся бы к поиску глав-
ным образом физических явлений, описанных физическими зако-
нами, как основных элементов новых концепций.
История науки и техники знает примеры, когда инженеры,
отыскивающие новые технические средства, в своей деятельности
опережали физиков-исследователей. Этот факт говорит об отсут-
ствии универсальности в физикализме, как в основе методологии
проектирования.
Инженер всегда будет опираться на положения физики, но не
будет исключать необходимости новых исследований. Отсутствие
физических оснований инженер зачастую восполняет исследова-
нием изделия, изготовленного по его проекту и конструкции. При
этом существует известная доля риска, но инженер имеет на нее
право, если он предусмотрит потребность выполнения исследова-
ний и их программу; только потом начинает свои исследования
физик.
Примеры методов
399
В этом свете приобретает значение стрелка (рис. 15.14) между
изделием Wt и объектом исследований физика, который с момента
начала исследований рассматривает артефакт как физическое яв-
ление в таких границах, какие определяются операционной по-
требностью и конструктивной информацией.
Физикализм в изложенном выше определении можно считать
основой определенной группы методов проектирования. Физика-
лизм создает эвристический фактор, играющий важную роль в
процессе формирования концепции конструкции.
15.5.5 . От целого к частному
Можно выделить два противоположных способа создания слож-
ных комплексов:
ф выделение частей в целом;
ф составление целого из частей.
Бетоны, пластмассы и другие искусственные материалы позво-
ляют придавать техническим средствам произвольную конструктив-
ную форму.
Некогда строения возводились исключительно из деревянных
балок и досок, а также из кирпича. Этим элементам была подчи-
нена структура строений. Часто можно было говорить, что дом
составлен из кирпичей. Многие современные сооружения состав-
лены из панельных блоков и элементов стального проката.
Это примеры составления целого из частей. Создание комплек-
сов из заготовленных однотипных элементов ограничивает творче-
скую свободу проектировщика. Однако это ограничение имеет
экономическое обоснование и обоснование возможностей изготов-
ления.
В том случае, когда выдвигается критерий новизны, которому
можно дать обоснование технической целесообразности существо-
вания в будущем, необходим иной процесс — выделение частей из
целого. В таком случае приобретает силу следующий тезис: не
машина состоит из частей, но части образуют машину.
Этот постулат говорит о необходимости рассматривать проек-
тируемое техническое средство прежде всего как целостность в
соответствии с сущностью его функции. Учет входа I и выхода
О — первый шаг, необходимый для установления целостности.
Дальнейший ход действий должен заключаться не в мысленном
составлении комплекса из отдельных элементов, а в подборе
свойств комплекса, постепенно приводящих к конструктивным ха-
рактеристикам, определяющим конструкцию узлов и деталей.
400
Глава 15
Нужно стремиться выявить сущность действия.
Поэтому следует:
ф определить сущность действия таким образом, чтобы не
вводить в его описание информации, ограничивающей свободу вы-
бора концепции и ведущей к преждевременному установлению
типа комплексов и элементов;
ф принимать во внимание принцип синергии, т. е. использо-
вать факторы действия таким образом, чтобы взаимодействие эле-
ментов создавало более широкие возможности по сравнению с
теми, которые имелись бы без учета такого взаимодействия.
Составление машин из элементов — это, собственно, монтаж,
а значит — гисполнение, а не творчество.
Если бы конструирование машин и других технических средств
было ограничено только использованием элементов известных
конструкций, то развитие технических средств было бы весьма
медленным ввиду ограничения свободы введения новых теоретиче-
ских основ.
«Сложение» целого из элементов практикуется по разным при-
чинам, но границы такой технической деятельности должны быть
разумно ограничены.
Основное правило, обязательное для проектировщика и конст-
руктора, состоит в установлении целого и только после этого —
частей либо элементов этого целого.
Движение от целого к части имеет общее значение. Даже тогда,,
когда обосновано применение типовых конструкций (нормализо-
ванных или типизированных элементов), следует прежде всего оп-
ределить целостность, а затем исследовать, какие элементы, выде-
ленные из целого, можно рационально сконструировать в соответ-
ствии с существующими нормами.
Если бы, например, было заранее принято, что неотъемлемой
частью машин, служащих для сжатия газов, должен быть криво-
шипный механизм, то развитие конструкций компрессоров было
бы совершенно иным.
Е1а рис. 15.15 представлен конструктивный вид компрессора,
в качестве принципа действия которого используется периодиче-
ское изменение объема газа определенной массы, соответствую-
щей скачкообразно изменяющемуся объему. Эта характеристика
дает основу целостности, которая позволяет разработать самые
различные концепции.
Рис. 15.15. Схема конструктивного вида компрессора.
Рис. 15.16. Конструктивный вид спортивного автомобиля.
26—1147
402
Глава 15
Синергия — закон природы.
Если условие периодического изменения объема исключить из
описания сущности действия, то перед конструктором открывают-
ся гораздо большие возможности.
Конструкции первых автомобилей служат примером игнориро-
вания синергетических возможностей. Они были результатом сло-
жения коляски, двигателя и многих других узлов, причем возмож-
ности взаимодействия элементов и узлов не были учтены. Иначе
следует оценить конструкции современных экипажей. На рис. 15.16
представлен конструктивный вид спортивного автомобиля. Преи-
мущества синергетического взаимодействия видны здесь во многих
узлах и элементах. Двигатель объемом 3000 см3 составляет эле-
мент несущей системы как продолжение рамы. Благодаря этому
масса автомобиля составляет всего лишь 545 кг. При такой малой
массе нужно было применить прижимающие горизонтальные ста-
билизаторы. Примером наиболее совершенных синергетических
конструкций может служить конструкция современных реактив-
ных самолетов.
15.5.6 . Наводящие операции
Наводящие операции являются развитием элементарных вопро-
сов, к которым можно причислить вопрос: «Нельзя ли иначе?»
К шагам в направлении открытого мышления мы причисляем
также перечни рекомендаций, цель которых состоит в наведении
на различные возможности формирования концепций. Операции,
проводимые на основе таких рекомендаций — наводящие опера-
ции,— составляют фактор создания области возможных решений.
А. Осборн в Массачусетском технологическом институте (США)
и Г. С. Альтшуллер, создатель «школы изобретателей» в Совет-
ском Союзе, предлагают перечни наводящих операций, выборка
из которых представляет собой следующее:
1. Рассмотреть возможность использования принципа действия
систем, встречающихся в природе.
2. Рассмотреть возможность использования известных изделий
без изменения конструктивных характеристик.
3. Рассмотреть возможность получения желаемого действия пу-
тем приспособления известной конструкции к новым условиям.
4. Исследовать, не существовал ли уже какой-либо замысел
(концепция), который в условиях прошлого не удалось реализо-
вать из-за непреодолимых для того времени преград.
5. Воспользоваться каким-либо действием или структурой, при-
меняя метод подражания.
Примеры методов
403
6. Модифицировать действие.
7. Изменить схему нагрузок в отношении величины или вида-
нагрузок.
8. Уменьшить или увеличить зоны взаимодействия.
9. Изменить характеристики действия.
10. Попытаться обеспечить обратное действие, придав движе-
ние неподвижным элементам и наоборот.
11. Рассмотреть возможность действия при радикальных или
умеренных изменениях положения.
12. Изменить компоновку элементов, меняя общую форму, на-
пример, путем перехода от развернутой формы к компактной.
13. Выполнить изменения в очередности, вытекающей из спо-
соба взаимодействия элементов комплекса.
14. Рассмотреть возможность группировки элементов в узлы по*
различным критериям.
15. Рассмотреть возможность исключения некоторых элементов
путем объединения различных функций в одном элементе.
16. Рассмотреть возможность размещения одного элемента в
другом с целью увеличения компактности комплекса.
17. Рассмотреть альтернативу — симметрия или асимметрия.
18. Рассмотреть возможности выгоды и изменения внешних
условий.
19. Рассмотреть возможность замены посредственных элемен-
тов известными простыми элементами.
20. Рассмотреть роль прочности элементов и возможную целе-
сообразность ее изменения.
21. Рассмотреть целесообразность использования компенсирую-
щих элементов с целью снижения требований к точности изготов-
ления.
22. Увеличить несущую способность элемента благодаря сочле-
нению его с другими.
23. Рассмотреть возможности варьирования размеров.
24. Рассмотреть возможности миниатюризации.
25. Изменить разделение на детали — увеличить или уменьшить
их число.
26. Разделить детали на части с целью улучшения возможно-
стей изготовления и применения различных материалов.
27. В процессе разделения исключить те части, которые состав-
ляют причину трудностей.
28. Провести анализ разделения на детали и рассмотреть воз-
можность замены одних деталей другими.
Нельзя ли сформулировать гораздо большее число подобных
рекомендаций?
Легко показать, что многие из приведенных рекомендаций опи-
раются на обоснования целесообразности создания изделия
26*
404
Глава 15
и принципы конструкции. Эти обоснования и принципы создают ос-
новы самостоятельного составления подобных рекомендаций1).
В попытках систематизации конструктивных концепций можно
заметить, например у Альтшуллера, стремление к открытому мыш-
лению. Доказательством этого служит матрица операций, которая
показывает, как нужно поступать в случае обнаружения беспо-
лезных свойств и особенностей изделия. Приводим несколько из
32 комбинаций, составленных Альтшуллером:
• масса
ф длина
ф поверхность
ф объем
ф вредность
ф ускорение
ф сила
ф напряжение
ф давление
ф сложность
ф время действия
ф прочность
ф энергия
ф мощность
ф универсальность
ф производительность
© затраты
ф точность
ф простота
ф изготовление
15.5.7 . Коллективное спонтанное мышление
«Что ни голова, то свой ум» — вот философия коллективного
спонтанного мышления.
Попытки создания творческих концепций методом коллектив-
ного спонтанного мышления (brainstorming)1) впервые предприни-
мались в Соединенных Штатах. Приводим предпосылки, которые
составляют основы использования этого метода.
ф Спонтанное мышление способствует росту числа идей бла-
годаря тому, что собравшимся оперативно предоставляются сведе-
ния о замысле, а также непрерывному обмену информацией. Ра-
зум живо реагирует на новую информацию, возникающую в про-
цессе обмена мнениями между участниками заседания.
ф Чтобы достичь наибольшей свободы обмена мнениями и
обеспечить нестесненность мышления, не следует торопиться с
критикой сделанных предложений.
ф Цели поисков концепций должны быть соответствующим
образом разработаны и ясно представлены ведущим, который дол-
жен следить за надлежащим ходом обмена мнениями. Подготовка
заседания, посвященного коллективному спонтанному мышлению,
заключается также в подборе соответствующих разнохарактерных
специалистов и экспертов.
ф Все предложения записываются в порядке обсуждения и
после заседания подвергаются критическому анализу; затем про-
изводится синтез способом, позволяющим получить область воз-
можных решений.
О Следует отметить, что подобные рекомендации при всей их полезности, как
и другие алгоритмические методы, не могут сами по себе привести к изобретениям
принципиального характера. Для этого необходима эвристика. — Прим. ред.
!) Русский термин — «мозговой штурм». — Прим, перев.
Примеры методов
405
ф Дополнительным фактором, обеспечивающим свободу гене-
рирования идей, должны быть условия проведения заседания, ко-
торое должно проходить в атмосфере товарищества-и взаимопо-
мощи.
уф Достигнутые результаты и принятые решения доводятся до
сведения участников заседания, что должно способствовать же-
ланию участвовать в таком деле и дальше.
Метод коллективного спонтанного мышления требует создания
благоприятной творческой атмосферы.
Осборн, которому главным образом приписываются развитие
и пропаганда этого метода, вообще рекомендует относительно ко-
роткие заседания (до нескольких минут). Председатель опреде-
ляет очередность высказываний участников, просящих слова. Ожи-
дающий очереди своего выступления должен законспектировать
свои мысли и реакцию на предыдущие выступления, поскольку
при вовлечении в ход заседания он может потерять какой-то эле-
мент своих замыслов.
