2.1. Первичная информация (первый этап)

К оглавлению
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
17 18 19 20 

Информация, необходимая для разработки и допол­нения технических требований к устройству, выявляется конструктором на основе изучения технического задания и принципиальной схемы устройства, анализа его взаи­мосвязи с внешним окружением, технических и экономи­ческих возможностей реализации.

Изучение технического задания

При получении технического задания на конструиро­вание нового устройства конструктор прежде всего ищет в задании возможно более полной и строгой формули­ровки той конечной цели, которая перед ним ставится.

Если конструктор подключается к работе коллектива над сложным проектом для решения частной задачи, притом подключается не с начального, а с промежуточ­ного этапа, то это ограничивает его осведомленность в отношении проекта в целом. Ему, следовательно, нелегко установить правильность постановки цели в задании.

Если создаваемое устройство является частью более общей технической системы, то конечная цель, которая ставится перед конструктором в задании, должна быть сформулирована на основе знания места и роли устрой­ства в системе. В этом случае целевое назначение уст­ройства определяется целевым назначением системы, что может уменьшить всегда существующую опасность под­мены конечной цели.

Первоочередная задача конструктора — убедиться в гом, что конечная цель сформулирована правильно, что не произошло ее подмены каким-либо частным конкре­

газированным решением. Разработчик технического зада­ния может либо ошибочно отождествлять такое решение с конечной целью, либо необоснованно считать его наилуч­шим. В обоих случаях оно может декларироваться в за­дании, как обязательное. Нередко из факта такой под­мены вытекает и ложный выбор промежуточных целей.

Необходимость критического подхода к формулиров­ке цели является одной из особенностей инженерных, в частности конструкторских задач, в отличие от строго поставленных учебных задач математического характера с однозначно заданными условиями. Начинающий кон­структор должен понимать эту особенность, быть гото­вым к ней, не должен дать увлечь себя на ложный путь с самого же начала.

Изучение принципиальной схемы устройства

Будем считать, что задание на конструирование вклю­чает в себя как принципиальную схему устройства, так и ряд технических требований к нему. Степень прибли­жения принципиальной схемы к реальной конструкции может быть самой различной. В некоторых случаях пра­вильнее говорить не о принципиальной, а о конструктив­ной схеме, частично уже предопределяющей выбор кон­структивного варианта устройства.

Предварительный анализ принципальной схемы—это первое звено в цепи «обратных воздействий» на исход­ные данные задания. Принципиальная схема анализиру­ется, оценивается и корректируется конструктором прежде всего с точки зрения возможностей ее конструк­тивной реализации.

Принципиальную схему сложного устройства чаще всего можно подразделить на несколько составных час­тей, каждая из которых выполняет свои собственные функции. Конструктор прежде всего стремится усовер­шенствовать схему в направлении «интеграции», т. е. объединения частей и уплотнения их функциональной нагрузки. Очень часто множество не зависимых от кон­структора проблем как научного, так и технического ха­рактера ограничивают такие стремления. Чем совершен­нее схема (с точки зрения современного уровня техники), тем меньше возможностей у конструктора, а тем более у начинающего, улучшить ее в указанном направлении. Но конструктор обязан предпринимать такие попутки,

Далее при изучении предложенной принципиальной схемы конструктор, насколько это в его возможностях, должен проанализировать ее с точки зрения надежности. Подход конструктора к вопросу о надежности принци­пиальной схемы отличается от подхода ее разработчика более четким пониманием особенностей схемы в возмож­ной ее конструктивной реализации. Очевидно, что нена­дежный вариант принципиальной схемы может свести на нет все усилия по обеспечению надежности устрой­ства при дальнейшем конструировании.

В частности конструктор должен отдавать себе отчет даже о самых отдаленных последствиях уплотнения функциональной нагрузки, реализованного в схемном ре­шении: при попытках к совмещению функций отдельных частей надежность устройства в целом может как по­выситься, так и понизиться.

