Машини, які використовуються в сільськогосподарському виробництві

Інженерні дослідження, на відміну від теоретичних досліджень в технічних науках, безпосередньо вплетені в інженерну діяльність, здійснюються в порівняно короткі терміни і включають в себе перед проектне обстеження, наукове обґрунтування розробки, аналіз можливості використання вже отриманих наукових даних для конкретних інженерних розрахунків, характеристику ефективності розробки, аналіз необхідності проведення відсутніх наукових досліджень і т.д. Інженерні дослідження проводяться в сфері інженерної практики і спрямовані на конкретизацію наявних наукових знань стосовно певної інженерної задачі. Результати цих досліджень знаходять своє застосування перш за все у сфері інженерного проектування.

Проектування як особливий вид інженерної діяльності формується на початку ХХ століття і пов'язане спочатку з діяльністю креслярів, необхідністю особливого (точного) графічного зображення задуму інженера для його передачі виконавцям на виробництві.

Лекція 11. Системотехническая діяльність

1. У другій половині ХХ століття змінюється не тільки об'єкт інженерної діяльності (замість окремого технічного пристрою, механізму, машини тощо об'єктом дослідження і проектування стає складна людино-машинна система), але змінюється і сама інженерна діяльність, яка стала дуже складною, що вимагає організації та управління. Іншими словами, поряд з прогресуючою диференціацією інженерної діяльності у кількох її галузях і видах, наростає процес її інтеграції. А для здійснення такої інтеграції потрібні особливі спеціалісти - інженери-системотехніки.

Аналіз системотехнічної діяльності показує, що вона неоднорідна і включає в себе різні види інженерних розробок і наукових досліджень. У неї виявляються втягнутими багато галузеві та академічні інститути; над одними і тими ж проектами працюють фахівці різних галузей науки і техніки.

Системотехнічна діяльність здійснюється різними групами фахівців, що займаються розробкою окремих підсистем. Розчленування складної технічної системи на підсистеми йде за різними ознаками:

- відповідно до спеціалізації, існуючої в технічних науках;

- по області виготовлення щодо проектувальних та інженерних груп;

- відповідно до встановлених організаційних підрозділів.

Кожній підсистемі відповідає позиція певного спеціаліста (мається на увазі необов'язково окремий індивід, а й група індивідів і навіть цілий інститут). Ці фахівці пов'язані між собою завдяки існуючим формам поділу праці, послідовності етапів роботи, загальним цілям і т.д. Крім того для реалізації системотехнічну діяльності потрібна група особливих фахівців (швидше, їх слід назвати універсалістів) - координаторів (головний конструктор, керівник теми, головний спеціаліст проекту або служби наукової координації, керівник науково-тематичного відділу). Ці фахівці здійснюють координацію, так само як і науково-тематичне керівництво і в плані об'єднання різних підсистем, і в плані об'єднання окремих операцій системотехнічної діяльності в єдине ціле. Підготовка таких універсалістів вимагає не тільки їх знайомства зі знаннями координованих ними фахівців, але й розгорнутого уявлення про методи опису самої системотехнічної діяльності.

Серед наявних способів такого опису є три основних:

- членування системотехнічної діяльності по об'єкту (етапи розробки системи);

- опис послідовності фаз і операцій системотехнічної діяльності;

- аналіз її з точки зору кооперації робіт і фахівців.

Важливим моментом у такій діяльності є етапи розробки системи. Їх виділяють відповідно до членуванням системотехнічної діяльності об'єкта. У ході проектування уявлення про складність технічної системи воно змінюється. Відбувається послідовна конкретизація моделей цієї системи.

Розглянемо цей спосіб опису системотехнічну діяльності на прикладі роботи У. Гослінга "Проектування технічних систем". У ній представлені загальні процедурні правила створення систем на різній матеріальній основі.