Совместное спонтанное мышление имеет своих поклонников и
критиков. Оно принадлежит к разряду действий, называемых
групповыми или коллективными. Этими проблемами занимаются
в Польше Я- Козелецкий и 3. Петрашинский, а также Е. Руднян-
ский.
В свете изложенного в предыдущих разделах данной главы
в описанном методе можно выделить:
ф замкнутое мышление, которое возбуждается непрерывно
поступающей информацией;
ф анализ высказанных мыслей, а следовательно, стремление
к открытому мышлению, в котором выявлен объект анализа.
Применительно к коллективу участников «мозгового штурма»,
рассматриваемых как творческие личности, можно говорить о
«раскрывающемся» мышлении.
Не следует торопиться с критикой, так как она может оказаться
преждевременной.
Представленный метод содержит положение о том, что преж-
девременная критика не способствует развитию замыслов. С этих
позиций во время основного заседания критика недопустима.
Если с самого начала исключить возможность развития абсурдных
идей, то можно «выплеснуть из ванны воду вместе с ребенком»,
поскольку абсурдность идеи может быть лишь кажущейся. Метод
совместного замкнутого мышления представляет собой лишь один
из набора различных методов, которые должны рассматриваться
406
Глава 15
как средства, стимулирующие успех. Представляется необосно-
ванным практиковать этот метод как универсальный, поскольку
его основой служит все же замкнутое мышление. Это всего лишь
один из эвристических способов, который отличается тем, что эв-
ристическим фактором служит обмен мыслями, возникающими
спонтанно. Следовательно, этот метод можно назвать спонтанной
эвристикой.
15.6. Алгоритмические методы
В стремлении к алгоритмизации необходимо помнить, что снача-
ла идет логика, а затем — математика.
Алгоритмические методы относительно больше формализованы.
Эти методы — логические и математические алгоритмы — созда-
ют рациональный переход от замкнутого мышления к открытому
рассуждению.
В алгоритмических методах используют возможности дедукции,
стремятся к определению операций и их очередности, а также свя-
зей между операциями; в результате создается ряд последователь-
ных и приближающих к цели процедур.
Методы, формализованные наиболее полно, опираются на:
ф формальную логику;
ф математическое моделирование.
Алгоритмы используются в проектировании и конструировании.
В рамках проектирования особое значение они имеют для создания
концепций, т. е. области возможных решений. Другой важной сфе-
рой использования алгоритмов является оптимизация.
Разнообразные проектные и конструкторские расчеты прово-
дятся, в сущности, по алгоритмическим принципам, что облегчает
использование ЭВМ.
В последующих разделах мы обратим основное внимание на
принципы алгоритмизации и лишь в некоторых случаях непосред-
ственно укажем алгоритмы.
15.6.1. Графы зависимостей
Графы зависимостей — первый шаг системного подхода.
Графы зависимостей упрощают оптимальную группировку эле-
ментов комплекса, между которыми существуют зависимости —
отношения связей. Основным критерием в этих случаях бывает
минимизация числа связей между элементами разных групп. Та-
кой критерий учитывает возможность изменений, которые’следует
Примеры методов
407
проводить в будущем по мере изменения условий. Чем меньше
межгрупповых связей, тем меньше воздействие изменений в одной
группе элементов на другую.
Первое правило алгоритмических методов — четкая запись со-
держания исследуемой проблемы.
Элементы материального комплекса могут взаимодействовать
между собой, например, следующим образом: 1 взаимодействует
Рис. 15.17. Граф связей между элементами комплекса.
с 2, 7 и 11; 2 —с 1, 7, 8 и 11; 3 —с 8 и 12; 4 —с 10, 11, и 14; 5 —
с 6 и 9; 6 —с 5, 9, 12 и 13; 7 —с 1, 2, 11; 8 —с 2, 3 и 12; 9 —
с 5, 6, 13 и 14; 10 —с 4 и 14; 11—с 1, 2, 4 и 7; 12 —с 3, 6 и 8;
13 — с 6 и 9; 14 — с 4, 9 и 10; 1 и 9 имеют связь с окружающей
средой.
Установленное таким путем общее свойство комплекса можно
представить с помощью графа (рис. 15.17). Хотя число элементов
не слишком велико, его сложность весьма значительна. Граф
представляет комплекс без упорядочения целостности. Элементы
комплекса расположены по окружности в соответствии с их нуме-
рацией.
В свете комбинаторики возможно огромное число способов
группировки. Принимаются критерии, по которым оптимальная
группировка должна отвечать следующим требованиям:
408
Глава 15
ф группы образуют те элементы, между которыми существует
много зависимостей;
ф число зависимостей между элементами различных групп
минимально.
Критериальные требования позволяют определить правила дей-
ствия.
Пользуясь этими критериями, можно попытаться методом по-
следовательных проб отыскать соответствующие группировки.
Без помощи графа или ЭВМ такой поиск был бы весьма затруд-
нителен.
Метод использования графа заключается в следующих опера-
циях:
О выбирается любой элемент и устанавливаются его связи с
другими элементами;
О производится переход к элементу, с которым предыдущий
элемент связан зависимостью, и устанавливаются зависимости
этого элемента от других;
О определение элементов и зависимостей считается закончен-
ным, когда установлены последние элементы, не имеющие неиз-
вестных связей.
Формулирование алгоритмов позволяет найти основы система-
тического образа действия, что в данном случае равнозначно поня-
тию методичного образа действия.
Описанный способ позволяет определить совокупность элемен-
тов, между которыми существуют внутригрупповые зависимости,
а также элементы, имеющие по одной связи с элементами, не
входящими в установленную группу.
На рис. 15.18 представлена запись результатов поисков, нача-
тых от первого элемента. Как видим, элементы 2 и 11 имеют по
одной связи вне группы: элемент 2— с 8, 11 — с 4. Таким образом,
мы отыскали первую группу, соответствующую критериям состав-
ления групп.
На рис. 15.19 показан результат предлагаемого метода.
При использовании ЭВМ рациональная группировка элементов
мегакомплекса не представляет особых трудностей. Составление
комбинаций и оценка этих комбинаций по критериям осуществляют-
ся очень быстро, и можно воспользоваться вспомогательными ме-
тодами, уменьшающими необходимое число итераций. Кроме того,
нетрудно ввести дополнительные критерии, учитывающие значе-
ние зависимостей и их вероятность, или, что одно и то же, частоту
появления зависимостей.
Примеры методов
409
Рис. 15.19. Граф группировки элементов ком-
плекса.
X. Александер решил с помощью ЭВМ очень сложную задачу
проектирования населенного пункта в Индии. В задаче он учел
не 14 элементов, как в нашем примере, а 141. Зависимости были
различного рода: кастовые влияния, отношение к умершим, ори-
ентация входной двери на юг, требования к освещению, занятия,
410
Глава 15
культивируемые кастой, родственная солидарность, вид семян,
удобрений и т. и., охрана общества от злоумышленников и зверей,
доступ скота к воде, развитие промышленности в поселке, обеспе-
чение безопасности мест для детских игр, использование велосипе-
дов, охрана растительности от повреждений, стимулирование тру-
довой деятельности и потребностей (факторы даны фрагменталь-
но, но в той же последовательности, что и у Александера).
15.6.2. Сетки связей
Другой пример системного подхода.
На рис. 15.20 представлен приведенный Джонсом и несколько
модифицированный пример сетки связей, использованной при про-
ектировании амбулаторных помещений. Это пример средства от-
Подъезд
Вестибюль
Зал оживания
Операционная
Вспомогательное помещение
вонсультационнь/й кабинет
Регистратура
Служебный туалет
Туалет Оля пациентов
Склад медикаментов
2
3
в
6
8
9
10
11
Рис. 15.20. Сетка связей.
Хозяйственное помещение
• Необходимые связи
о Желательные связи
крытого рассуждения. Косая сетка служит для регистрации всех
необходимых элементов комплекса, а также необходимых и же-
лаемых связей. Эти связи определяются соответствующим знаком.
Каждая клетка указывает на двустороннюю связь. После запол-
нения сетки получается наглядная картина, которая служит осно-
вой дальнейших операций без необходимости запоминания слож-
ных взаимозависимостей.
Сетка связей — частная форма матрицы.
9
Рис. 15.21. Схема комплекса по-
мещений амбулатории.
Рис. 15.22. Треугольная
сетка связей для ком-
плекса производственных
помещений.
4 — въезд; В — склад пря-
жи; С — участок намотки;
D — сновальный участок;
Е — участок склеивания ос-
новы; F—склад рулонов;
G — участок растяжки осно-
вы; Н — промежуточный
склад; J — ткацкий цех; К —
отдел технического контро-
ля и склад рулонов ткани;
L — отдел сбыта.
Рис. 15.23. Общий план комплекса производственных помещений.
Рис. 15.24. Альтернативные варианты рабочего плана производственных помещений.
Примеры методов
413
На рис. 15.21 схематически представлен основной комплекс
помещений, позволяющий оптимальным образом распределить
пространство, предназначенное для амбулатории.
Фирма «Зульцер» приводит в своих бюллетенях интересный
метод поиска оптимальной концепции размещения производствен-
ных помещений. Сетка связей в их примере позволила определить
6 связей с другими элементами совокупности. Кроме того, можно
оценить расход материалов и производство изделий (рис. 15.22).
На рис. 15.23 представлен общий план комплекса производствен-
ных помещений, определенных с помощью треугольной сетки свя-
зей, а на рис. 15.24 даны альтернативные варианты рабочего
плана.
15.6.3. Per divisionem et compositionem1)
Критический анализ и синтез действий «от общего к частному»
и наоборот — существо этого метода.
Латинское выражение в заглавии этого раздела дано с целью
обратить внимание на известные свойства разума, на которые
опирается мыслительная деятельность: анализ и синтез. Путем
различения элементов отыскивается возможность сложения их в
новую целостность.
В предыдущих главах книги внимание прежде всего обраща-
лось на переход, от целого к части, т. е. на рассмотрение характер-
ных черт, и лишь потом —на рассмотрение частностей.
Переход от общего к частному повышает вероятность упоря-
дочения конструктивных частностей в соответствии с общими осо-
бенностями.
Метод разделения и объединения используется прежде всего
для совершенствования существующих конструкций, а следова-
тельно, тогда, когда техническое средство существует как изделие
или известна его конструкция. Можно предложить следующие
типы образа действия, имеющего целью разделение и объеди-
нение:-
Ф разделение комплекса на элементы и новое упорядочение
этих элементов с целью поиска новой целостности;
• разделение комплекса на элементы, их модификация и со-
ставление в прежнем цорядке;
• разделение комплекса на элементы, их модификация и
объединение с целью получения нового комплекса.
Основой оценки отыскиваемых концепций и конструкций слу-
жат, как всегда, критерии. Можно выделить следующие обстоя-
тельства, относящиеся к критериям действия, составляющим осно-
ву самых общих особенностей технических средств:
Через разделение — к целому (лат.).
414
Глава 15
ф разделение и объединение имеют целью поиск концепции
как функции этих критериев действия;
• разделение и объединение направлены на поиск концепции
и нового технического средства с позиций критериев действия.
Формализуя эти случаи, можно написать:
• комплекс Ui с основными особенностями W\ разделяется на
элементы со свойствами ei, а затем:
• либо производится модификация элементов (при возмож-
ном изменении числа элементов) для получения комплекса Uz с
основными особенностями wp,
ф либо осуществляются изменения для получения комплекса
U;, с новыми основными особенностями Wz.
15.6.4. Элементарные комбинации
Выделение составляющих элементов может быть фактором,
упрощающим учет различных вероятных отношений между ними.
На рис. 15.25, а представлен эскиз конструктивного вида ра-
диальной консоли, используемой в пристенных кранах. В этом
Рис. 15.25. Схемы конструктивного вида радиальной консоли.
Примеры методов
415
конструктивном виде можно выделить три основных элемента —
стороны треугольника АВС. Поиск оптимальной концепции может
быть вызван вопросом: оптимальна ли форма АВС?