Оценка надежности принципиальной схемы может производиться конструктором по целому ряду факторов, как, например, оценка возможностей резервирования, использование тех или иных готовых элементов и стан­дартизированных деталей, обеспечение безопасности об­служивающего персонала и т. д.

Схема может быть проанализирована по критериям «цены реализации отдельных ее элементов», «техноло­гичности» и другим.

Теперь рассмотрим другую часть технического зада­ния на конструирование, а именно исходные технические требования.

В наиболее общем случае перечень исходных техни­ческих требований задания охватывает широкий круг вопросов. Прежде всего в нем приводятся «входные» и «выходные» характеристики устройства и основные па­раметры принципиальной схемы. Затем дается описание frex наиболее характерных внешних воздействий на уст­ройство, которые могут иметь место при его эксплуата­ции, а также вызванные этими воздействиями допусти­мые отклонения от нормальных режимов работы. Если само устройство является источником вредных воздей­ствий на окружающую среду или человека, приводятся допустимые величины таких воздействий. Наконец пере­числяются меры, обеспечивающие удобство работы опе­ратора, обслуживающего персонала, потребителя.

Но широта охвата требований задания еще не делает их полноценным исходным   материалом для собственно

конструирования. Для этого они должны содержать все необходимое, не включая в себя ничего избыточного. Та­кими их может и должен сделать сам конструктор. Тре­бования технического задания базируются обычно на рассмотрении тех взаимосвязей устройства с окружени­ем, которые наиболее просто поддаются анализу, форму­лировке на техническом языке, количественному выра­жению. Ряд важных для конструктора взаимосвязей устройства с внешним окружением может вообще никак яе отражаться в задании. В конечном счете только сам конструктор должен решить, какие именно взаимосвязи "требуется раскрыть и описать не только качественно, но и количественно. Вот почему, взяв из задания все необ­ходимое и отбросив все лишнее, конструктор должен за­няться сбором дополнительной информации, а затем ана­лизом взаимных воздействий устройства и его разнооб­разного внешнего окружения. Для такого анализа осо­бенно ценен личный опыт конструктора, как эксплуата­ционника.

Анализ взаимосвязей устройства с внешним окружением

На рис. 2.1 изображена схема взаимосвязей некото­рого бортового устройства летательного аппарата с внешним окружением. Под внешним окружением пони­мается вся та материальная среда, которая, находясь вне устройства, оказывает на него какое-либо воздей­ствие или испытывает их со стороны устройства. Окру­жение устройства разбито на отдельные группы, в соот­ветствии с которыми сгруппированы и взаимовоздейст­вия (взаимосвязи). Под воздействиями, названными на схеме входными, понимаются такие воздействия на уст­ройство, которые необходимы для его функционирова­ния, т. е. для формирования таких выходных воздействий (параметров), ради которых и создается устройство. Все остальные взаимосвязи устройства с внешним окруже­нием в большинстве случаев необязательны и нежела­тельны.

Каждая группа взаимосвязей условно изображена разнонаправленными стрелками, что иллюстрирует двоя­кий характер воздействий внутри группы (со стороны окружения на устройство и наоборот). Таким образом, каждая группа взаимосвязей состоит в общем случае из

двух подгрупп. Пунктирные линии со стрелками симвб-лизируют связи с внешним окружением, предусмотрен­ные принципиальной схемой устройства.


Картина взаимосвязей любого устройства с внешним окружением может быть изображена аналогичным образом. Правда, не исключена возможность некоторых за­труднений; в частности, не всегда бывает очевидным, какие воздействия принять за входные, какие за выход­ные. Точно так же не всегда входы и выходы могут счи­таться однонаправленными, не всегда их легко отделить от остальных воздействий, не вводя те или иные услов­ности. Но для наших целей уточнения и дополнения тех­нических требований задания подобные затруднения в большинстве случаев несущественны, так как любая структурная форма схемы, позволяющая выявить взаи­

мосвязи с достаточной для поставленных задач полно­той, является приемлемой.