Системотехнічна діяльність розглядається як процес синтезу функціональної моделі системи і потім її перетворення на структурну модель (або модель реалізації). Як приклад, функціональних моделей можуть бути використані, наприклад, алгебраїчні моделі.

Функціональні моделі можуть бути отримані трьома способами. У першому і в другому випадках попередньо існує прототип системи. У першому випадку він даний у вигляді блок-схеми, а в другому - у вигляді послідовності інструкцій. У третьому випадку такого прототипу системи немає. Функціональна модель може бути отримана або за допомогою аналогій, або завдання зводиться до підсистем, або модель складається з допомогою модифікації деяких елементів доступної системи. Нарешті, можлива зміна проблеми, якщо функціональна модель не може бути отримана жодним із зазначених вище способів. На етапі реалізації функціональна модель представляється у вигляді поточної діаграми. За допомогою перестановки блоків, заміни декількох блоків одним, поділом одного блоку на кілька блоків, еквівалентною зміною зв'язків між блоками і т.п. з функціональної моделі виходить безліч поточних діаграм. Щоб реалізувати деякі потокові діаграми, проектувальнику необхідний каталог елементів, з якого вибираються системні елементи, що мають властивості, як можна більш близькі до властивостей ідеалізованих елементів поточних діаграм. У результаті виходить блок-схема, відповідна технічним умовам, сформульованим у технічному завданні. Важливо підкреслити, що для створення системи недостатньо якого-небудь одного опису, необхідно поєднання блок-схеми, поточної діаграми та функціональної моделі. У процесі проектування вони постійно коректуються і підганяються один до одного за рахунок повернення на попередні стадії. У результаті виходить деякий цілісний опис системи, складові якого взаємно доповнюють один одного.

Членування системотехнічної діяльності по об'єкту багато в чому залежить від того, яким чином представляється інженером-системотехніком сама складна технічна система. Таке членування визначається не тільки об'єктними характеристиками, але і можливостями проектування, вивчення, виготовлення цієї системи. Воно використовується для організації функціонування підсистем і об'єднання їх в єдину систему.

При членуванні системотехнічної діяльності відповідно до структури технічної системи зазвичай виділяються наступні її етапи:

- макропроектування (або, іншими словами, зовнішнє проектування),

- мікропроектування (або внутрішнє проектування),

- проектування навколишнього середовища, яке пов'язане з формулюванням цілей системи;

- розбивка системи на підсистеми (тобто поділ і розподіл функцій);

- проектування підсистем;

- вивчення їх взаємодії та інтеграція системи.

Другий спосіб опису системотехнічної діяльності полягає у виділенні в ній послідовності фаз, а в самих цих фазах - ланцюзі дій, або узагальнених операцій. Опис системотехнічної діяльності як послідовності фаз і операцій відповідають її розбивці з точки зору часової організації робіт, паралельної і послідовної зв'язку між ними, можливості виділення фрагментів діяльності і т.д. Таке уявлення про системотехнічну діяльность використовується головним чином для синхронної організації та встановлення послідовності операцій (алгоритму розробки системи). Воно також служить засобом вирішення задачі автоматизації проектування складних технічних систем.

Зазвичай системотехническая діяльність розпадається на наступні шість фаз:

- підготовка технічного завдання (інакше аванпроекту)

- передпроектна стадія;

- розробка ескізного проекту;

- виготовлення та впровадження;

- експлуатація;

- оцінка.

Іноді додається ще одна фаза - "ліквідація", або "знищення" системи, що в сучасних умовах часто є дуже складним завданням через можливі екологічних наслідків цього процесу.

На кожній фазі системотехнічну діяльності виконується одна і та ж послідовність узагальнених операцій. Ця послідовність включає в себе: аналіз проблемної ситуації, синтез рішень, оцінку і вибір альтернатив, моделювання, корегування і реалізацію рішення.