Рассматривая стороны АВ и АС как результат выделения эле-
ментов, можно задаться вопросом: возможно ли иное положение
этих элементов?
На рис. 15.25,6 показаны различные возможные положения
выделенных элементов. На рис. 15.25, в приведен крайний случай.
На рис. 15.25,г—е представлены иные характерные комбинации.
Не вдаваясь в подробный анализ полученных концепций, стоит
обратить внимание, что конструктивный вид рис. 15.25,6 встре-
чается в кранах с относительно небольшой рабочей нагрузкой,
а конструктивный вид рис. 15.25, е — при больших нагрузках, по-
скольку часть нагрузки передается непосредственно на фундамент.
15.6.5. Методы, основанные на критерии
исключения избыточности
Критерий исключения избыточности приобретает все большее
значение.
Эти методы могут играть важную роль при совершенствова-
нии существующих комплексов.
На рис. 15.26 приведен эскиз конструктивного вида тормоза,
обеспечивающего постоянный момент. Такие технические средства
используются для предохранения привода от перегрузок; при этом
можно использовать планетарную передачу как основной узел
привода.
Поиск оптимальной концепции на основе исключения элемен-
тов можно осуществлять с использованием графов отношений свя-
зей элементов, предложенных Э. Мэтчеттом и Дж. Джонсом. Дей-
ствие показанного тормоза можно представить с помощью
рис. 15.27. Рассмотрим возможности уменьшения числа элементов;:
результат таких действий представлен на рис. 15.28. На этом ри-
сунке использованы обозначения элементов, аналогичные показан-
ным на рис. 15.26 и 15.27. Новым является элемент 0, полученный
объединением элементов 1 и 9. Созданная таким образом новая
основа комплекса дает новую концепцию тормоза (рис. 15.29).
В узле, построенном по этой концепции, возникает поперечная
сила, действующая на вал. Концепция принимается, если эта на-
грузка допустима, что с формальной точки зрения требует соот-
ветствия критериям, принятым для комплекса в целом.
Метод анализа ценностей базируется на методологии проекти-
рования и конструирования. Анализ затрат и стоимостей соответ-
ствует натуре человека.
Рис. 15.28. Граф отноше-
ний связей для тормоза
после модификации.
Примеры методов
417
материалов и труда. Понятие
Рис. 15.29. Новая концепция кон-
структивного вида тормоза.
Анализ ценностей привел к задаче минимизации «носителей
функций», т. е. тех узлов или деталей изделия, которым припи-
сываются определенные действия, или «функции». При этом отыс-
киваются те элементы, которые несущественны для целого и кото-
рые приводят к излишним затратам
ценности здесь вообще сведено к де-
нежной стоимости.
Анализ ценностей придает важ-
ное значение существительным и
глаголам, служащим для определе-
ния назначения изделия и его
«функций», т. е. действия.
Пользуясь понятиями науки про-
ектирования и конструирования, от-
метим, что этот метод заключается
в исследовании значения действия
технических средств, особенно на
стадии изделия, с помощью анализа
элементарных составляющих дейст-
вия. Такой анализ имеет целью оп-
тимизацию конструкции на основе
критерия исключения избыточности;
при этом оценке подвергаются со-
ставляющие стоимости.
Метод, используемый в отноше-
нии готового изделия, т. е. конкрет-
ности, находит применение в проце-
дурах:
О критического анализа;
О оптимизации.
Этот метод можно также применять на стадии конструирова-
ния, т. е. к конструкции как основе изделия. Процедуры, для кото-
рых рассматриваемый метод имеет значение, следующие:
О концептуальное исследование;
О оптимизация.
В описаниях методов много внимания уделяется коллективным
действиям различных специалистов, что подобно мозговому
штурму.
Пропагандисты анализа ценностей, очевидно, отдавая себе от-
чет в ограниченном значении этого метода, дополняют свои книги
различными методами проектирования и конструирования, заим-
ствованными из соответствующих публикаций проектно-конструк-
торского характера.
15.6.6. Структурные карты
Метод структурных карт основан на комбинаторике.
27—1147
418
Глава 15
Ф. Цвики и К. Норрис разработали метод концептуального ис-
следования с высоким уровнем абстракции. Под названием мето-
да структурных карт этот метод введен проф. К. Зпгмунтом в
Гданьском политехническом институте.
Норрис называет следующие различные
области практического использования этого
метода:
• морской транспорт;
• железные дороги;
• автоматическая передача в автомо-
биле;
ф отопление;
Рис. 15.30. Вспомогатель- ф танкепы'
ная запись сущности лей- 5 " ’ ___
ствия тормоза. ® стационарные наземные резервуары;
ф автомобили.
Цель метода состоит в создании области
возможных решений. Информация об общих свойствах и особенно-
стях изделия используется в качестве входа. Принимается сущест-
вование какой-либо концепции. Нужно ответить на вопросы:
ф чем может служить изделие как техническое средство?
ф что «должно иметь» изделие?
Основу структурных карт составляют понятия общих и частных
характеристик. Правила разработки структурных карт могут
быть проиллюстрированы на примере, взятом из дидактической
практики. Используются следующие конструктивные предпосылки:
ф описание сущности действия: действие состоит в том, что на
валу машины возникает момент М$, частота вращения вала за-
дана;
ф ситуационные данные: вал расположен над стальной рамой
(рис. 15.30). Тормоз размещен на консольной части вала, очеред-
ность установки элементов тормоза на раму можно выбирать про-
извольно, оговаривая необходимые изменения в раме;
ф количественные данные: числовые значения величин, при-
веденных на рис. 15.30.
Действие и ситуация — это два неразделимых понятия.
На рис. 15.31 дан пример одной из структурных карт, которы-
ми можно воспользоваться для решения описанной выше проект-
но-конструкторской задачи. Основная цель карты — создать усло-
вия, помогающие оторваться от стереотипов. Карта может стать
фактором, способствующим выявлению возможностей реализации
новых концепций.
Нельзя исключать возможности перехода от абсурда к опти-
муму.
Примеры методов
419
Общие характеристики Частные характеристики
Реакции опор Трение
Изменение реакции опор во Времени Реакция 1 опоры _ В оемя пдоио впПтав Время Реакция опоры Время Реакция опоры Время
Обобщенный вид затормаживаемого элемента , 1
' т 11 1-
Количество затормаживаемых элементов 7 2 5 и
Материал затормаживаемых элементов Сталь Чугун Стальное литье Бронза
Материал тормозящих элементов Дерево Кожа Ферродо Пластмасса
Спасов прижатия элементов Механический Электромагнит- ный Гидравлический Пневма/пический
Рис. 15.31. Пример структурной карты.
Существует огромное число возможных комбинаций частных
характеристик, например:
4-3-4-4-4-4 = 3072.
Среди них находятся комбинации, которые станут основой различ-
ных концепций, как абсурдных, так и физически возможных и в
этой последней группе — рациональных.
Наверняка никто в данном случае не будет анализировать все
комбинации — это практически невозможно. Метод состоит в том,
что, пользуясь структурной картой, проще найти новое, более вы-
годное решение задачи, т. е. перспективную концепцию.
Моделью разветвленной системы служит граф, называемый де-
ревом. Это еще один пример перехода от общего к частному.
На рис. 15.32 представлена структурная карта характеристик,
ранжированных с точки зрения общности. Буквы без индексов
(А, В и С) обозначают самые общие характеристики, а буквы с
индексами (А1, АН и т. п.)—частные характеристики соответст-
27*
420
Глава 15
ъующего уровня. Жирные линии обозначают комбинацию по при-
нятой концепции.
Искомая концепция резонансного грохота (рис. 15.36) включа-
ет использование подвески как определенного свойства А комп-
Рис. 15.32. Структурная карта разветвленной системы.
Рис. 15.33. Комплекс ворот ангара.
лекса. Подвеска может быть упругой Л1, жесткой Л2, амортиза-
торы же могут быть стальные ЛИ, резиновые Л12 и деревянные
Л13. Таким образом расширяется область возможных решений.
Использование разветвленных систем позволяет систематизировать
характеристики, которыми могут быть особенности и свойства
комплекса, и в результате конструктору не приходится теряться в
догадках относительно выгодной комбинации. Структурные карты
упрощают выявление факторов комбинации.
Примеры методов
421
15.6.7. Использование формальной логики
Взятый из практики пример относится к концепции привода,
служившего для открывания ворот в ангаре на одном из польских
аэродромов перед войной 1939 г. (рис. 15.33).
Нельзя ли и не требуется ли сделать иначе? — Это творческий
вопрос.
С учетом ширины ангара и необходимости свободного движе-
ния самолета ворота состояли из вертикальных щитов, которые
в соответствующем положении соединялись замками. Щиты 1
открывались в сторону, противоположную щитам 2. Принцип дей-
ствия состоял в приложении сил к приводным замкам, размещен-
ным в верхней части средних щитов. Концепция конструкции
включает использование стальных тросов/ сцепленных с замками.
В момент начала разработки концепции было известно реше-
ние, состоящее в приложении сил к тросам (с помощью барабан-
ной лебедки, установленной на фундаменте с внешней стороны во-
рот) . В свете теории конструкции, если при этом руководствовать-
ся принципом оптимального нагружения, критический анализ та-
кой системы выявляет ее несовершенство, которое состоит в том,
что может возникнуть значительная перегрузка тросов. В пре-
дельных положениях ворот могут происходить удары, вызываемые
остановкой щитов при еще включенном двигателе. Чтобы избе-
жать этого, нужно было использовать концевые выключатели, от-
ключающие двигатель перед тем, как ворота достигнут крайнего
положения. Плотное закрытие ворот требовало ручного привода.
Стремление к формальной логике составляет фактор логики
здравого смысла.
Изложим формальное описание рассуждения, которое могло
стать основой новой концепции. С этой целью введем следующие
обозначения:
С — лебедка, установленная на фундаменте;
В — электродвигатель канатного привода, выключаемый пе-
ред закрытием ворот;
1В— электродвигатель привода, не выключаемый перед закры-
тием (знак "1 —одноаргументный знак отрицания;
выражению В противопоставлено противоположное вы-
ражение: 'I В означает «не В»);
D — возникновение перегрузки в тросах.
В нашем примере можно сокращенно записать логические за-
висимости с помощью следующих выражений.
28—1147
422
Глава 15
Ввиду механического закрытия ворот и с учетом надежности
комплекса постулируются одновременно 1В и 1 D: (1) ( ’I В/\
ГД 3 D). Кроме того, оказывается: (2) С=>-(1 B=^D), т. е «при С
(лебедка на фундаменте) и “I В (двигатель не выключается перед
плотным закрытием ворот) имеет место D» (в тросах появляется
перегрузка).
В соответствии с логическим преобразованием этих выражений
обязательна логическая эквивалентность: (3) (3 B=>D) = “I (ВД
А 3 D), т. е. «если из 1В вытекает D, то не может быть “1 В и
ПО». Подставляя (3) в (2), получаем: (4) С=> 3 (3 ВДЗВ), т. е.
«если лебедка С на фундаменте, то постулат (1) не может быть
выполнен».
Используя эквивалентность, можем (4) преобразовать в сле-
дующее выражение: (5) С=>(3 В/\ЗО)= ЗСу^ОВДЗ D).
Мысленно подобный процесс протекает быстрее, но при этом
легче допустить просчет в дедукции.
Уравнение (5) читается так: «либо лебедка не установлена на
фундаменте, либо невозможен постулат (1)».
Таким образом, мы подошли к выводу, что остается лишь аль-
тернатива:
ф либо следует игнорировать положение о недопустимости пе-
регрузки тросов и всей системы (одновременно не позволяющее
выключать двигатель перед окончательным закрытием ворот);
Ф либо нужно использовать лебедку, не установленную на
фундаменте.