Очевидно, что широта охвата картины взаимодейст­вий устройства с внешним окружением, так же как и глубина анализа связей, зависят и от располагаемой ин­формации и от потраченного на работу времени. Время, которое конструктор может затратить на выполнение рассматриваемого этапа работы, всегда ограничено; так же обычно ограничены и возможности получения инфор­мации. Это означает, что часть существенных для кон­струирования взаимосвязей может остаться необнару­женной или недостаточно раскрытой.

Если считать, что раскрытие взаимосвязей устройст­ва с окружением является необходимым условием для решения задач собственно конструирования, то стано­вится ясным их отличие (в отношении начальных усло­вий) от строго поставленных задач математического характера. Насколько четко заданы условия в последних (известно что дано), настолько во многих случаях неоп­ределенны исходные условия задач конструирования. Конструктор сам должен определить «что дано», не толь­ко представив заранее картину функционирования еще не созданного устройства, но и описать ее техническим языком с достаточной для данной конкретной задачи полнотой.

На что может повлиять недостаточная полнота рас­крытия взаимосвязей? Прежде всего на надежность бу­дущего устройства. Надежность прямым образом зави­сит от полноты учета взаимосвязей с окружением. Упу­стить из виду какое-либо воздействие на устройство, существенное с точки зрения его безотказности или дол­говечности, не принять конструктивных мер по защите устройства — значит понизить его надежность.

Как известно, требования к надежности многих клас­сов устройств, в частности к бортовым устройствам ле­тательных аппаратов, непрерывно повышаются. Это вы­зывается усложнением задач, стоящих перед бортовой аппаратурой. Причины, вызывающие возможность отка­за устройства, далеко не всегда обнаруживаются при испытаниях готовых образцов на надежность. Особенно это относится к испытаниям аппаратуры, к которой предъявляют требования весьма высокой надежности (речь идет об испытаниях именно на надежность). Про­ведение таких испытаний часто требует решения ряда

сложнейших проблем: здесь и очевидная невозможность точного воспроизведения условий эксплуатации, и необ­ходимость в многократности испытаний, и связанные с этим затраты.

По указанным причинам, а также потому, что обна­руженные при испытаниях дефекты не всегда легко исправить, проблема обеспечения надежности в процес­се разработки, в частности при конструировании для многих классов устройств, является далеко немаловаж­ной. Это до крайности усложняет работу конструктора на рассматриваемом этапе. Ведь в дальнейшем конст­руктор не сможет уделить время для повторного под­робного рассмотрения взаимосвязей; все результаты проделанного анализа могут оказаться заложенными в конструкцию без последующей проверки. Не упустить из виду ни одного существенного воздействия — глав­ное в рассмотрении взаимосвязей окружения с устрой­ством, если к последнему предъявляются высокие тре­бования по надежности.

Посмотрим, насколько и с помощью каких средств выполнима эта задача. Даже первая поверхностная расшифровка некоторых подгрупп структурной схемы (см. рис. 2.1) показывает, сколь разветвленными и разнообразными могут оказаться заключенные в них воздействия. Так, например, подгруппа, объединяющая воздействия окружающей воздушной среды на устрой­ство летательного аппарата, может быть в свою очередь разделена:

а)         по родам воздействий (температура, давление,
влажность, аэродинамические воздействия, электромагнитные поля, радиация и т. д.);

б)         по временам года и географическим широтам
(с точки зрения условий наземной эксплуатации);

в)         по высотам и режимам полета.

Даже если рассматривать данную подгруппу изоли­рованно от других подгрупп, то и в этом случае воз­действия воздушной среды на устройство с учетом пунк­тов «б» и «в» отличаются чрезвычайно большим разно­образием. Конструктор- вынужден учитывать воздейст­вия воздушной среды на аэродромах тропиков и Запо­лярья (мороз, жара, влажность), при полете на макси­мальных высотах (разрежение) и с максимальными скоростями (аэродинамические воздействия), при транс­портировке и длительной консервации. При таком раз­нообразии воздействий воздушной среды на устройство даже обнаружение наиболее опасных из них является весьма трудной задачей. Но для обеспечения высокой надежности устройства выявления только наиболее опасных воздействий может оказаться недостаточным.

