Инженерлік іс-әрекет процесінде техникалық объектілерді

Зерттеу әдістері туралы қысқаша мәліметтер

Инженер шығармашылық мәселелерді шешу процесінде, әртүрлі жұмыстарды орындау барысында, сезініп немесе интуициямен әралуан ұғымдарды пайдаланады, мысалы, салыстыру, индукция, идея, синтез және басқалары, ал бұл ұғымдар (техникалық, экономикалы,, биологиялық және т.б.), өз кезегінде, объектінің жаратылысына тәуелсіз кез келген объектіні зерттеуге арналған әдістемелік құрал болады. Инженерлік шығармашылықтың негіздерін игерген кезде магистранттар бұл ұғымдарды дұрыс түсінуі үшін олардың мәндері мен анықтамалары еске салынады.

Салыстыру және өлшеу

Салыстыру ақиқаттың мазмұнын жіктеуге, реттеуге және бағалауға арналған ойлау операциясы болады. Объектілердің ұқсастық және ерекшелік белгілерін анықтау, олардың қасиеттері мен техникалық сипаттамаларының арақатынастары саластыру мақсатымен салыстыру операциясын жүргізеді. Белгілі класс, топ құрастыратын біртекті объектілерді салыстыруға болады. Бір кластағы объектілерді берілген бағалау көзқарас тұрғысында маңызды болатын белгілер бойынша жүргізеді, сонда бір белгілермен салыстырылатын объектілер басқа белгілермен салыстыруға болмайтынын ұмытпау керек.

Өлшеу объектінің (нәрсе, процесс, құбылыс) бір немесе бірнеше қасиеттерін сипаттайтын және өлшем бірліктер талаптарын қанағаттандыратын өлшемінің сандық мөлшерін алуға арналған операция болады. Өлшеу операциясында берілген шаманы өлшеудің бірлігі ретінде алынған онымен біртекті шамамен салыстырады.

Индукция және дедукция

Индукция жеке фактілер мен оқиғалардан жалпы қағидаларға, ережелерге өтуді қамтамасыз ететін ой тұжырымының бір түрі болады. Толық, танымал және ғылыми индукция деп үш түрге бөлінеді.

Жалпы индукцияда кластың барлық элементтерін қарастыру негізнде бүтен класс туралы жалпы қағида шығарылады. Ол нақты қорытынды береді, бірақ класс элементтерінің саны жеңіл байқалатын кластарға қолдануға болады.

Танымал индукция үшін қорытындылаудың негізі болып класс элементтерінің бір бөлігі осы белгіні иемденсе болғаны, кластың барлық элементтері осы белгіні иемденеді. Танымал индукцияның пайдалану аясы шексіз болады, бірақ оның қорытындысы ықтималды түрде болады және оны соңынан дәлелдеуді керек етеді.

Ғылыми индукция берілген класс элементтерінің бір бөлігінен барлық класс туралы қорытынды шығарылады, бірақ қорытынды жасау үшін зерттелетін класс элементтерінің маңызды (себептік) байланыстарын ашу арқылы осы белгі барлық класқа тән екенін тлап етеді.

Дедукция деп бір немесе бірнеше ой пікірлерден логика заңдары негізінде ой пікір шығару түріндегі ой тұжырымының бір түрін түсінеді. Дедукция пайдаланғанда әдетте жалпы ережелер мен қағидалардан логикалық ойлау арқылы олардын жеке салдарды шығарады. Индукция мен дедукция бір-бірімен тығыз байланыста болады және бірін-бірі толықтырады.

Талдау және синтез

Талдау деп ойша немесе іс жүзінде объектіні жеке бөліктерге бөлуді айтады. Талдау объекті элементтерінің құрамын, олардың қасиеттері мен функцияларын, объекті элементтерінің арасындағы маңызды байланыстарды анықтауға, олардың ішінде негізгі және екінші кезектегі факторларды бөліп алуға мүмкіндік береді. Талдау мақсаты болып күрделі бүтіннің элементтері түрінде бөліктерді тану саналады. Дегенмен талдау объектінің әрбір бөлігінің атқаратын рольі мен маңызын толық анықтауға мүмкіндік бере алмайды, бұларды объекті элементтерінің бір-бірімен әрекеттесу нәтижесінде ғана іске асыруға болады, яғни барлық элементтер жиылып, бүтінді құрастырғанда орын алады. Бұл үшін талдаумен бөлшектелгендерді бүтіндік қалпына келтіру керек.

Синтез депталдау көмегімен бөліп алынған жеке бөліктерді, олардың қасиеттерін, ара байланыстарын бір бүтінге іс жүзінде немесе ойша біріктіру операциясын түсінеді. Синтезбүтін функцияларына көңіл аударады, сонда бұл бөліктердің осылай жұмыс істейтінін түсінуге мүмкіндік береді және осылардың арқасында жеке бөліктердің атқаратын рольдерін түсініп, объектінің бүтін түріндегі қылығын түсіндіруге болады.