На рис. 15.33 представлен конструктивный вид ворот ангара,
построенный на основании сформулированных выводов. Концеп-
ция подвески лебедки на тросах получпла патент. Комплекс защи-
щается от перегрузок тем, что в момент задержки ворот в край-
них положениях или по каким-нибудь иным причинам (например,
намерзания льда и снега на полозьях) силы, создаваемые двига-
телем и тросовым барабаном, приводят в движение саму лебедку.
На пути подвижной лебедки размещен выключатель двигателя,
так что при относительно небольшом подъеме лебедки привод
выключается.
15.6.8. Феноменологические и математические модели
На рис. 15.34 представлен процесс создания модели как основы
формализованных методов нахождения концепций.
Изучение материального комплекса позволяет составить его
описание. Рассмотрение этого описания с точки зрения механики
позволяет сформулировать модель, которая некоторым образом
представляет комплекс и его действие.
Примеры методов
423
Рис. 15.34. Процесс создания модели материального комплекса.
Механика
Модель
Рис. 15.35. Логические основы феноменологической модели.
Феноменологическая модель служит аналогом комплекса в той
мере, в какой этого требует цель моделирования. На рис. 15.35
представлена модель как логическая конъюнкция определенных
фактов и правил механики. Эта конъюнкция включает свойства
конкретности и свойства, рассматриваемые в механике, а также в
других науках.
Описание, модель, алгоритм, действие, решение.
Феноменологическая модель в свою очередь делает возможны-
ми математические операции, которые благодаря теории конструк-
ции либо становятся основой алгоритма, либо служат только как
28’
424
Глава 15
еще одно средство определения особенностей технического средст-
ва (Кс— концептуальной информации) или конструктивных ха-
рактеристик, определяющих конструкцию Ks.
15.6.9. Модель как основа определения действия
Объектом проектирования является действие технического
средства. На рис. 15.36 представлен эскиз конструктивного вида
резонансных грохотов, широко используемых в угольных и рудных
Рис. 15.36. Варианты конструктивного вида резонансного грохота.
шахтах. На рис. 15.37 представлены возможные решения — сово-
купность различных механодинамических концепций как феноме-
нологических моделей.
Для конструктора машин механодинамические модели имеют
особое значение.
Модель на рис. 15.37, а — самая простая, но она не использу-
ется как основа конструкции грохотов и транспортеров, так как
не отвечает принципу оптимального распределения нагрузок. На
рис. 15.37,6 представлен момент, возникающий на валу, посажен-
ном в кривошип с радиусом R, в результате чего при «жесткой»
связи амплитуда s0 массы m равняется радиусу R. Если на валу
не размещать маховик (рис. 15.37,а), то этот момент будет нагру-
жать непосредственно двигатель, что недопустимо с точки зрения
Примеры методов
425
Рис. 15.37. Анализ феноменологической модели как формальный метод концепту-
ального исследования.
потерь мощности (costp). Введение маховика J (рис. 15.37,в)
преобразует момент на кривошипе в момент, представленный на
рис. 15.37,г. Однако нагрузка на вал и подшипники не уменьша-
ется.
Введение упругой связи, имеющей постоянную упругость k,
изменяет нагружение вала. На рис. 15.37 показаны амплитуды на-
грузок сцепления Ро (возбуждающая сила): г — для комплекса в;
е — для комплекса д. При использовании пружины во время раз-
гона появляется момент, который больше, чем в комплексе д, но
при рабочей скорости, которая должна соответствовать критиче-
ской частоте (a>p=^k/m), нагрузка незначительна — при отсутст-
вии опор она была бы равна нулю.
426
Глава 15
Шиферштейн ввел пружинную муфту kQ с целью уменьшения
силы разгона (рис. 15.37, ж). На рис. 15.37, з показан график воз-
буждающей силы Ро. Поскольку при критической частоте ®о=
(k+koj/т появляется опасность резонанса, желательно его за-
демпфировать. Такая модель показана на рис. 15.37, к.
Зависимости (15.1) и (15.2) образуют математическую модель,
соответствующую механодинамической модели рис. 15.37, и:
m-£‘+c-J+fe==posin(®0. (15.1)
р —k р д/~___с2<й2 + (Л — т<о2)2 <15 2)1)
^0 — У c2to2 + ^ + A,0_mc02)2
Эту модель можно упрощать до уровней, соответствующих мо-
делям ж, д и в.
Анализ математической модели выявляет наличие трех родов
сил: инерционных, демпфирующих и упругих. Как вытекает из
Рис. 15.38. Гидравлическая муфта.
феноменологической и математической моделей, возбуждающие
силы (15.2) используются для возбуждения упругой силы. В раз-
личных известных вибрационных машинах возбуждающей силой
служит инерция. Таким образом, в результате анализа силы гаше-
ния резонанса использованы как силы возбуждения комплекса.
’> В описании опущены частные сокращения модели (15.2), которые являются
формальной основой графиков е, з и к.
Примеры методов
427
Достоинство полученного привода состоит в отсутствии угрозы ре-
зонанса.
Эта концепция (рис. 15.38) получила патент. Гидравлическая
муфта создает соединение между эксцентриковым приводом и ку-
лисой, связанной с решетом.
15.6.10. Модели как основа конструктивного вида
Оптимизация конструктивного вида основывается прежде всего
на логических операциях.
На рис. 15.39 показан фрагмент конструктивного вида дизель»
кого двигателя швейцарской фирмы «Зульцер». На рисунке при-
Рис. 15.39. Конструктивный вид
головки двигателя фирмы «Зуль-
цер».
ведены линии сил от давления р, которое воздействует на нижнюю
стенку головки. Требуется исследовать возможные концепции
конструктивного вида головки.
Наибольший эффект дает использование математических мето-
дов.
428
Глава 15
Анализ с помощью модели Ганфстенгла выявил неблагоприят-
ное распределение нагрузок на болты, показанные на рис. 15.39.
Представляется более приемлемой механодинамическая модель
рис. 15.40. Анализ модели и результаты тензометрических измере-
ний (места установки тензодатчиков показаны на рисунке) позво-
лили разработать другую концепцию конструктивного вида.
На основе феноменологической моде-
ли сформулирована математическая мо-
дель предварительного нагружения бол-
тов при заданной нагрузке, которая обес-
печивает герметичность головки. Введем
следующие обозначения:
е — коэффициент вида нагрузки
(рис. 15.40) (0<е<1); Ре — нагрузка,
передаваемая на головку болта S от воз-
действия нижней стенки; Р(1—е) —на-
грузка, передаваемая на гайку от верх-
ней стенки; Q — предварительное нагру-
жение болта S, определяемое динамиче-
ской конструктивной характеристикой;
Q' — итоговая нагрузка между головкой
Рис. 15.40. Механо динами-
ческая модель головки дви-
гателя. и цилиндром на участке U как фактор
герметичности, достигаемой благодаря
прижатию (она появляется тогда, когда на опорный фланец воз-
действует давление газа, создающее рабочую нагрузку на один
болт Р); kg — коэффициент прочности деталей головки; ks — коэф-
фициент прочности болтов; е — отношение прочностей ks!kg-, Р —
рабочая нагрузка на один болт.
Интуиция должна опираться на здравый смысл и рациональные
критерии.
Механодинамическая (феноменологическая) модель дает осно-
ву для формулирования математической модели динамической
конструктивной характеристики как функции указанных парамет-
ров. Она имет вид:
Q=Q'+pH_£L
(15.3)
По принятому значению нагрузки Q' как условию эффектив-
ной герметизации цилиндра определяются конструктивные пара-
метры е и е. Они зависят от геометрических конструктивных ха-
рактеристик.
Примеры методов
429'
Значение геометрического конструктивного вида как фактора
оптимизации конструкции не всегда оценивается надлежащим обра-
зом.
Особого внимания заслуживает параметр е. Нужно стремиться
к его минимизации; это достигается путем соответствующего вы-
Рис. 15.41. Конструктивный вид усовершенствованной головки двигателя.
бора конструктивного вида головки. Цель состоит в том, чтобы
верхняя стенка воспринимала как можно большую нагрузку. Ис-
следования фирмы «Зульцер» показывают, что конструктивный
вид рис. 15.39 требует слишком большого значения е (около 0,7).
Из-за этого конструктивный вид, особенно двигателей большей
мощности, был изменен. Головка разделена на две детали
(рис. 15.41). Промежуточная деталь передает нагрузки на верх-
нюю часть силового элемента.
430
Глава 15
15.6.11. Прямая минимизация при косвенном ограничении
Метод состоит в использовании алгоритма, который в обоб-
щенной форме выглядит следующим образом:
У1=1(х) ОРТ, (15.4)
X < xJt (15.4a)
z}=f(y},Vj) —> MIN, (15.46)
Х%, X3 Xn, (15.4b)
vJ=v9,v2,v3,...,vn.
Конструктивная характеристика у, как функция критериаль-
ной величины х оптимальна [ОРТ— (15.4)], если выполняется ус-
ловие (15.4а), и величина z, как функция пар
Рис. 15.42. Запись
конструктивного
вида и основных
размеров валково-
го стержня.
У! и V; достигает минимума.
Во всех расчетных операциях нужно прини-
мать попарно соответствующие величины х/ и v,
так, как это указано в сопоставлении совокуп-
ностей (15.4в). Величины v, составляют фактор
косвенного ограничения, что вытекает из усло-
вия минимизации [MIN—(15.46)].
В качестве примера использования алгорит-
ма (15.4) рассмотрим оптимизацию валкового
стержня, находящегося в комплексе геометриче-
ского конструктивного вида рис. 15.42. Стер-
жень 1 подвергается воздействию момента Мо,
создаваемого дисками 2 и 3.
Объектом оптимизации является конструкция
стержня, которая определена характеристиками
материала и конструктивного вида. Поскольку
конструктивный вид задан, а длина цилиндриче-
ского валка L известна, то объектом оптимиза-
ции остаются диаметр стержня d и материал.
Использование принципов конструкции и обоснования целесооб-
разности создания изделия является основным методом.
Рассмотрим задачу, используя принципы конструкции.
Первый принцип — оптимизации нагрузки — здесь не исполь-
зуется, так как нагружение элементарно — это момент Мо, кото-
рый изменить нельзя.
Второй принцип — оптимизации материала — связан с выбором
материала, поскольку он может быть разным. Вещество материа-
ла определяет его механические свойства и стоимость.
Третий принцип — оптимизации стабильности — здесь использу-
ется весьма упрощенно: для всех материалов коэффициент без-
опасности принимается соответствующим критерию надежности.
Примеры методов
431
Таблица 15.1
Числовые значения относительных свойств и особенностей материалов*
Материал Величины Обычная углеродистая сталь Легированная углеродистая сталь Дюралюминий Титан Полистирол
Тдоп 1 4 0,8 3 0,2
У 1 1,5 10 80 5
V 1 1 0,4 0,6 0,15
Е 1 1 0,44 0,55 0,014
G 1 1 0,33 0,5 0,0175
’) Это отношения соответствующих значений к значениям величин для обычной угле-
родистой стали.
Четвертый принцип — оптимизации отношений взаимосвязан-
ных величин — в рассматриваемом геометрически элементарном
комплексе не находит применения.
В результате анализа определяем объект оптимизации — это ма-
териал стержня. Принимаем возможность применения материалов
по табл. 15.1.
Поскольку в нашу задачу входит лишь описание метода опти-
мизации, мы можем ограничиться расчетом относительных вели-
чин. Кроме обязательных значений, к которым в рассматриваемом
примере относятся допускаемое напряжение тДОп, единичная стои-
мость у и удельная масса v, даны также значения модулей упру-
гости Ен G.
Ключом к решению технической задачи всегда являются крите-
рии. Значимость решения определяется значимостью критериев.
Ниже мы рассмотрим следствия принятия за основу оптимиза-
ции:
критерия минимальной массы;
критерия минимальной стоимости.
Это критерии, вытекающие из главного обоснования и эконо-
мического обоснования. Стержень подвергается воздействию мо-
мента Мо, и масса и стоимость при постоянной длине определяют-
ся сечением стержня.
