2015-09-06
1008
Удовлетворение потребности возможно либо созданием материальных объектов, либо воздействием на потребителя. В последнем случае — это убеждение человека в ненужности его потребности (антиреклама, соответствующее воспитание, общественно-индивидуальное воздействие и т.п.) или создание иллюзии ее удовлетворения (гипноз, наркологическое, лекарственное или хирургическое воздействие и т.п.). Не будем останавливаться на них, как не относящихся к сфере инженерной деятельности.
Удовлетворение потребности материальным способом базируется на том, что в основе функционирования любого устройства лежит физическая реальность — взаимодействие материальных объектов, подчиняющихся физическим законам. Функционирование большинства изделий основывается на использовании нескольких физических законов.
Взаимодействие, описываемое каким-то одним физическим законом, составляет элементарное физическое явления или физический эффект (ФЭ). Физический эффект устанавливает причинно-следственную связь и энергетические потоки между взаимодействующими объектами. В простейшем случае он может быть представлен блок-схемой (рис.17а). Здесь Э1 — энергия, подводимая к некоторому объекту Н1, а Э2 — энергетический результат этого воздействия и Н2 — носитель этой энергии. Например, тепловая энергия Э1, подведенная к твердому телу Н1, вызывает электромагнитное излучение Э2, носителем которого является поле Н2 (свет). Такая схема отражает закон преобразования и сохранения энергии.
Рис. 17. Блок-схемы принципа действия
Блок-схема физического эффекта близка к функциональной схеме: каждой функции соответствует свой вид энергетического состояния, а носителям энергии — техническая система и взаимодействующие с нею объекты. Так, у выше приведенного примера будет следующая функциональная схема (рис.17б): нагревать (Фи) объект (ТС), чтобы он испускал (Ф) свет (ОВ). Блоки (ИД, ОВ) функциональной схемы конкретизируют условия применения будущего изделия — чем нагревать и как освещать.
Часто функциональную и физическую схемы принципа действия совмещают, т.е. работают с функционально-физической схемой. В этом случае, обычно, над стрелками указывают вид передаваемой энергии, а внизу — выполняемую функцию.
Физические эффекты, составляющие принцип действия, должны быть сопряженными, т.е. выходной поток одного эффекта соответствовать входному потоку другого, последующего. Сопряженные физические эффекты могут образовывать как последовательные, так и ветвящиеся маршрутные цепочки принципа действия. На рис.17б показана блок-схема принципа действия электрической лампы накаливания, включающая два сопряженных физических эффекта ФЭ1->ФЭ2, где ФЭ1 — нагрев проводника током, ФЭ2 — тепловое излучение твердого тела.
Большинство физических эффектов — сложные, т.е. зависят от ряда условий (имеют несколько входных и выходных потоков). Например, в случае нагрева твердого тела (Н2) трением необходимо обеспечить не только его движение (Э11) относительно другого тела (Н1), но и взаимно прижать (Э12) их.
В настоящее время известно большое число физических эффектов (порядка 5 000), хотя выпускник технического вуза обычно знаком с 200...500 эффектами. В помощь инженерам существуют базы данных и справочники физических эффектов, содержащие также описания соответствующих им математических моделей, условия и примеры применения. Имеются компьютерные программы построения физических цепочек. В справочнике приведен материал по основным видам энергии и ее носителей, ряд физических явлений, связывающих основные механические характеристики.
Наряду с физическими эффектами в процессе проектирования и производства учитывают и следующие:
· химические эффекты, характеризующие, например, способы повышения коррозионной стойкости металлов, склеивания деталей и т.п.;
· биологические эффекты, характеризующие взаимодействие живой и неживой природы, например, радиационный и тепловой ожоги, ослепление вспышкой и т.п.;
· психологические, физиологические и социальные эффекты, связанные с закономерностями восприятия технических объектов людьми, их освоением, управлением работой и т.п.
· Часто оперируют не столько физическими эффектами, а принципами действия элементарных устройств, которые могут включать целый ряд физических эффектов. В механике — это следующие элементарные принципы действия:
· рычаг, предназначенный для изменения величины передаваемого усилия и перемещения;
· клин плоский, предназначенный для изменения направления и величины передаваемого усилия и перемещения;
· клин винтовой (винт), предназначенный для преобразования поступательного движения во вращательное и наоборот, для изменения величины передаваемых нагрузок и перемещений;
· ворот, предназначенный для преобразования видов движений;
· пружина, предназначенная для получения больших упругих обратимых смещений.
Функции, выполняемые механическими устройствами, подразделяются на две группы:
· создание механического усилия (силового взаимодействия). Например, удержание одного тела в определенном положении относительно другого. При этом взаимодействие и передача нагрузок между телами осуществляются посредством геометрического (контактного) или силового (фрикционного) замыкания;
· приведение в движение. Такая задача формулируется как энергетическая, т.е. связанная с преобразованием некого вида энергии в механическую. Например, переместить твердое тело относительно опорной поверхности. Здесь возможными будут эффекты, имеющие на выходе кинетическую энергию (перемещение тела как целого) или энергию деформации (взаимное смещение частей тела).