Абстракциялау

Абстракциялаудеп объектінің көптеген қасиеттері мен белгілерінің ішінен қарастырлып отырған жағдайда ең маңыздыларын ойша бөліп алып, объекті таным түрлерінің біреуін түсінеді.

Модельдеу

Модельдеудеп нақты объектілер мен құбылыстарды олардың модельдерін құрастыру және зерттеу арқылы тану процесін түсінеді. Объекті модельі нақты объектінінің орнын басатын материалды немесе ойша объекті болады және ол нақты объектінің қасиеттерін (геометриялық, физикалық, динамикалық, функционалды) бейнелейді немесе қайталайды. Модельдеудің екі түрі белгілі: материалды және идеалды модельдеу. Инженерлік іс-әрекетте материалды модельдеу және математикалық модельдеу кеңінен пайдаланады.

Математикалық модельдеу идеалды модельдеудің бір түрі болады, сонда модель нақты объектінің қасиеттерін, қоршаған ортамен ара қатынасы мен әрекеттесуін математика тілінде баяндау арқылы жасалады, ал модельді зерттеу математикалық әдістерді қолдану арқылы жүргізіледі.

Састық. Ұқсас және қарсы үлгі

Ұқсастық деп нәрселердің, процестердің немесе құбылыстардың қайсы бір қасиеттерде немесе басқа арақатынастарда (физикалық әсер, жұмыс істеу принципі, функционалды қажеттігі бойынша) сәйкес болуын түсінеді. Ұқсастық эвристикалық амал бола тұра, жаңа техникалық шешім іздеудің әртүрлі әдістерінде кеңінен пайдаланады: бақылау сұрақтары әдісі, синектика, эмпатия және басқалары. Сонда төрт түрдегі ұқсастық қолданады: тікелей, жеке, символикалық және фантастикалық.

Тіеклей ұқсастықта жетілдірілетін объекті оған жақындаутехниканың басқа саласындағы немесе табиғаттағы ұқсас объектімен салыстырады және дайын шешімді қолданыға тырысады.

Жеке ұқсастықта шешім іздеген тұлға өзін жасалатын объектімен теңдестіреді. Мәселе шешуші объекті кейпіне кіріп, объекті функциясын орындағанда қандай қиындықтарға душар болатындығын өзінің сезімі арқылы анықтайды.

Символикалық ұқсастық объектінің мәнін парадокстық түрде (екі-үш сөзбен) бейнелейтін кейбір қорытындыланған, абстракциялы ұқсастық болады. Мысалы, мрамордың символикалық ұқсастығын «құбылмалы тұрақтық» деп тұжырымдауға болады, ал тіреуіш механизмді «берік тоқтату» деуге болады.

Фантастикалық ұқсастықта мәселенің шарттары бойынша керектіні орындауға қандай да болмасын фантастикалық құралдар немесе кейіпкерлер енгізіледі. Фантастикалық ұқсастық амалына өнертабыс мәселелерін шешу теориясында (ТРИЗ) өте үлкен көңіл аударады.

Өнертапқыштық іс-әрекетте жасалатын объектілердің жаңалығы мен өнертабыстық деңгейін дәлелдеу үшін оларды осы кезде әлемде белгілі ұқсастармен және қарсы үлгілермен салыстырады.

Ұқсас деп өзінің кейбір белгілерінің жинағында басқа объектіге сәкес келетін объектіні түсінеді.

Қарсы үлгі деп ұқсастардың көпшілігінің арасындағы қарастырылатын объектімен ең көп жалпы белгілері иемденетін жалғыз ұқсасты түсінеді.

2-дәріс

Техниканың инвариантты ұғымдары

Техникалық жүйе – анық пайдалы функцияны орындау үшін белгілі мұқтаждықты қанағаттандыруға арналған айқын тәртіппен өзара байланысқан элементтердің жинағы.

Сыртқы жүйе – қарастырылып отырған техникалық жүйе бөлік болып кіретін ірі жүйе.

Ішкі жүйе – жүйенің жалпы мақсатына қол жеткізуге бағытталған өзінің тікелей мақсаты болатын өзіне тән тәуелсіз функцияны орындауға мүмкіндігі бар және басқа жүйенің бөлігі болатын жүйе.

Техникалық объект – айқын мұқтаждықты қанағаттандыруға арналған ертеден белгілі құрылғы немесе адам не автомат жасаған нақты құрылғы.

Технология – анық техникалық объектілердің көмегімен заттарды, энергияны немесе ақпараттық сигналдарды бастапқы күйден соңғы күйге айналдыруға арналған тәсіл, әдіс немесе бағдарлама.