Связь между площадью поперечного сечения F и показателем
прочности IF0 описывается зависимостью
432
Глава 15
Соответствующим образом определим элементы алгоритма (15.4);
2 F=u(J^lY > ОРТ, 1 т ] (15.5)
< Доп’ M=Fly * MIN, Y=yyFl -—* MIN, ТД0П = Т1> T2, Т3> Т4> Д’ (15.5а) (15.56) (15.56')
У=У1, Уг< Уз> У&’ У&> (15.5в)
Т=Ь,Т2.Тз, T4.Y5.
Результаты оптимизации определяются используемыми крите-
риями.
Решение задачи проиллюстрируем с помощью графиков
(рис. 15.43). Жирные линии обозначают условие (15.5а). На гра-
Рис. 15.43. Зависимость стоимости У
от площади поперечного сечения для
различных материалов.
Рис. 15.44. Зависимость массы М от
площади поперечного сечения для
различных материалов.
фиках приведены оптимальные значения _ЕОпт с учетом условий
(15.56) и (15.56').
По критерию массы оптимален титан, за ним следует полисти-
рол. Иначе выглядит дело в свете критерия стоимости. Дешевле
всего оказывается легированная сталь, которая при соответствую-
щей термообработке выдерживает высокие допускаемые напряже-
ния. На графике рис. 15.43 не показана линия, соответствующая
титану, так как она наклонена относительно оси у под малым уг-
лом (высокая стоимость).
Примеры методов
433
15.6.12. Прямая ранжированная минимизация
Описанный выше метод оптимизации применяется в случае,
когда основой определения характеристик материала и геометрии
конструкции служит только одно критериальное сечение, т. е.
одна конструктивная величина.
Прямая ранжированная минимизация характеризуется более
сложным алгоритмом. Запись этого алгоритма имеет следующую
обобщенную форму:
х}---> ОРТ,
и=П(х^уА,ув) -----> MIN,
Уа—(У^хз-----► MIN,
У а У al* Уа2* УаЗ***** У ап*
fi=(ya>Xj)^0,
Ув=(Уь)х]----* MN,
Уь—Уы* Уь2* Уьз*-*"> Уьп*
^2’ %п*
f2 (z, Xj) > 0.
(15.6)
(15.6a)
(15.66)
Словесная интерпретация этой математической записи такая:
ф среди значений х оптимально то, которому соответствует
минимум (обобщенно—-экстремум) функции U (15.6);
ф U представляет собой функцию критериальных величин х
и у при ограничениях (15.6а) и (15.66);
ф значения уА, введенные в критериальную функцию (15.6),
минимальны среди тех значений совокупности уа, для которых
функция fi удовлетворяет условию (15.6а) (значения функции fi
и U вычисляются при тех же самых значениях Xj);
ф значения ув, введенные в критериальную функцию (15.6),
минимальны среди тех значений совокупности уь, для которых
функция /г переменных х и z, также попарно соответствующих зна-
чениям величин уь, удовлетворяет условию (15.66) (значения
функций U и вычисляются при тех же самых значениях Xj).
Описанный пример иллюстрирует метод определения величины х,
которая зависит от свойств уа, уь и z.
15.6.13. Сложная оптимизация
Сущность метода состоит в оптимизации совокупности конструк-
тивных характеристик.
434
Глава 15
Проблема состоит в оптимальном выборе двух конструктивных
величин одновременно:
y=f (X, z), (15.7)
y>F{x), (15.7a)
y=fj(z) /=1, 2, 3 n, y,xitx2 —► OPT, (15.76)
%2 ^'1 (15.7b)
г —► MIN. (15.7г)
В рассматриваемом комплексе могут быть выбраны только те
величины у, которые описываются функцией (15.76) при соблю-
дении условия (15.7в). Совместно с условием минимума парамет-
Рис. 15.45. Графическое решение алгоритма сложной оптимизации.
pa z (15.7г) вышеупомянутые условия образуют совокупность
критериев для оценки выбранных конструктивных величин.
Один из способов решения алгоритма состоит в использовании
графического метода (рис. 15.45). «Пинии от za до Zj представляют
функцию (15.7). Для решения имеют значение точки этих линий,
общие с кривыми, определяющими параметр z, функцией которого
является величина у. Линии, представляющие функцию (15.76),
имеют обозначения от fi до f?. Эти кривые соответствуют приемле-
Примеры методов
Геометричсские со-
в гидродинамиче-
подшипиике.
Рис. 15.46.
отношения
оком
мым конструктивным величинам. Кривые проведены на основе
связи между величиной у значения ординаты и параметром, кото-
рый представлен линиями от za до Zj.
Кривые от fi до fr характеризуют связь величин у, х и z. Вы-
бирая одну из этих линий как свойство конструктивной величины
для произвольного значения х, определяем также значения у и
г. Кривая F(x) образует границу об-
ласти допустимых значений в соответ-
ствии с условием (15.7а). Представ-
ленная теория применима в тех случа-
ях, когда функцией (15.7) описывается
конструктивная величина, например
характеристика материала конструк-
ции, а величина х является, например,
геометрической конструктивной харак-
теристикой и эти характеристики опти-
мизируются одновременно.
Решение задачи оптимизации, пред-
ставленное на рис. 15.45, основано на
выборе функции f5 и значений Xi и х2.
Функция fs обеспечивает выполнение
условия (15.7г) так, чтобы одновременно
(15.7в), наложенное на предел величины х.
Приведем теперь пример использования
мизации для гидродинамического подшипника (рис. 15.46).
Конструктивные предпосылки. Действие подшипника основано
на восприятии поперечной нагрузки от цапфы, размещенной во
втулке.
Ситуационные данные гидродинамического подшипника сле-
выполнялось условие
теории сложной опти-
дующие:
ф подшипник имеет наружную поверхность, площадь которой
может иметь значения А;
ф условия среды обеспечивают отвод тепла, определяемого
известным коэффициентом теплоотдачи а;
ф длина ведущей цапфы равна ее диаметру, l=d.
Кроме того, имеется информация о нагрузке Р и угловой ско-
рости вращения со.
Искомыми величинами являются:
ф марка масла (характеристика материала конструкции);
ф допуски размеров цапфы и втулки (геометрические кон-
структивные характеристики).
Принцип оптимальной стабильности обусловливает необходи-
мость надежности действия подшипника. Эта надежность обеспе-
чивается прослойкой масла между цапфой и втулкой, причем тол-
щина прослойки должна быть не меньше ho. Этот критерий выте-
кает из обоснования технической целесообразности. Использование-
436
Глава 15
.принципа оптимального нагружения и экономического обоснования
приводит к критерию наименьших энергетических затрат. При ус-
тановленных конструктивных характеристиках и условиях функ-
ционирования критерий наименьших энергетических затрат равно-
значен критерию наиболее низкой температуры прослойки мас-
ла
Из обоснования возможностей изготовления вытекает критерий
условий изготовления, которые можно свести к условию мини-
мальной разницы между экстремальными значениями относитель-
ного зазора:
Фмакс— Фмин> М (!5.8)
где
^в,макс ^ц,мин
тмакс
tZ *
мин ^ц.макс
Финн=-------2-----'
Алгоритм основан на уравнении энергетического баланса:
Pfv=aAK(t0—tz). (15.9)
Здесь используются следующие обозначения; Р — несущая спо-
собность подшипника; f — коэффициент быстроходности; v — ок-
ружная скорость цапфы; а — коэффициент теплоотдачи; А — пло-
щадь внешней поверхности подшипника; К — характеристика
градиента температуры (число Карелитца), £=14-0,8; ^ — сред-
няя температура масла между цапфой и втулкой; ^ — температу-
ра окружающей среды; So — число Зоммерфельда, 5о=рф2/тро;
р — относительная нагрузка, p=Pldl-, со—угловая скорость; т]—
динамическая вязкость масла; /г0 — минимально допустимая тол-
щина прослойки масла; фо = 2/1оМ —допустимый относительный за-
зор; 8=ф/ф0 — отношение структурного зазора к допустимому;
т]о=рф2/ю — номинальная вязкость в подшипнике; £=т]/т]0 — отно-
шение вязкости масла в подшипнике к номинальной вязкости;
Ае —наименьшая разность между относительными зазорами.
Алгоритм, обобщенная форма которого определяется системой
зависимостей (15.7), имеет вид:
Е=е (t0—D при Е > е2, £ = (£—t^2D2 при Е < е2, р, 1 аАК (15.8а) (15.86) (15.8в)
° phodla>
р2 8 — 1 ’ (15.8г)
Ej=fj(t) (j—марки сортов масла), (15.8д)
(£j. Емакс’ емин) ---” ОРТ,
бмакс—Емин > Ае! *0 -------” MIN’ (15'8е)
Примеры методов
437
На рис. 15.47 представлено графическое решение алгоритма.
Допустимая область определяется условием (15.8г). Пучок пря-
мых (15.8а), проходящих через начало координат, после пересече-
ния параболы Е = е2 переходит в горизонтальные прямые (15.86).
Эти прямые не вычерчены на графике. Прямые (15.8а) вычисле-
Рис. 15.47. Графическое решение алгоритма конструкции гидродинамического под-
шипника.
ны для различных температур. В зависимости от потребности пу-
чок прямых можно сгущать. На графике даны прямые в пределах
от 45 до 120 °C. Эти прямые в сответствии с теорией определяют
координаты температуры [параметр z в алгоритме (15.7)]. Коорди-
наты температуры использованы в целях введения в график харак-
теристик масла (15.8д) —кривых Е2—Ее из совокупности подхо-
дящих марок масла. Масло, обозначенное номером 1, не вошло
в допустимую область (15.8г).
Анализ графика рис. 15.47 позволяет определить оптимальные
конструктивные характеристики: марку масла Es и величину Де,
по которой устанавливаются геометрические характеристики.
15.7. Другие методы
В гл. 15 представлены некоторые методы творческой техниче-
ской деятельности. Примеров эвристических и алгоритмических
методов можно привести гораздо больше; в сущности, их можно
438
Глава 15
умножать без конца. Однако методы, описанные в этой главе, не
охватывают всех методов, приведенных в книге. Читатель, кото-
рый возьмет на себя труд изучить содержание книги, найдет в дру-
гих ее главах описание многих методов и их основ. Начиная от
гл. 8, почти во всех главах содержится довольно много рекомен-
даций для практической деятельности.
Объект инженерной деятельности — это цель, путь к которой
обозначен и освещен критериями.
В этой книге автор неоднократно обращал внимание читателя
на ключевое значение критериев. Здесь еще раз уместно подчерк-
нуть значение проблемы комплекса критериев (гл. 9).
Понимание значения системы и конструкции как объектов твор-
ческой технической деятельности и значения критериев является
основой любых методов.
Объект, т. е. цель инженерной деятельности, обозначают и ос-
вещают критерии. Всевозможные эвристические и логические по-
следствия использования комплекса критериев методически рацио-
нализируют эту деятельность. Различные методы расчета непо-
средственно логически следуют из этих критериев. Именно этому
кругу проблем посвящена данная книга.
Чем больше имеется информации, тем меньше расходуется
материальных ресурсов как необходимого фактора жизни человече-
ского общества.
Две большие совокупности обусловливают нашу жизнь. Одна
совокупность ограничена, другая — не ограничена. Первую состав-
ляют различные материалы и энергия, другой же являе.тся инфор-
мация. Можно принять за аксиому утверждение о зависимости
между материей и информацией, необходимыми для жизни и раз-
вития людей. Если признать это, то приобретает решающее зна-
чение оптимизация действий, направленных на получение соответ-
ствующей операционной (и не только операционной) информации.
ЛИТЕРАТУРА
Введение
Podstawy konstrukcji maszyn, WNT, Warszawa, 1964.
Dietrych J., Konstrukcja i konstruowanie, WNT, Warszawa, 1968.
Dietrych J., Projektowanie i konstruowanie, WNT, Warszawa, 1974.
Глава 1
Dietrych J., Kocanda S„ Korewa W., Podstawy konstrukcji maszyn, Czgsc I, WNT,
Warszawa, 1974.