Системотехническая діяльність як послідовність фаз, кроків і завдань найбільш розгорнуто представлена в книзі М. Азімова "Введення в проектування". У ній докладно розглянуто три фази: вивчення обєкту, попереднє проектування і детальне проектування. Дається наступна хронологічна структура цих фаз.

Перша фаза. Вивчення обєкту починається з аналізу його потреби (перший крок). Мета даної фази - безліч придатних рішень поставленої проблеми. Початковою точкою системотехнічної діяльності є гіпотетична потреба, яка існує в певній соціально-економічній сфері. Аналіз потреб повинен продемонструвати, чи дійсно існує початкова потреба, чи має вона широке розповсюдження чи є прихованою. Потреба з'являється тоді, коли стає можливою її економічна реалізація. Вона передбачає певне технічне виконання, певну технічну систему, яка робить її задоволення можливим.

На другому кроці досліджується породжена потребою проектна проблема. Перш ніж намагатися знайти можливі її рішення, проектна проблема повинна бути визначена і сформульована. Це завдання здійснюється на основі інформації, яку ми отримуємо від попереднього кроку (специфікація бажаних виходів) та релевантної технічної інформації про навколишнє середовище, ресурсах і загальному інженерному принципі системи. В інженерній формулюванні проблеми, що є результатом "ідентифікації системи", визначаються параметри системи, обмежувальні умови та головні проектні критерії. Проектована система розглядається тут як "чорний ящик", зміст якого невідомо.

Третій крок вивчення здійсненності являє собою синтез можливих рішень. Синтез полягає в "притиранні" один до одного частини або окремих ідей проекту з метою отримання інтегрованого цілого. З отриманих у результаті синтезу безлічі вселяють довіру альтернативних рішень повинні бути обрані потенційно придатні вирішення проблеми. Кожне з них є абстракцією, ідеалізацією, яка враховує тільки деякі головні чинники, але опускає багато другорядні фактори. Останні можуть, однак, мати вирішальне значення при з'ясуванні можливості або неможливості цього рішення.

Четвертий крок полягає у визначенні фізичної реалізованості рішень проблеми. На п'ятому кроці з реалізованих рішень вибираються економічно рентабельні рішення. Однак може виявитися, що навіть економічно рентабельні рішення проектної проблеми не можуть бути реалізовані, якщо цього не дозволяють наявні фінансові ресурси. У результаті визначення фінансових можлвостей (шостий крок) залишається безліч придатних рішень, які і є результатом першої фази.

Друга фаза. Попереднє проектування має на меті встановити, яка з запропонованих на попередній фазі альтернатив є найкращою проектною ідеєю. Результатом цієї фази є загальна ідея системи, яка буде служити керівництву для детального проектування.

Перший крок полягає у виборі з проектних ідей.У безлічі придатних рішень, розроблених при вивченні здійсненності, повинно бути визначено найбільш перспективне рішення як попередня ідея проекту.

Другий крок полягає в формулюванні математичних моделей як прототипів проектованої системи.

У результаті аналізу чутливості системи (третій крок) за рахунок експериментування з її входами і виходами визначаються критичні проектні параметри, точні межі чутливості системи на зовнішні впливи. Визначається, які мінімальні впливу на входи (незалежні змінні) ведуть до змін виходів (залежні змінні).

На четвертому кроці - проводиться аналіз сумісності - система повинна бути представлена як об'єкт, що сам є комбінацією об'єктів на нижчому рівні складності, які представляють собою підсистеми і можуть бути комбінацією компонентів, у свою чергу складаються з більш дрібних частин, що має ієрархічну структуру. Точні проектні параметри, які виявлені при аналізі чутливості, повинні бути відкоректовані з точки зору пристосування один до одного підсистем і компонентів, збільшення їх взаємної сумісності. У результаті цього кроку виходять "пригнані параметри". Оскільки система діє у динамічній навколишньому середовищі, вона повинна мати таку стабільність, щоб зміни в цьому середовищі не були причиною "катастроф" у системі.