Техникалық шешім – техникалық объектінің мейлінше сығымдалған және тұжырымдалған баяндамасы, яғни қойылған мақсаттарға сәйкес жобаланатын техникалық объектінің жұмыс істеуін қамтамасыз ететін оның қасиеттері мен ерекшеліктерін көрсетеді. Өнертапқыш шығармашылық инженерлік мәселені сәтті шешу нәтижесінде техникалық шешім алады. Кез келген техникалық объекті қоршаған ортамен айқын әрекеттестікте болады. Техникалық объектінің қоршаған ортасына оның сыртқы жүйесі, тірі және жансыз табиғаттың объектілері және басқа техникалық объектілер жатады, сонда бұлар техникалық объектімен функционалды немесе еріксіз әрекеттестікте болады және де әсерін тигізеді.

Техникалық объектінің қоршаған ортамен әрекеттесуі әртүрлі байланыс арналары арқылы жүреді, сонда оларды екі топқа бөлуге болады (1-сурет).

Бірінші топқа қоршаған ортадан техникалық объектіге берілетін зат, энергия және ақпараттық сигналдардың ағыны кіреді. Оларға мыналар жатады: А_т – кірістегі функционалды шартты әсер және А_в – кірістегі еріксіз әсер (температура, ылғал, шаң, шыбын-шіркей).

1-сурет – Техникалық Байланыс ағындарының екінші тобына техникалық

объекттің қоршаған объектіден қоршаған ортаға берілетін ағындар жатады, атап

ортамен әрекеттесуі айтқанда, С_т – шығыстағы функционалды шартты

әсер және С_в – шығыстағы еріксіз әсер (электрлік – магниттік өрістер түрінде, судың, жердің, ауаның ластануы).

Бұл жерде мынаны есте ұстаған жөн, яғни ағындар тек қана үш түрде болады – заттар, энергия немесе ақпараттық сигналдар ағындары.

Әрбір техникалық объект сатылы бағынышты болатын баяндамалармен көрсетіледі. Әрбір деңгейдегі баяндама екі қасиетпен сипатталады:

- кез келген кейінгі баяндама алдыңғы баяндамамен салыстырғанда техникалық объектіні толығырақ сипаттайды;

- әрбір кейінгі баяндамаға алдыңғы баяндама кіреді.

Осындай қасиеттерді келесі баяндамалар иемденеді: техникалық объектінің мұқтаждығы (Потребность) мен қызметі, техникалық қызмет (ТФ), қызметтік құрылым (ФС), физикалық жұмыс істеу принципі (ФПД), техникалық шешім (ТР), жоба (ТП) (4-сурет). Осы баяндамаларды толығырақ қарастырамыз.

Техникалық объектінің баяндамасы оның мұқтаждығының немесе қызметінің баяндамасынан басталады. Яғни мұқтаждық – техникалық объектінің қажеттігінің немесе оны жасау мақсатының қысқаша баяндамасы. Оған келесі

4-сурет – Техникалық объектті мәліметтер кіреді: керекті әрекет

баяндау деңгейлері (әрекеттің аталуы); осы әрекет әсер

ететін объекті (өңделетін бұйым); ерекше шарттар мен шектеулер.

Техникалық қызмет – қалаған мұқтаждықты қанағаттандыруға арналған техникалық объектінің физикалық операцияны іске асыру бойынша орындайтын әрекеттің баяндамасы. Сондықтан техникалық қызмет баяндамасына мына мәліметтер кіреді: техникалық объекті қанағаттандыратын мұқтаждық және осы мұқтаждықты іске асыратын физикалық операция (өзгеріс).

Физикалық операцияның баяндамасы кіретін және шығатын зат, энергия немесе сигналдар ағындарының көрсетілуінен және кіретін ағындарды шығатын ағындарға айналдыруға арналған әрекет (Коллер операциясы). Коллер құрастырған негізгі физикалық операциялар 2-кестеде келтірілген.

Физикалық операция баяндалғаннан кейін техникалық объектінің техникалық қызметі тұжырымдалады.

2-кесте – Коллердің физикалық операциялары

Техникалық объектілердің көпшілігі элементтер қатарынан тұрады (агрегаттар, тораптар, тетіктер), сондықтан оларды құрастыратын элементтерге бөлуге болады. Әрбір элемент өз бетінше техникалық объекті бола тұра, анық қызмет атқарады және белгілі физикалық операцияны іске асырады, яғни элементтердің арасында екі түрдегі байланыс болады және екі түрдегі құрылымдық ұйымдастыру болады. Осыған байланысты құрылыстық қызметтік құрылым және ағынды қызметтік құрылым деп ажыратылады, бұларды бір бүтін қылып біріктіріп, техникалық объектінің қызметтік құрылымының (ФС) баяндамасы түрінде көрсетеді.