Dietrych J. i in., Podstawy konstrukcji maszyn, Czgsc III, WNT, Warszawa, 1971.
Kotarbinski T., Traktat о dobrej robocie, Ossolineum, Wroclaw — Warszawa, 1971.
Глава 4
P. de Latil, Thinking by machine. A study of cybernetics, Lnd., Sidquick and Jack-
son, 1'956.
Глава 6
Dietrych A., Informacja konstruKcyjna, Katedra Ogolnych Podstaw Konstrukcji
Maszyn Politechniki Slaskej, Gliwice, Z. 17, 1965.
Глава 8
Dietrych J., Tymieniecki, Punktacja jako metoda analizy konstrukcji, Przeglqd
Mechaniczny, № 11 (1960).
Глава 9
Horyzonty Nauki, Ambasada USA w Warszawie, № 33.
Baade F. u.a., Wie leben wir morgen? Stuttgart, J. Schlemmer Kroners Tesche-
nausgabe, Bd. 268, 1957.
Коммонср Б. Замыкающийся круг. Природа, человек, технология. Пер. с
англ. — Л.: Гидрометеоиздат, 1974.
Dietrych J., Nie ma alternatywy, Politechnik, № 30, 492 (1970).
Dietrych Ratunek w prawdzie, Politechnik, № 26, 642 (1974).
Dietrych J., Sens dzialan technicznych, Pol. Sl^ska I.M.P.K.M., 19/53, 1974.
Dorfles G., Il disegno industriale e la sua estetica, Bologna, Capelli, 1963.
Гэлбрейт Дж. К. Новое индустриальное общество. Пер. с англ. — М.: Прогресс,
1969.
McLuhan М., Understanding Media, The Extension of Man, McGraw-Hill, New
York, 1964.
McLuhan M., Fiore Q., War and peace in the global village, Bantam Books, New
York, 1968.
Meadows D. H. et al., The limits to growth. A report for the club of Romes project .
on the predicament of mankind, New York, Universe books, 1972.
Myrdal G., The challenge of world poverty, New York, Pantheon books, 1970.
Porgbski M., Ikonosfera, PIW, Warszawa, 1972.
Suchodolski B., Labirynty wspolczesnosci, PIW, Warszawa, 1972.
Suchodolski B., Technika a spoleczenstwo, PIW, Warszawa, 1974. J
440
Литература
Toffler A., Future shock, New York, Random House, 1970.
Wielowieyski A., Przed trzecim przyspieszeniem, Znak, Krakow, 1968.
Van Lier H., Nowy wiek, 1970.
Глава 11
Volk W., Statystyka stosowana dla inzenerow, WNT, Warszawa, 1965.
Ramfeld W., Niezawodnosc jako miara oceny konstrukcji na tie badan kr^znikow.
Praca doktorska, Pol. SI., Z. 32, 1970.
Глава 12
Crum L. W., Analiza wartosci, Warszawa, PWE, 1973.
Guilford J. P., Personality, New York, McGraw-Hill Co., 1959.
Zwicky F., Entdecken, Erfinden, Forschen im morphologishen Weltbild, Mtlnchen,
Droemer Knaur, 1966.
Глава 15
Blake A. G. E., Master of complexity, Bristol, Matchett Training, 1973.
Dietrych J., Teoria i budowa przesiewaczy, Katowice, WGH, 1962.
Frankl E. F., Homo patiens, Warszawa, PAX, 1971.
Холл А. Д. Опыт методологии для системотехники. Пер. с англ. — М.: Советское
радио, 1975.
Jones J., Archer В., см. Design, Ns 212, рр. 32—35, Ns 213, рр. 46—50.
Kozielecki J., Koncepcje psychologiczne czlowieka, Warszawa, PIW, 1976; Rozwi^zy-
wanie problemow, Warszawa, PZWSz, 1969.
Matchett E., Towards a new-world technology, Bristol, Matchett Training, 1973.
Podstawy konstrukcji maszyn, Warszawa, WNT, 1974.
Pietrasinskl Z., Myslenie tworcze, Warszawa, PZWSz, 1969.
Полна Д. Как решать задачу. Пер. с англ. — М.: Учпедгиз, 1959; Математическое
открытие. — М.: Советское радио, 1976.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. — М.: Московский рабочий, 1973
Борисов В. И. Общая методология конструирования машин. — М.: Машинострое-
ние, 1978.
Буш Г. Я. Методы технического творчества. — Рига: Лиема, 1972.
Волков Г. Н. Истоки и горизонты прогресса. — М.: Политиздат, 1976.
Гаспарский В. Праксеологический анализ проектно-конструкторских разработок.
Пер. с польского. — М.: Мир, 1978.
Гольдгамер Г. И. Информационное обеспечение исследований и разработок. — М.:
Советское радио, 1976.
Джонс Дж. К. Инженерное и художественное конструирование. Пер. с англ. — М.:
Мир, 1976.
Диксон Д. Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решений.
Пер. с англ. — М.: Мир, 1969
Дружинин В. В., Конторов Д. С. Проблемы системологии. — М.: Советское радио,
1976.
Звежинский С. М. Информационная деятельность в научно-исследовательских и
проектно-конструкторских организациях. — Львов: Каменяр, 1970.
Иванов Б И., Чешев В. В. Становление и развитие технических наук. — Л.: Наука,
1977.
Крик Э. Введение в инженерное дело. — М.: Энергия, 1970.
Мелещенко Ю. С. Техника и закономерности ее развития —Л.: Лениздат, 1970.
Моисеева Н. К. Выбор технических решений при создании новых изделий. — М.:
Машиностроение, 1980.
Литература
441
Ольхофф Н. Оптимальное проектирование конструкций: Вопросы вибрации и по-
тери устойчивости. Пер. с англ. — М.: Мир, 1981.
Орлов П. И. Основы конструирования. — М.: Машиностроение, 1968, 1972.
Прагер В. Основы теории оптимального проектирования конструкций. Пер. с
англ. — М.: Мир, 1977.
Уайлд Д. Оптимальное проектирование. Пер. с англ. — М.: Мир, 1981.
Хилл П. Наука и искусство проектирования. Пер. с англ. — М.: Мир, 1973.
Холл А. Опыт методологии для системотехники. Пер. с англ. — М.: Советское ра-
дио, 1975.
Юдин Э. Г. Системный подход и принцип деятельности. — М.: Наука, 1978.
29—1147
ТЕРМИНЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
МАТЕМАТИЧЕСКОЙ логики и теории множеств,
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В КНИГЕ
Дизъюнкция—логическая операция, соединяющая два (Д и
В) или большее число высказываний при помощи союза «или»
в новое, сложное высказывание, истинное во всех случаях, за ис-
ключением того, когда оба высказывания А и В ложны. Дизъюнк-
ция обозначается знаком V (союз «или»). Формула А\/В чита-
ется «Я или В» и означает «либо А, либо В, либо то и другое»
(слабая дизъюнкция — исключающее значение союза «или»).
В случае строгой дизъюнкции союз «или» имеет исключающее
значение «либо А, либо В» (альтернатива). Этот случай обозна-
чается А \/\/В.
Импликация—логическая операция, связывающая два выска-
зывания в сложное высказывание, которому в обычном языке со-
ответствуют слова «если..., то...» или «влечет...» («если А, то В»,
или «Д влечет (имплицирует) В», или «В следует из Д»). Импли-
кация обозначается Д=>В, или Д->В, или Д=>В.
Конъюнкция—логическая операция, соединяющая два или бо-
лее высказываний при помощи союза «и» в новое, сложное выска-
зывание, истинное тогда и только тогда, когда каждое из исходных
высказываний истинно, и ложное, когда хотя бы одно из исходных
высказываний ложно. Конъюнкция обозначается знаком Л (со-
юз «и»). Формула А/\В читается «Д и В». В теории множеств
операция конъюнкции соответствует операции пересечения мно-
жеств (см.).
Отрицание—-логическая операция, образующая из некоторого
высказывания А новое высказывание «не Д» (обозначается 1 Д).
Высказывание ТД ложно, если высказывание Д истинно, и наобо-
рот, если 1А истинно, то А ложно.
Пересечение множеств (общая часть множеств). Пересечением
множеств М и N называется множество объектов, принадлежа-
щих обоим множествам М и N. Пересечение множеств записыва-
ется M(]N (читается «пересечение М и N»). Пересечение множеств
Термины и обозначения
443
соответствует в математической логике операции конъюнк-
ции (см.).
