2015-09-06
618
Анализ требований ТЗ с целью выявления явных или скрытых физических условий и ограничений уменьшает вариантность, но делает задачу целенаправленной. Основными такими требованиями являются:
· доступность источника энергии. Исследуется место эксплуатации разрабатываемого объекта и выясняется, какие источники энергии там имеются или какую энергию можно подвести;
· мощность источника энергии. Она должна обеспечить функционирование объекта. Мощность оценивают из закона сохранения энергии, т.е. подводимая энергия должна быть не меньше необходимой для работы объекта. И «производительность» каждого физического эффекта в цепочке должна соответствовать этой мощности. Аналогично проверяют на способность развивать требуемое усилие;
· промышленная реализация: возможность получения необходимого количества требуемых материалов и последующей их обработки;
· стоимость используемой энергии, безопасность, экологичность и другие показатели качества.
· Оценка принципа действия по количеству используемых эффектов не всегда верна. Так, работа лампы накаливания основана на двух физических эффектах, а лампы дневного света — порядка 5, хотя последняя применяется все чаще. Однако замечено, что удачные принципы действия отличает следующее:
· совмещение носителей энергии, т.е. использование одного и того же объекта в нескольких физических эффектах (например, в лампе нить накаливания — проводник и источник света);
· минимальное число преобразований одних видов энергии в другие, т.е. выполнение объекта однородными;
· совмещение функций в физическом эффекте (например, лампа-обогреватель — нить светит и греет).
При разработке объекта сначала подбирают принцип действия для главной функции, потом — для выявленных вспомогательных (тех, которые создают условия выполнения главной функции) и т.д. Далее, предложенные отдельные принципы действия состыковывают и совершенствуют (например, за счет совмещения функций и носителей).
Создание оригинальной как функциональной, так и физической схемы служит признаком патентоспособности разрабатываемого объекта.
В процессе проектирования не всегда проходят этап синтеза принципа действия (особенно при проектировании по аналогии или при улучшении прежнего объекта, в рамках заданного принципа). Однако анализ принципа позволяет установить резервы развития использующей его объекта и пути его совершенствования, проверить корректность модели функционирования. Физическая постановка проектной задачи также позволяет получить дополнительные сведения:
· знание физического закона конкретизирует условия реализации — уточняется вид и характер связей, сопутствующие явления, возможные последствия. Например, при нагреве твердого тела происходит не только тепловое излучение, но и изменение его размеров и сопротивления, а при перегреве — оно может и расплавиться;
· математическая формулировка физического закона очерчивает круг основных параметров, характеризующих процесс функционирования, их взаимосвязь и степень влияния на конечный результат;
· физический принцип и его математическая формулировка составляют основу построения модели функционирования проектируемого объекта.
· Выявление принципа действия и поиск возможных его вариантов — первое, с чего начинается конструирование, даже если берутся готовые изделия: анализ их особенностей позволит выбрать лучший вариант или подтвердить традиционный выбор.
Подводя итоги, перечислим основные этапы синтеза принципа действия:
1. Разработка функциональной структуры.
1.1. Выбор на основе ТЗ исходной функциональной структуры, уточнение видов объектов и связей между ними.
1.2. Детализация исходной структуры, выделение элементарных действий.
1.3. Развитие структуры, выявление дополнительных функций.
2. Разработка функционально-физической структуры.
2.1. Замена элементов функциональной структуры на физические аналоги — энергию и ее носители.
2.2. Подбор физических эффектов.
2.3. Построение цепочек физических эффектов.
2.4. Отбор предпочтительных вариантов.
3. Проверка функционально-физических схем на соответствие требованиям ТЗ.
4. Разработка принципов действия подсистем и состыковка их.
