Глава 1. Постановка и анализ задачи.

 

Постановка задачи – нелегкая работа. Однако правильная постановка творческой инженерной задачи – половина ее решения. Поэтому не нужно экономить время на анализ и постановку задачи. Иногда решение задачи находят на стадии ее постановки. Иногда приходится рассматривать много направлений, отсекая бесперспективные и тупиковые варианты. Задачи инженерного творчества, как правило, решаются итерационным путем, то есть делается несколько приближений к искомому решению на основе анализа полученных результатов. В данной главе рассмотрим два этапа: предварительная постановка задачи (включает 5 операций), которая позволяет определить направление дальнейшей работы и уточненная постановка задачи (включает 7 операций), результатом которой должно стать четкое представление о проблеме и о путях и необходимых методах ее решения. После каждого выполненного этапа желательно кратко записать результат.

 

Предварительная постановка задачи.

 

Широкий класс задач инженерного творчества связан с необходимостью улучшения известного устройства, называемого прототипом. Как правило, улучшения добиваются путем изменения отдельных узлов прототипа, или конструируя абсолютно новые узлы или отдельные элементы. На этапе предварительной постановки задачи необходимо выполнить следующие операции.

 

1. Описание проблемной ситуации.

Эта операция представляет собой самую краткую предварительную формулировку задачи, в которой должны содержаться ответы на следующие вопросы:

a). в чем состоит проблема, и какова ее предыстория;

b). что требуется сделать для устранения проблемной ситуации, т.е. какую потребность надо удовлетворить;

c). что мешает устранению проблемы или достижению цели;

d). что дает решение задачи для людей, предприятия и т.д.

 

Пример описания проблемной ситуации.

a). Внутри цеха имеется пневмотранспорт с диаметром трубы 30 см, который доставляет на рабочие места мелкие пластмассовые заготовки. Цех перевели на изготовление новой продукции. На рабочие места нужно подавать крупные заготовки с размерами (42х28х35) см. Габаритные размеры этих заготовок значительно превышают диаметр трубопровода.

b). Необходимо обеспечить механизированную подачу крупных заготовок от склада до рабочих мест.

c). Крупные заготовки нельзя доставлять существующим пневмотранспортом, так как они не умещаются в трубу диаметром 30 см. Внутри цеха нет дорожек для колесного транспорта. В верхней части цеха нет свободного места для установки кранового оборудования.

d). Решение задачи позволит исключить ручное транспортирование заготовок, как в этом цехе, так и в любом другом аналогичном случае.

 

2. Описание функции (назначения) ТО.

Описание должно содержать четкую и краткую характеристику технического средства, с помощью которого можно удовлетворить возникшую потребность. Это описание может состоять из нескольких описаний и должно быть составлено с сохранением, если необходимо, иерархической соподчиненности последовательности описаний (см. часть 2, глава 2, §2). При этом сначала надо давать качественное, а затем количественное описание функции, которую надо реализовать с помощью разрабатываемого ТО. В таблице приведен пример описания функции пневмотранспорта, в котором указано, как именно действует рассматриваемая функция, на какие объекты направлено ее действие, каковы условия исполнения рассматриваемой функции.

Таблица

Пример описания функций необходимого пневмотранспорта.

Наименование ТО	Описание функции
	Действие	объект	условия
Транспорт внутри цеха	Транспор-тирует	крупные заготовки с габаритными размерами (42х28х35) см	между складом и рабочими местами на расстояние 60 м

3. Выбор прототипа и составление списка требований к прототипу.

В описании проблемной ситуации часто указывают прототип, который требуется усовершенствовать. Этот исходный прототип обычно приходится брать за основу при поиске улучшенного решения. Итак, при выполнении операции 3 сначала необходимо выбрать один главный прототип и 1-2 дополнительных прототипов, имеющих определенные достоинства по сравнению с исходным устройством. Затем необходимо перечислить необходимые и достаточные требования, предъявляемые к прототипу для того, чтобы изделие имело ожидаемую работоспособность, эффективность, ремонтопригодность. При выборе прототипа возможны два источника:

- или уже существующие изделия на уровне мировых стандартов;

- или изделие ведущего класса ТО по сравнению с рассматриваемым ТО (авиация для автомобилестроения).

При выборе дополнительных прототипов рекомендуется использовать патентные описания (доступны в Патентной библиотеке), каталоги выставок, другую литературу.

Список основных требований к прототипу составляют в зависимости от уровня его описания в виде списка требований. Список требований содержит необходимый и достаточный набор требований, при выполнении которых изделие будет выпонять свою главную полезную функцию наилучшим образом. В соответствии с иерархией описания ТО составляются аналогичные иерархически взаимосвязанные списки требований (СТ). Каждый последующий список больше предыдущего и включает его в себя (рис.)