Сложение множеств — действие над множествами, посредством
которого из двух множеств, например М и N, образуется новое
множество К, состоящее из элементов, которые принадлежат по
крайней мере одному из множеств М и N. Операция сложения
обозначается и читается как «сумма (или объединение) мно-
жеств М и N»
29'
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Абстракция 14, 19, 73, 131, 299, 309,
351
Автоматизация 57, 141, 207, 230
Адекватность 115, 146, 179—183, 194,
205, 230, 263
Алгоритм 350, 430, 433, 434
— выбора 157, 161
— логический 302, 350, 406
— математический 302, 350, 406
— оптимизации 161
Анализ 13, 75, 108, 141, 220, 280, 309,
373, 380—390, 403, 425
—ценностей 417
Аналог 118, 422
Аналогия 193, 302, 364, 398
Антигуманизм 177, 178
Антипотребность 193, 194, 196
Артефакт 21, 280, 309, 315—325
Барьер языковый 395
Биосфера 35, 178, 315, 317
Вероятностный метод 294
Вещество (сырье) 20, 44, 92, 109, 196,
229, 234, 242—247, 270, 430
Вид конструктивный 23, 30, 61, 96,
102, 169, 208, 214, 234—237, 401
Воображение 358
Воссоздание конструкции 113, 114
Вторичное сырье 44, 321
Выбор 161, 174, 208—211, 301, 361—
363, 387, 402
— волевой 155, 156
— критериальный 155—157, 175
— случайный 155, 156
Гигиена и безопасность труда 187
Гипотеза 135, 275—278, 358
Граф 52—55, 61, 220, 312, 374, 390,
411, 416
Данные количественные 283, 418
— ситуационные 186, 283, 418
Дедукция 279, 280
Дезинформация 19, 21, 336
Деятельность (действия) 72, 89, 108,
115, 134, 139, 152—157, 197, 200,
209, 255, 275—277, 364, 377, 417, 438
— главная (основная) 280, 282, 284,
285
— контрольная (проверочная) 280—
285, 337, 350, 369, 390
— методическая 274, 275
— оператора 185, 186
— предварительная 280, 282
— с замыслами 70, 118, 299—309
----изделиями 70, 299—301
— стереотипная 302, 303, 327
— творческая 39, 275—277, 288, 313,
338, 350, 369
— техническая 32, 118, 203, 280—282,
309—312, 377, 390
— технического средства 15, 280, 282,
419
Дефект (брак) 156, 211, 294, 316, 327,
339, 346, 370, 422
Диалог 150
Документация конструкторская 197,
377
— проектная 12, 70, 71, 72, 190
Допуск 102, 103
Задание (задача) главное 341
— проблемное 338, 390—392
— проектное 342
— творческое 342
Предметный указатель
445
Закон ограниченного многообразия
78, 218
— относительного постоянства 90, 133,
243
Замысел 71, 77, 88, 228, 280—283, 351,
357, 363, 368, 390
Запись конструкции 13, 27—30, 52, 81,
89, 104, 116, 120—124, 433
— матричная 54, 60
— системы 52—55, 59, 63
Знак 19, 66, 81, 94, 117—120
Идеализация действия 72, 73
Изготовитель 79—85, 98, 178, 179
Изготовление (производство) 21, 27,
32, 66—80, 101, 137, 144—148, 224,
232
Изделие 20, 27, 32, 76—90, 98, 147,
203, 212, 261, 379, 389
— дефектное 101
Инвестиции (капиталовложения) 133
Индукция 278—280
Инженер 13, 25, 33, 36, 43, 76—83,
134, 194, 197, 200, 309, 316, 339,
356—362
Институты научно-исследовательские,
проектно-конструкторские и вне-
дренческие 66, 68, 87, 348, 349
Интроспекция (самонаблюдение) 279
Интуиция 196, 197, 230, 275—279, 321,
328—332, 355—361, 428
Информация 22, 37, 38, 45, 52, 54, 66,
70, 78, 94, 117—121, 134, 193—200,
303, 316, 323, 333—344, 355, 360—
365, 393—398, 405
Исполнитель 79, 82, 85, 98, 179
Исследования 10, 69, 86, 147—151,
186, 195, 263, 279—282, 309, 323, 340,
347, 380—385, 427
— конструкторские 28, 31, 274
— научные 136, 149, 227
— опытные (экспериментальные) 108,
265, 284, 347
— системные 274
— футурологические 332
Карта структурная 417—420
Качество 227, 257
Кибернетика 254, 255
Классификация концепций 376—378
Комбинация 98, 99, 407, 408, 414
Коммуникат 10, 11, 19—22, 71—78,
89, 120, 132, 321—329, 336, 345,
380—383, 437
Комплекс 15, 20, 29—33, 74, 90—98,
117—122, 130—136, 145, 232, 411,
420
— антропотехнический 42, 47—50, 178,
189, 217, 340, 386, 387
— действующий 50, 71—73, 340, 352
— критериев 157, 169—179, 200, 369,
375—382, 386—389, 437
— машинный 60, 61
— нагрузок 229, 232, 357
— проектно-конструкторский 287, 288
— размеров 102, 104, ПО—113, 129,
208
— социотехнический 43, 44
— ценностей 195
— экологический 193
Конкретность 10, 19, 72—74, 94, 299,
422
Конструирование 10—13, 23, 26—31,
72—77, 81—90, 116, 137, 228—233
Конструктор 26, 33, 76, 83—89, 116—
123, 140, 185—187, 208, 270, 342, 424
Конструкция 11, 23, 28—32, 44, 53,
72—77, 81—90, 96, 112—117, 208,
228—233
Концепции создание 23, 312—314, 329,
376—379, 385, 392—396, 417
----без связей 376
----комплексной 377
----конструктивной 367—369, 385
----разветвленной 373
----ранжированной 371, 373
----с обратными связями 377, 379
----системной 368, 369
----со связями 371
Концепция 23, 150, 167, 283, 306,
361—376, 387, 401, 418—420
Коэффициент безопасности 252—257,
430
Красота технического средства 189,
190
-------воплощенная 190
446
Предметный указатель
------собственная 190
Критерии 23, 115, 143, 148, 155—161,
213, 393, 436
— веса 238, 272
— взаимосвязи 222—226
— габарита 239, 272
— главные 163
— действия 179, 204, 205, 381
— затрат 216
— избыточности 120, 121, 177, 196,
206, 323, 415—417
— компромисса 163
— конструктивные 44, 187, 205
— концентрации нагрузок 241
— массы 242, 273, 428
— минимума совокупной нужды 205,
222, 223
— морально-этические 202
— надежности 251, 252, 430
— обоснования существования и раз-
вития 189
— объема 242
— повторяемости 223, 226
— расхождения 162, 163
— социализации 200
— социально обоснованные 291
— стабильности 35, 177, 195, 204,
211—216, 318
— стереотипные 215
— стоимости 432
— сходимости 162
— экономического обоснования 205
— энергии 196, 206, 207
— эргономические 185—189
— эстетические 189
Культура 196, 197
Ликвидация 43, 44, 317—319
Макроструктура 104, 107
Масса 37, 48, 119, 196, 205, 236, 315—
319
Материал 27, 32, 92, 109, 234
Материя 79, 197, 355, 438
Матрица 54, 55, 56, 60, 410
Машина 21, 36, 48—51, 75, 115, 189,
236, 275, 315—319, 364, 387
Машиноведение 31
Мегакомплекс 12, 21, 36—42, 133,
144—147, 193, 212, 287, 292, 296, 310
Метод 22, 81, 120, 224, 263—265,
275—279, 390, 408—413
— алгоритмический 405
— аналитический 280
— двузначной оценки 168
— конструирования 101, 231, 342, 437
— логический (формальный) 155, 156,
420
— морфологический 298
— научный 275, 276
— по критерию избыточности 415
— последовательных приближений
271
— формирования концепций 424, 425
— «через разделение — к целому» 413
— эвристический 399
Методология 16, 28—31, 196, 274—
280, 309, 323, 385, 426
Микроструктура 104, 107, 108
Минимизация прямая 487
----ранжированная 433
Модель 22, 44, 84, 96—98, 108, 135,
147—151, 160, 173, 297, 380, 427
— абстрактная 171, 172
— имитационная 171, 172
— конкретная 171, 172
—‘математическая 171—173, 182, 253,
386, 423
— механодинамическая 422
— феноменологическая 171, 386, 422—
426
Модификация 282
— ситуации 186, 283
Монографии о конструировании 28—
31
Монтаж 83—85, 98, 101
Мышление 77, 78
— замкнутое 276, 357, 373, 405
— интуитивное 155, 156
— открытое 276, 357, 373, 402—410
— разумное 155, 156
— спонтанное 404
Наблюдение 276—280, 285, 351, 363
Нагрузка (нагружение) 112, 229,
234—236, 258, 436
Предметный указатель
447
— критическая 267
.— непредсказуемая 229
— полезная 229
— рабочая 267
— случайная 265
Надежность 181—185, 192, 253—255,
263
— действия 180, 181, 205
— относительная 180, 181
Напряжение 235, 239—244, 251
— допускаемое 241, 252—255
— критериальное 247, 249, 252
— критическое 244, 247, 251
— переменное 246, 247
Наука технического творчества 10,
25—32, 46
Негэнтропия 77
Недостаток 198—200, 282, 339, 363
Ненадежность 92, 113, 180, 220, 251—
255, 264, 336, 397
Новая техника 134, 136
Ноосфера 192
Нормализация 114, 218—220, 226
Носитель информации 70, 120, 345,
417
Обоснования 175
— возможностей изготовления 119—
122
— главные 242
— информационного назначения 119—
121
— создания изделия 165, 203, 242, 403
— существования и развития 35, 177,
186, 215, 216
— технического назначения 39, 203,
213—216, 379, 438
— экономические 39, 119—121, 203,
215—217, 242, 273, 378
Область возможных решений 153—
156, 301, 374, 406, 423
Обстоятельства действия 180, 205
Операции логические 425—427
— наводящие 402
— предварительные 220, 221
— рациональные 153
— теоретические 220, 221
— технические 197—199
— чертежные 119—121
Описание потребностей 283, 288, 328
— проблемы 174
— системы 74
— сущности действия 283, 418
Оптимизация 23, 44, 152—154, 213—
215, 229, 268—270, 345, 417, 426—
431, 438
— без экстремумов 161
— многокритериальная 208
— по критерию компромисса 163
---критериям ограничения 159, 160
----одному критерию 158
— при противоречивых критериаль-
ных предпосылках 158
— прямая 158, 434
— сложная 165, 166
Оптимум 153, 1711—173, 269
Орудия 20, 37, 66, 117, 131, 200—202
Особенности праксеологические 28, 29
Ответственность 9, 33, 140, 157, 198—
202, 316, 342—344, 353
Отдача творческая 392, 393
Отклонение 90, 99—101, 128—130, 157,
249—257
Отношение преобразований 48—53,
58—62, 145, 306, 325
— связей 50—53, 57—59, 149, 179, 370,
416
Охрана среды 35
Оценка 147—156, 166—169, 381—383,
413
Ошибка 32, 91, 157, 211
Перемещение 37, 48, 50
Переработка 37, 48, 50
Планы капиталовложений 136, 139,
140
— новой техники 136, 139
— операционные 84, 141
— хозяйственные 67, 134, 136
Подсистема 46, 58, 64—69, 149—151,
295
Подход вероятностный 101, 105, 106
— системный 13, 24, 44, 65, 287—290,
320
— целостный 186, 187, 201, 202
Показатель надежности 255
448
Предметный указатель
Поле видения 120, 200—202, 296, 314,
364
Поломка (неисправность) 261, 262,
269
Полуфабрикат 83, 84, 142
Помещение 20, 51, 76, 309, 411
Потребитель 85, 86, 200
Потребность 9, 25—28, 73, 139, 149,
192, 286, 326, 337—340, 347, 374, 384
— актуальная 134, 193
— идентификации (определения) 12,
26, 74, 329
— потенциальная 134, 329, 357
—социально признанная 194
— элементарная 193, 194
Правила 152, 280
— записи конструкции 120, 128—-131
Праксеология 38
Предпосылки проектно-конструктор-
ские 283, 386, 389, 435
Преобразование 37, 48, 50—53, 59, 306
Принципы конструкции 31, 229—234,
386, 410, 430
— непротиворечивые 71, 72, 120—124
—однозначности 104, 120—124
— оптимизации материала 109, ПО
---нагрузок 231, 268, 430, 436
— —отношения взаимосвязанных ве-
личин 231, 232
---стабильности 230—232, 430, 436
— полноты 104
Проблема 155, 156
— инвестиций (капиталовложений)
140
— красоты технического средства 187,
189
— моральная 331
— практическая 68, 69
— рациональной ликвидации 43, 44
— техническая 25, 33
— экологическая 25, 36, 188, 193, 194
— экономическая 137
Прогнозирование потребностей 139
— хозяйственное 139, 140
Программа действия 147, 148
— как метод 380
— модифицированная 382
— прагматическая 386
— проектирования 341, 342
Программирование 147, 380—385
— линейное 159
Прогресс 196, 316, 333
Проект 20, 27, 142, 289, 389
Проектирование 12, 23, 26, 133, 149,
274, 290—298, 316, 405, 410
— методом моделирования 102
— системное (интегральное) 13, 23,
42, 65, 179, 290, 315
— техническое 23, 135, 143, 159
— частное (партикулярное) 13, 24,
179, 196
Проектировщик 26, 33, 117, 150, 335
Промышленные образцы 190—192
Прототип 205, 281, 347
Процесс детерминированный 92, 93
— дивергенции — конвергенции (рас-
хождения— сходимости) 167
— инвестиционный 134, 135, 137, 138,
144
— исполнительский (стереотипный)
304
— исследовательско-проектно-конст-
рукторско-внедренческий 70, 283,
312, 313
— стохастический 91, 93
— творческий 312, 327
—удовлетворения потребностей 14,
26, 76, 182
Различие проектирования и конструи-
рования 12—18, 286, 289
Размер 102, 121, 129—131
Разработка концепций 386, 387
----предварительная 386, 387
----операционная 386, 389
Распределение Вейбулла 263
— Гаусса 227, 249, 251
— допускаемое 102
— нагрузок 101
— состояния 109, 251
— структуры 99, 100, 105
Реклама 195, 197
Ремесло 86
Ремонт 119, 292
Решение оптимальное 338, 339
— проблемное 290, 291, 351, 358, 364
Предметный указатель
449
— стереотипное 340
Риск 157, 262, 277, 346, 363
Самонаблюдение 279
Свойство 228—231, 310, 387
— вероятностное 94
— и особенность 10—12, 20, 46, 91—
94, 118, 229, 269, 396
Связь 33, 50—54, 145—149, 325, 385,
406
— обратная 70, 147, 281, 285
Сети связей 410, 411, 413
Сигнал 19, 22
Символ 116—119, 132, 277, 348, 364
Синергия 399, 400, 402
Синтез 13, 74, 373—377, 380—382
Система 9—16, 28, 51, 58, 67—73, 119,
228, 274, 306—313, 347
—изготовления 144
— информационная 46—50, 61—67,
73, 87, 132, 148, 347
— массы 47, 50, 61—64
— эксплуатационная 144
— энергетическая 47, 50, 61, 64
Случайная переменная 267
Совершенствование конструкции 136
Совокупность 15, 21, 39, 91, 98, 111,
163, 291, 370, 438
Содержание в исправности 214
Сомнение (неуверенность) 92, 135,
180, 220, 251—255
Сооружение 98, 115, 132, 399
Состояние допускаемое 257, 258
— изделия 76, 90, 99
— комплекса 10—12, 20, 50, 98
— критическое 243
Сотрудничество (содействие) 150, 200,
353, 388—393, 404
Социализация 85, 86, 197—201, 333
Способ 275, 296, 339, 362—364
Стандартизация 227
Стереотип 355—363
Стохастические свойства 104
Структура 10, 20, 69, 90—109, 212,
243, 340—342
Субъект 84, 116, 294, 389
— творческий 282, 352, 386
Сущность действия (деятельности)
204, 400
— записи конструкции 119—121
— миниатюрной модели 122
Творческий работник 33, 150, 179, 338,
351, 358—362
Творчество 68, 69, 279, 342, 357—359,
390
Теория 28, 365
Техник 9, 25
Техника 32, 118, 203, 280, 309—312,
377
Техническая эстетика 186, 187
Техническое средство 10—12, 20, 33—
45, 76, 150, 182, 189, 211, 269, 374
— — актуальное (существующее) 317
---- потенциальное 319
Технология 21, 32, 207
Техносфера 9, 21, 25, 35, 178, 290, 315
Типизация 224—226
Тиражирование изделия 78
Удовлетворение потребностей 27, 135,
139, 147—150, 180—182, 192, 335
Унификация 224—227