Мета аналізу стабільності (п'ятий крок) - дослідити поведінку системи в незвичайних обставинах, щоб була впевненість, що система як ціле не є нестабільною, визначити області, в яких проектні параметри є нестабільними, визначити ризик та наслідки змін навколишнього середовища, які могли б бути причиною "катастроф" у системі.

До шостого кроку всі головні параметри не фіксувалися на певному і єдиному значенні. На стадії оптимізації проектного рішення це необхідно зробити. Таким чином, на шостому кроці здійснюється остаточний вибір найкращого рішення серед декількох альтернатив.

Сьомий крок попереднього проектування називається "проекція в майбутнє". Дійсно, деякі компоненти системи застарівають раніше, ніж її проектування буде завершено. Тому проектувальник повинен знати загальний напрям і тенденції технічного розвитку. У проекті необхідно враховувати можливості технічного прогресу, наприклад, нові компоненти і підсистеми, які можуть бути додані до системи в майбутньому. Можуть змінитися також смаки споживачів або пропозиції конкурентів, тобто соціально-економічні умови.

На восьмому кроці передбачається вивчити, як сама система буде вести себе в майбутньому (передбачення поведінки системи).

Дев'ятий крок здійснюється у випробувальній лабораторії, де проводиться експериментальна перевірка ідеї. Випробування не обмежуються лише доказом задовільності роботи системи або її компонентів. Вони можуть також відповісти на питання про фізичну реалізацію системи, якщо це неможливо зробити на основі аналізу або минулого досвіду.

Нарешті, в результаті ряду кроків проект стає дуже складним, тому десятий крок полягає в усуненні непотрібної складності, у спрощенні проекту.

Третя фаза. Мета детального проектування - довести попередню ідею системи до фізичної реалізації та розробити остаточну конструкцію системи. Загальна ідея системи зафіксована, підсистеми точно визначені, і є попереднє рішення виконати повний проект. Для цього необхідні фахівці, час і гроші.

Тому на першому кроці (підготовка до проектування) обґрунтовується бюджет і здійснюється організація проектування.

Другий крок полягає в загальному проектуванні підсистем за тими ж етапами, що і попереднє проектування системи в цілому. Проте вимоги сумісності та сумісної дії підсистем накладають на них великі обмеження, ніж фактори навколишнього середовища на систему в цілому. Відповідно до попередніх планами підсистем розробляються проекти компонент (третій крок), що є фактично повторенням проектування підсистем. Однак проектування на більш низьких рівнях стає менш абстрактним. Результати проектування компонентів фіксуються в попередніх планах, які є основою для детального проектування частин, які є елементарними складовими компонентів (четвертий крок). Нарешті, виникає питання про фізичну реалізації, який при проектуванні підсистем і компонентів був відносно другорядним. Необхідно вирішити, які повинні бути форма, матеріал і набір інструкцій (наприклад, способи обробки матеріалу) для виробництва частин. Усе це фіксується в детальних кресленнях і в специфікаціях до них. Попередній план компонента повинен бути замінений тепер точним і остаточним складальним кресленням. Далі мають бути накреслені відповідні складальні креслення для підсистем і, нарешті, для системи в цілому. Цей процес, що становить зміст п'ятого кроку, є ітераційним. При підготовці складальних креслень відбувається коригування креслень підсистем, компонентів і частин. Маючи повні складальні креслення, експериментальна майстерня може побудувати перші матеріалізовані прототипи - експериментальну конструкцію системи (шостий крок). (Іноді перший прототип і є кінцевим продуктом). На сьомому кроці, після того, як експериментальна конструкція виготовлена, складається програма перевірки продукту. Центральним стає питання, чи добре працює система з точки зору споживача. На основі аналізу перевірочних даних (восьмий крок) проводиться виявлення дефектів, які служать основою для перепроектування та удосконалення системи (дев'ятий крок) до тих пір, поки остаточне інженерне опис проекту не буде виконано.