Рис. Иерархия списков требований (СИ) рассматриваемого ТО.

 

Дадим краткую характеристику списков требований в соответствии с иерархией описания ТО, приведенном на рис.

СТ 1 включает функциональные требования (надежность; вид и показатели используемой энергии; особые воздействия окружающей среды и т.д.).

СТ 2 перечень требований и условий, предъявляемых к потокам вещества, энергии и сигналов на входе и выходе (значения физических величин, характеризующих потоки; ограничения на потоки, вызванные взаимодействием ТО с надсистемой и окружающей средой; ограничения на потоки, связанные с их преобразованием внутри ТО).

СТ 3 наборы требований к функциональным элементам ТО аналогичные СТ1 и СТ2.

СТ 4 (составляют для каждого ФПД отдельно). Он содержит: условия и ограничения, накладываемые на выбор основных материалов, используемых при реализации физико-технических эффектов; условия и ограничения, вызванные сопутствующими воздействиями как на элементы ТО так и на окружающую среду; ограничения по энергопотреблению; обрабатываемым материалам и информации.

СТ 5 содержит набор требований и соответствующих количественных показателей по массе, форме, габаритным размерам, компоновке; выбору используемых материалов и комплектующих изделий; способам и средствам соединения элементов между собой; управлению и регулированию; безопасности эксплуатации; патентоспособности; цене и т.д.

СТ 6 включает набор требований по выбору оптимальных параметров ТО, по запасам прочности, устойчивости, надежности, взаимозаменяемости, условиям эксплуатации, транспортирования и хранения, и т.д.

Количественное описание функции ТО вместе со списком основных требований представляет собой техническое задание на разработку нового поколения ТО.

Иногда при выборе прототипа удается найти подходящее решение и тем самым снять проблемную ситуацию. Однако, не следует прекращать поиск лучшего решения, так как улучшение уже найденного решения позволит отодвинуть возникновение проблемной ситуации в будущем.

В примере с цехом в качестве прототипов можно рассмотреть 2 варианта: пневмотранспорт и транспортер.

 

4. Составление списка недостатков прототипа.

Устранение недостатков обеспечивает получение новой улучшенной модификации ТО. При выполнении этой операции необходимо стремиться выявить все недостатки прототипа, которые могут быть устранены в новом изделии, т.е. для каждого прототипа необходимо указать:

- критерии развития (параметры ТО, которые на протяжении длительного времени не изменяются, т.е. достигли своего предела);

- показатели, которые не соответствуют сформулированной функции;

- факторы, которые снижают эффективность или затрудняют использование прототипа;

- показатели, которые желательно улучшить.

Для каждого критерия, показателя и фактора следует дать по возможности количественную оценку с перспективой на будущее. Полученный список недостатков необходимо упорядочить по степени важности их устранения и выделить самые важные недостатки, устранение которых будем считать главными целями решения задачи.

 

Пример списка недостатков пневмотранспорта в цехе.

1. если использовать пневмотранспорт, то возникают значительные дополнительные затраты, связанные с демонтажем трубопроводов и установкой новых трубопроводов с большим диаметром, например 60 см.

2. После установки трубопровода диаметром 60 см могут появиться заготовки с габаритными размерами, превышающими этот диаметр, что потребует новую замену трубопровода.

3. Заготовки при движении в трубопроводе ударяются о стенки трубопровода и друг об друга. В результате теряют внешний вид. Это приводит к снижению (или не повышению) качества изделий.

4. При транспортировке по трубам более крупных заготовок повышается шум в цехе.

Упорядочение этих недостатков по важности: 1, 3, 4, 2. Главные цели решения задачи – устранение недостатков 1 и 3.

 

5. Предварительная формулировка задачи.

При выполнении этой операции кратко обобщаются результаты, полученные при выполнении операций 1-4. Задача традиционно содержит две части: "дано" и "требуется".

Дано:

a) Качественное или количественное (в зависимости от характера задачи) описание функции и ограничений, накладываемых на реализацию функции;

b) Перечень и описание возможных прототипов и списки требований к ним;

c) Списки недостатков прототипов.

Требуется:

так изменить прототип, то есть найти такое новое техническое решение, которое бы реализовало интересующую функцию и не имело (или имело в меньшей мере) недостатки, присущие прототипу.

 

Пример.

требуется так изменить имеющийся в цехе пневмотранспорт, чтобы:

1) Он обеспечивал транспортирование заготовок размером (42х28х3) см;

2) Были значительно снижены или исключены дополнительные затраты, связанные с демонтажем трубопроводов и установкой труб с большим диаметром;

3) Была значительно снижена или исключена порча заготовок от ударов и трения в трубопроводе.