Установление потребностей 74, 329—-
335
Факторы, тормозящие творчество 364
Физикализм 398
Формоустойчивость 247—252
Футурология 25, 26
Характеристика геометрическая, кон^
структивная 103, 122, 186, 268
— гипотетическая 115
— динамическая 112, 234, 236, 428
—материала вещества) 109, 186,
430, 435
Цель проектирования 142
Ценности 65, 66, 188, 189
Циркуляция информации, массы н
энергии 47—49, 64—66, 320
Часть и целое 13, 51, 226, 292—297,
332, 373, 399
450 Предметный указатель
Чертеж 119, 122, 389 Экосфера 34, 35, 193, 315 Эксперимент 243—247, 277, 425
Штурм мозговой 370, 404, 417 Эксплуатация 27, 32, 144—149, 224 Элемент (деталь) 21, 26, 40, 186, 211,
Эвристика 351, 405 Экология 193 Экономическая проблема 138 Экономический закон 152 295, 327, 370, 407—409, 413 Энергия 38, 198, 319 Энтропия 76, 77, 318, 319 Эргономика 186, 187, 366
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора перевода . 5
Введение................... .................................. 9
Краткий словарь терминов науки технического творчества ..... 19
1. Предмет и область определения науки технического твор-
чества ........................................................ 25
1.0. Введение........................................................25
1.1. Элементы процесса удовлетворения общественных потребностей . . 25
1.2. Определение науки технического творчества.......................28
1.3. Элементы науки технического творчества..........................28
1.4. Теория предмета технического творчества.........................28
1.5. Методология технического творчества.............................29
1.6. Теория записи конструкции.......................................30
1.7. Методология опытно-конструкторских работ и системных исследо-
ваний ............................................................. 30
1.8. Монографии о конструировании....................................31
1.9. Наука технического творчества и праксеология....................31
1.10. Термин «технология» ...........................................32
2. Техническое средство............................................33
2.0. Введение..................................................... 33
2.1. Существенная роль технических средств ......................... 33
2.2. Замкнутый комплекс............................................. 34
2.3. Условия создания и действия технического средства...............35
2.4. Техносфера — технический мегакомплекс—орудие — помещение . . 36
2.5. Существенные особенности технических средств....................37
2.6. Технический мегакомплекс........................................39
2.7. Антропотехнические и социотехнические комплексы.................42
2.8. Конец существования технического средства.......................43
3. Система и техническая система...................................45
3.0. Введение........................................................45
3.1. Объединение систем..............................................46
3.2. Объединение систем антропотехнического комплекса . 47
3.3. Разновидности отношений в технических системах..................49
3.4. Основы описания системы ........................................51
3.5. Граф как форма записи системы...................................53
3.6. Различные уровни детализации записи системы.....................54
3.7. Элементарные системы и применение матриц .......................55
3.8. Машинный комплекс и его система ................................57
3.9. Схема машинного комплекса и запись системы......................60
3.10. Понятие черного ящика..........................................63
3.11. Частные разновидности систем...................................64
3.12. Общая информационная система...................................65
452
Оглавление
3.13. Действия с замыслами и изделиями..............................70
3.14. Потребность — действие — система — функционирующий комплекс . 72
3.15. Вход, выход и два порядка.....................................73
4. Изделие........................................................76
4.0. Введение..................................................... 76
4.1. Проект и изделие...............................................76
4.2. Массовое производство изделий..................................78
4.3. Техническая информация в процессе изготовления .... 83
4.4. Развитие специализации производства и конструирования . 85
5. Конструкция....................................................88
5.0. Введение.......................................................88
5.1. Определение конструкции....................................... 89
5.2. Закон относительного постоянства.............................. 90
5.3. Случайные свойства изделия.................................... 92
5.4. Структуры изделия............................................. 95
5.5. Состояния изделия............................................. 98
5.6. Сущность комплекса структур и состояний Изделия . 100
5.7. Качественное и дефектное изделия....................... . 100
5.8. Понятие конструктивной характеристики .... Ю2
5.9. Геометрические конструктивные характеристики . . . 102
5.10. Макроструктура и микроструктура .... 104
5.11. Конструктивные характеристики вещесгва ... . 109
5.12. Динамические конструктивные характеристики . 111
5.13. Воссоздание конструкции.......................................ИЗ
6. Запись конструкции....................... .... 116
6.0. Введение......................................................116
6.1. Запись — средство коммуникации и памяти...................... 117
6.2. Технические чертежи...........................................119
6.3. Принципы и правила записи конструкции...................120
6.4. Сущность записи конструкции................................. .122
6.5. Запись конструктивного вида...................................124
6.6. Запись комплекса размеров.....................................128
6.7. Машинная запись...............................................132
7. Система, конструкция и процесс удовлетворения потреб-
ностей .......................................................133
7.0. Введение.....................................................133
7.1. Проектирование, конструирование и капиталовложения .... 133
7.2. Постепенное увеличение области технико-экономических действий 138
7.3. Проектирование в самом широком смысле ....... 141
7.4. Системное единство производства и эксплуатации .... 144
7.5. Значение решений в процессе удовлетворения потребностей .146
7.6. Информационная система как основа сложного действия 148
8. Оптимизация...................................................152
8.0. Введение......................................................152
8.1. Стремление к оптимизации—врожденная человеческая склонность 153
8.2. Формальные условия оптимизации при обобщенном подходе . . 154
8.3. Сущность выбора.............................................. 155
8.4 Прямая оптимизация............................................157
8.5. Проблема множества оптимальных величин........................159
Оглавление 453
8.6. Оптимизация без экстремума..................................161
8.7. Оптимизация с компромиссным критерием.......................164
8.8. Сложная оптимизация.........................................166
8.9. Дивергентно-конвергентный процесс...........................166
8.10. Метод взвешенных оценок......................................168
8.11. Прогнозируемые оптимумы......................................171
8.12. Итерационные процедуры....................................
9. Комплекс критериев ........................................
9.0. Введение...............................................
9.1. Проблема выбора критериев..............................
9.2. Роль комплекса критериев............................
9.3. Типы принципиальных обоснований .... . .
9.4. Обоснование целесообразности создания технического средства
9.5. Критерий социально-технической адекватности ....
9.6. Критерий устранения избыточности.......................
9.7. Социализация технических средств.......................
9.8. Обоснование целесообразности создания изделия ....
9.9. Критерии классификации технического средства и изделия
9.10. Стереотипные критерии...................................
9.11. Обобщенные характеристики комплекса критериев
9.12. Требования конкретных потребителей....................
172
174
174
175
175
176
177
178
196
198
203
211
215
215
10. Основы нормализации...............................218
10.0. Введение...............................
10.1. Закон ограниченного многообразия
10.2. Нормализация и развитие конструирования
10.3. Анализ сложности нормализации
10.4. Унификация и типизация.................
10.5. Критерии повторяемости н сочетаемости
10.6. Социальные выгоды......................
218
218
219
220
224
226
226
11. Принципы конструкции............................................228
11.0. Введение.......................................................228
11.1. Свойства и особенности изделия ............. . . 229
11.2. Комплекс принципов конструкции ........ 232
11.3. Принцип оптимального нагружения .... ... 232
11.4. Принцип оптимального материала....................... . . . 242
11.5. Принцип оптимальной стабильности ..............................252
11.6. Принцип оптимальных соотношений взаимосвязанных величин . . 268
12. Основы методологии проектирования и конструирования 274
12.0. Введение....................................................274
12.1 Действие — способ — метод ......................................274
12.2. Анализ творческих технических действий......................280
12.3. Обобщенная основа различения проектирования и конструирования 286
12.4. Системный подход............................................287
12.5. Системное проектирование....................................290
12.6. Часть и целое как проблема проектирования...................293
12.7. Разнородность процессов проектирования и конструирования . . 298
12.8. Типы проектно-конструкторского процесса.....................306
12.9. Основные этапы и уровни абстракции..........................309
12.10. Нелинейность проектно-конструкторского процесса............312
12.11. Предпосылки методов проектирования и конструирования . . . 314
454
Оглавление
13. Артефакт в системном проектировании ..... 315
13.0. Введение ...................................: 315
13.1. Ответственность за артефакты..................................315
13.2. Существование артефакта во времени............................317
13.3. Вопросы системного проектирования.............................318
13.4. Модель кругооборота информации, массы н энергии...............319
13.5. Необходимость ограничений.....................................323
13.6. Значение информации...........................................324
13.7. Артефакт в системном понимании................................324
14. Установление потребностей.....................................326
14.0. Введение......................................................326
14.1. Понятие несоответствия........................................327
14.2. Ключевая проблема.............................................328
14.3. Условия установления потребностей.............................335
14.4. Формальная проверка результатов установления потребности . . 336
14.5. Потребности как результат творческих технических действий . . 337
14.6. Операционные основы...........................................343
14.7. Потребность в технических средствах...........................347
14.8. Потребность в системе.........................................348
15. Примеры методов...............................................350
15.0. Введение......................................................350
15.1. Общие основы эвристических методов............................351
15.2. Создание технических концепций................................366
15.3. Программа деятельности как метод .............................379
15.4. Практический подход......................................... 385
15.5. Эвристические методы..........................................393
15.6. Алгоритмические методы........................................406
15.7. Другие методы.................................................437
Литература..........................................................439
Термины и обозначения математической логики и теории множеств, исполь-
зуемые в книге . 442
Предметный указатель.............................................. 444
Уважаемый читатель!
Ваши замечания о содержании книги, ее оформлении,
качестве перевода и другие просим присылать по адресу:
129820, Москва, И-НО, ГСП, 1-й Рижский пер., д. 2,
изд-во «Мир».
я. Дитрих
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ.
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД
Ст. научный редактор Ю. Б. Воронов
.Мл. научный редактор Н. И. Снвилева
Художники Л. В. Левицкий, А. В. Шипов
Художественный редактор Л. Е. Безрученков
Технический редактор Л. П. Бирюкова
Корректор Т. П. Пашковская
ИБ № 2851
Сдано в набор 16.12.80.
Подписано к печати ,16.04.81.
Формат 60X90Vie. Бумага типографская № 2.
Гарнитура литературная. Печать высокая.
Объем 14,25 бум. л. Усл. печ. л. 28,50.
Усл. кр.-отт. 28,50. Уч.-изд. л. 26,68.
Изд. № 20/0947. Тираж 23 000 экз. Зак. 1147.
Цена 2 р. 10 к.
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР>
Москва, 1-й Рижский пер., 2.
Московская типография № 11 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР по делам
издательств, полиграфии и книжной торговли.
Москва, 113105. Нагатинская ул., д. 1.