Құрылыстық қызметтік құрылым техникалық объектінің жеке элементтерінің арасындағы және қоршаған орта объектілерімен қызметтік өзара байланысты көрсетеді. Сонымен, техникалық объекті бірнеше элементтерге бөледі , сонда әрбір элемент ең болмағанда бір қызмет атқаруы тиіс. Техникалық объекті элементтерге бөлу нәтижелері мен олардың атқаратын қызметтерінің баяндамасын қызметтер талдау кестесіне рәсімдейді. Осылармен бірге қоршаған ортаның техникалық объектімен қызметтік немесе еріксіз әрекеттестікте болатын және оның құрылысына елеулі әсерін тигізетін объектілерін бөліп алады. Белгілі физикалық операцияларды іске асыру процесіне қатысатын техникалық объектінің элементтері олар өзгертетін (немесе айналдыратын) заттар, энергия немесе ақпараттық сигналдар ағындарын құрастырады. Бұл техникалық объектінің жеке элементтерінің кірер және шығар жерлерінің арасындағы ағынды байланыстар сөзбен немесе графикалық рәсімделген баяндамада бейнеленеді, яғни техникалық объекттіңағынды техникалық құрылымында.

Ағынды қызметтік құрылымда әрбір элемент анық физикалық операцияны іске асырады. Осындай іске асыру бір немесе бірнеше физикалық – техникалық әсерлердің негізінде істелінеді.

Физикалық – техникалық әсерлер деп физикалық заңдардың және олардан шығатын салдардың әртүрлі қолданулары, техникалық құрылғыларды физикалық әсерлер мен құбылыстар пайдалануы мүмкін болатынын түсінеді. Әдетте, физикалық – техникалық әсерлерде «кіріс» пен «шығыс» арасында анық себеп-салдарлық байланыс орын алады. Физикалық – техникалық әсердің стандартты тұжырымдалған (анық құрамды) техникалық қолдану мен машинамен өңдеуге қолайлы баяндамасы болуы керек.

Қазіргі кезде ғылымда белгілі және әдебиеттерде баяндалған 3000 астам физикалық – техникалық әсерлер бар. Олардың саны әлемдегі ғылым мен техника дамуының қарқынды өсуіне байланысты үздіксіз өсуде.

Физикалық жұмыс істеу принципі (ФПД) – техникалық объекті элементтерінің арасындағыосы элементтер мен біртұтас техникалық объектінің сәйкес қызметтерін орындауын қамтамасыз ететін олардың іске асыратын физикалық процестер мен құбылыстар деңгейінде өзара байланыстар баяндамасы.

Әдетте, физикалық жұмыс істеу принципінің баяндамасына техникалық объектінің принципиалды схемасы қосылады және принципиалды схемада жеңілдетілген түрде техникалық объектінің негізгі құрылыстық элементтері, ағындар бағыттары мен пайдаланатын физикалық – техникалық әсерлерді сипаттайтын негізгі физикалық шамалар көрсетіледі.

Техникалық шешім (ТР) – физикалық жұмыс істеу принципінің немесе қызметтік құрылымның құрылыстық рәсімделуі. Нақты техникалық объектінің техникалық шешімі техникалық объекті алдымен біртұтас, сонан соң оның элементтерін сипаттаушы белгілер арқылы екі деңгейдегі сатылы құрылым түрінде кез келген дәрежедегі талдаумен баяндалуы мүмкін. Техникалық шешім баяндамасы графикалық суреттермен толықтырылады.

Техникалық шешім баяндамасында келесілер беріледі:

- негізгі элементтердің нұсқауы (тізімі);

- кеңістікте элементтердің өзара орналасуы;

- элементтерді өзара жалғастыру және байланыстыру әдістері мен құралдары;

- уақыт бойынша элементтердің әрекеттесу реті;

- элементтердің құрылыстық орындалу ерекшеліктері (материал, геометриялық пішін);

- біртұтас техникалық объекті немесе жеке элементтер үшін параметрлердің принципиалды маңызды арақатынастары.

Техникалық объектінің және оның барлық элементтерінің (тораптардың, агрегаттардың, тіпті тетіктердің) параметрлерінің шамалары, әдетте, техникалық жоба деп аталатын баяндамада беріледі. Бұл жерде жоба деп жұмыстық сызбалар мен конструкторлық құжаттарды түсінетіндігін айтқан жөн. Жоба техникалық объекті жасауға және пайдалануға керекті барлық керекті мәліметтерді қамтиды.

Әлемдегі жақсы үлгілерден жоғары деңгейде бұйым алу мақсатымен техникалық объекті жобалағанда конструктор жобалау – конструкторлық шешімдерді таңдаудың сатылы дәйектілік мәселелерін шешуі керек. Бұл дәйектіліктің техникалық объектінің сатылы баяндамасымен толық сәйкестігі болады.

3-дәріс