Для бортовых устройств космических аппаратов воз­действие окружающей среды в силу ряда причин неиз­меримо сложнее.

Звуковая информация

Индикаторы

Зрительная информация

Обратимся к взаимосвязям бортового устройства с экипажем. Воздействия этой группы могут быть пред­ставлены в виде примерной схемы, изображенной на рис. 2.2. Индикаторы и органы управления рассматри­ваются здесь как промежуточные звенья между челове­ком и бортовым устройством. Конструктивно эти звенья могут быть либо разделены, либо слиты с устройством. Взаимосвязи между оператором и машиной — объект специального изучения. Одно из новых направлений, так называемая «инженерная психология», рассматри­вает комплекс проблем, связанных с приспособлением индикаторов и органов управления к органам чувств и двигательному аппарату человека. В настоящее вре­мя уже существует ряд руководств с рекомендациями по конструктивному выполнению индикаторов и орга­нов управления. Однако для того чтобы иметь возмож­ность воспользоваться такими руководствами, конструк­тор должен чрезвычайно внимательно проанализиро­вать весь круг конкретных обстоятельств, влияющих на взаимосвязи конкретного бортового устройства с эки­пажем.

Среди множества вопросов, подлежащих рассмотре­нию, могут быть следующие:

взаимное расположение устройства и оператора;

занятость оператора в моменты работы с устрой­ством;

возможные причины, способствующие отвлече­нию внимания оператора;

квалификация оператора;

влияние испытываемых оператором перегрузок, вибраций и других воздействий со стороны среды или летательного аппарата;

возможные последствия ошибочных действий опе­ратора при работе с данным устройством;

обеспечение возможности обнаружения и устране­ния оператором аварийных ситуаций и др.

Конструктор не может оставить оператора вне поля зрения даже тогда, когда конструируемое устрой­ство вообще с ним не связано, т. е. не имеет ни органов управления, ни контролирующих индикаторов. В этом случае он должен подумать о возможных вредных воз­действиях со стороны устройства на оператора (см. «Не­посредственные воздействия» на рис. 2.2). Так, напри­мер, при конструировании устройств, содержащих зуб­чатые редукторы, начинающий конструктор нередко упус­кает из виду требование бесшумности для облегчения труда оператора. Между тем повышенный уровень шу­мов, вредно сказываясь на самочувствии оператора, мо­жет явиться косвенной причиной увеличения вероят­ности ошибочных действий последнего, а следовательно, и причиной снижения надежности системы человек — машина в целом.

Связи рассматриваемого бортового устройства с дру­гими устройствами, предусмотренные схемой его функ­ционирования, обычно отражены в исходных требова­ниях задания. Этого нельзя сказать о косвенных, скры­тых взаимосвязях данного устройства с аппаратурой других бортсистем. Обнаружение нежелательных свя­зей и устранение их в значительной степени дело са­мого конструктора. Бортовые устройства летательных аппаратов расположены в непосредственной близости друг от друга, связаны сложной логикой функциониро­вания и неизбежно оказывают друг на друга меха­нические, тепловые, оптические, электромагнитные и про­чие воздействия. Эти взаимосвязи усложняются разно­образием режимов функционирования.

Обращаясь к группе взаимосвязей устройства с ле­тательным аппаратом, на котором оно устанавливается, сталкиваемся с неменьшими затруднениями. Прежде всего это относится к вибрационным нагрузкам — наи­более типичным и важным воздействиям летательного аппарата на устройство. Вибрационные нагрузки могут быть чрезвычайно разнообразными по частотно-ампли­тудному спектру, продолжительности, направленности. Для обеспечения виброустойчивости и вибропрочности (не в ущерб остальным требованиям к устройству) чрез­вычайно важно знать как величину, так и характер виб­рационных нагрузок с достаточной степенью достовер­ности. Однако на практике конструктор далеко не всег­да располагает такой информацией и не только в отно­шении вибрационных нагрузок.