Фаза детального проектування системи закінчується, але нею не завершується системотехнічних цикл. Він включає в себе ще планування виробництва, розподіл споживання і зняття з експлуатації.

Системотехническая діяльність являє собою комплексний вид діяльності, що включає велику кількість виконавців і функцій. Метою її є створення великих технічних систем і в зв'язку з цим - організація всіх робіт і фахівців, залучених до цієї розробки. Можна виділити "горизонтальну" і "вертикальну" структури системотехнічну діяльності. Ці структури відбивають існуючу в системотехніці зв'язок робіт і фахівців: перша відповідає типам компонентів і аспектів системи (створення машинних блоків, проектування "площини дотику" людини і машини, розробка економічних, організаційних і соціальних аспектів системи і т.п.), друга відповідає загальній послідовності робіт системотехнічну діяльності (інженерне дослідження, винахідництво, проектування, конструювання, виготовлення та впровадження, експлуатація). У якості найважливіших компонентів системотехнічної діяльності виділяються також методична діяльність і науково-технічна координація.

Приклад опису системотехнічної діяльності з точки зору зв'язку робіт і фахівців приведено в книзі Г.Х. Гуда і Р.Е. Маколей "Системотехніка". Кожну наукову дисципліну, що бере участь у створенні складної технічної системи, фактично представляє той чи інший фахівець. Наприклад, дослідник операцій розглядається саме як член бригади проектувальників, що накладає на нього деякі зобов'язання (знайомство з апаратурою та допомога у виборі рішень по проекту). Кожна фаза також зв'язується з певним складом бригади системотехніків. Більшість або всі члени такої бригади повинні бути "вченими-універсалами". Крім того, кожен член бригади повинен бути ще і фахівцем в якій-небудь вузької області (електроніці, математики, тієї області, до якої належить вирішити завдання і т.п.). Система, звичайно, не може бути продуктом одних "універсалів". Завдання інженера-системотехніка полягає в організації різних фахівців при проектуванні системи. Автори розглядають співвідношення між дослідженням і розробкою, можливість і необхідність дублювання робіт над проектом, а також способи організації роботи з проектування системи.

Системотехнична група може бути організована:

- (1) як штабна група при керівникові проекту (забезпечує плани і ведення пограми);

- (2) як лінійна група на чолі з начальником проекту, який є її безпосереднім керівником (функціонує по всіх частинах проектної організації);

- ( 3) як розчленована група, що складається з керівників груп по устаткуванню, які зустрічаються для виконання завдань проектування системи в цілому;

- (4) як окрема лінійна організація на рівних правах з групами по обладнаннюя, здатні швидко перелаштовуватись з одного обладнання на інше;

- (5) як окреме проектне бюро.

При невеликій кількості великих проектів найкращою є організація (1), при великій кількості - організація (4). Автори подають також докладний опис наукових засобів і дисциплін, які використовуються в системотехнічній діяльності, з якого видно, що їх арсенал не обмежується лише природними, технічними науками і математикою, але включає в себе також інженерно-економічні дослідження, індустріальну соціологію та інженерну психологію, необхідну, наприклад, для проектування діяльності людини-оператора в складній технічній системі.

Таким чином, сьогодні проектування вже не може спиратися лише на технічні науки. Вихід інженерної діяльності у сферу соціально-технічних і соціально-економічних розробок привів до відокремлення проектування в самостійну галузь діяльності та трансформації його в системне проектування, спрямоване на проектування (реорганізацію) людської (наприклад, управлінської) діяльності, а не тільки на розробку машинних компонентів. Це призводить до того, що інженерна діяльність та проектування міняються місцями. Якщо традиційне інженерне проектування входить складовою частиною в інженерну діяльність, то системне проектування, навпаки, може включати (якщо мова йде про створення нових машинних компонентів) або не включати в себе інженерну діяльність. Сфера застосування системного проектування розширюється, воно включає в себе всі сфери соціальної практики (обслуговування, споживання, навчання, управління і т.д.), а не тільки промислове виробництво. Формується соціотехніческое проектування, завданням якого стає цілеспрямована зміна соціально-організаційних структур.