Неполнота информации в отношении тех или иных взаимосвязей всегда имеет место, что углубляет проти­воречие между требованиями высокой надежности к устройству и возможностями выявления взаимосвязей.

Можно сделать следующие выводы относительно особенностей рассмотрения взаимосвязей применитель­но к устройствам с высокими требованиями по надеж­ности.

Планомерность обзора. Чтобы не упустить ничего существенного при анализе взаимосвязей устрой­ства с внешним окружением, конструктор должен вести просмотр взаимосвязей с возможно большей планомер­ностью. Это не значит, однако, что он может рассмат­ривать отдельные группы связей (и отдельные воздей­ствия внутри групп) только поочередно и полностью не­зависимо друг от друга. Нельзя забывать об условном характере разбиения окружения, выполненного на схе­ме (см. рис. 2.1). Реально существующие воздействия могут совпадать по времени и зависеть друг от друга. Только их комплексное рассмотрение способствует вы­явлению наиболее неблагоприятных комбинаций.

Разнообразие методов выявления взаи­мосвязей. Многоплановость, разнообразие эксплу­атационной картины требуют от конструктора столь же разнообразного подхода к анализу взаимосвязей. Обра­, й попы­таемся их мысленно «раскрыть», не смущаясь слабым знакомством с исследуемым окружением. В поле наше­го зрения будут попеременно попадать то изменчивые силы воздушной среды, то человек с его особенностями физиологии и психики, то искусственный мир прибор­ной аппаратуры на борту летательного аппарата.

Для успешного выявления взаимосвязей устройства с каждой из этих областей конструктор должен обла­дать достаточно развитым воображением (понимае­мым, конечно, в инженерном смысле). Прежде всего он должен зримо представлять себе поведение будущего устройства не только в знакомом, но и в непривычном конструктору окружении. Вместе с тем анализ взаимо­связей должен вестись направленно и избирательно. Конструктор должен уметь отбросить излишние под­робности, ненужные связи и концентрировать свое вни­мание на существенных. Наконец, раскрытие и после­дующая формализация взаимосвязей не могут быть успешными без применения математического аппарата. Такая работа в той или иной степени также должна быть по силам конструктору.

Организация работ. Для обеспечения качест­венного выполнения технического задания конструктор должен располагать всей необходимой на рассматри­ваемом этапе информацией по разрабатываемому устройству и системе в целом и иметь постоянную связь с производством, проектировщиками и эксплуатацион­никами и конструкторами, работающими над смежны­ми устройствами.

Изучение технологических и экономических возможностей

На поэтапной схеме приведен еще один компонент, от­ражающий работу конструктора по накоплению исход­ной информации. Этот компонент, о котором будет под­робнее сказано несколько позднее, заключается в изу­чении технологических и экономических возможностей выполнения задания, а также реализации тех дополни­тельных требований, накопление и формирование кото­рых происходит уже на данном этапе.

Заканчивая рассмотрение первого этапа, обратим внимание на то, что анализ взаимосвязей, проводимый

До процесса собственно конструирования, не может Счи­таться окончательным. Действительно, если принципи­альная схема устройства занимает свое место в общей картине взаимосвязей, то конструкция устройства оста­ется на рассматриваемом этапе практически «белым пятном». Конструкция сложного устройства формирует­ся позднее по определенным логическим правилам. Если она непроизвольно возникает в виде случайного варианта, то конструктор должен постараться исклю­чить ее из общей картины взаимосвязей. Можно поду­мать, что конкретизация конструкции устройства на рас­сматриваемом этапе приведет к конкретизации взаимосвя­зей и этим облегчит их анализ. Однако результаты такого анализа при изменении конструкции устройства в даль­нейшем окажутся непригодными. Поэтому рассмотре­ние взаимосвязей до выявления конструкции устройства не может быть ни достаточно полным, ни достаточно кон­кретным. Результаты работы рассматриваемого этапа оказываются неизбежно незавершенными. Очевидно, что по мере формирования конструкции они должны коррек­тироваться.