2. Соціотехніческое проектування. "Розшарування" інженерної діяльності призводить до того, що окремий інженер, по-перше, концентрує свою увагу лише на частині складної технічної системи, а не на цілому і, по-друге, все більше і більше віддаляється від безпосереднього споживача свої вироби, конструюючи артефакт (технічну систему) відокремленим від конкретної людини, служити якому перш за все і покликаний інженер. Безпосередній зв'язок виробника і споживача, характерна для ремісничої технічної діяльності, порушується. Створюється ілюзія, що завдання інженера - це лише конструювання артефакту, а його впровадження в життєву канву суспільства та функціонування в соціальному контексті має реалізовуватися автоматично.

Однак сьогодні створення технічного засобу - це не просто технічна розробка машини, а й створення ефективної системи обслуговування, розвиток мережі доріг, трас з особливим покриттям, виробництво запасних частин і т.д. Будівництво електростанцій, хімічних заводів і подібних технічних систем вимагає не просто обліку "зовнішньої" екологічної обстановки, а формулювання екологічних вимог як вихідних даних для проектування. Все це висуває нові вимоги до інженера як проектувальника. Їх вплив на природу і суспільство настільки велике, що соціальна відповідальність їх перед суспільством нестримно зростає, особливо останнім часом.

Сучасний інженер - це не просто технічний фахівець, прихначений для вирішальння вузьких професійних завдань. Його діяльність пов'язана з природним середовищем, основою життя суспільства, і самою людиною. Тому орієнтація сучасного інженера тільки на природознавство, технічні науки і математику, яка спочатку формується ще у вузі, не відповідає його справжньому місцю в науково-технічному розвитку сучасного суспільства. Вирішуючи свої, здавалося б, вузько професійні завдання, інженер активно впливає на суспільство, людину, природу і не завжди найкращим чином. Це дуже добре розумів ще на початку ХХ століття російський інженер-механік і філософ-техніки П.К. Енгельмейер: "Минув той час, коли вся діяльність інженера протікала всередині майстерень і вимагала від нього одних лише чистих технічних пізнань. Почати з того, що вже самі підприємства, розширюючись, вимагають від керівника і організатора, щоб він був не тільки техніком, але і юристом, і економістом, і соціологом". Ця соціально-економічна спрямованість роботи інженера стає абсолютно очевидною в рамках ринкової економіки - коли інженер змушений пристосовувати свої вироби до ринку споживачеві.

Завдання сучасного інженерного корпусу - це не просто створення технічного пристрою, механізму, машини і т.п. У його функції входить і забезпечення їх нормального функціонування в суспільстві (не тільки в технічному сенсі), зручність обслуговування, дбайливе ставлення до навколишнього середовища, нарешті, сприятливе естетичний вплив і т.п. Мало створити технічну систему, необхідно організувати соціальні умови її впровадження та функціонування з максимальними зручностями і користю для людини.

Таким чином, новий стан у системному проектуванні є проектування систем діяльності або мова йде про соціотехнічне (на противагу системотехнічному) проектуванні, де головна увага має приділятися не машинним компонентів, а людської діяльності, її соціальним і психологічним аспектам. Проте проектувальники користуються часто старими засобами і неадекватними модельними уявленнями. У чому ж полягає специфіка сучасного социотехнического проектування і що все-таки дозволяє називати його проектуванням?

Перш за все соціотехніческое проектування характеризується гуманітаризацією. Проектування саме стає джерелом формування проектної тематики і вступає тим самим у сферу культурно-історичної діяльності. Крім того, в якості об'єкта проектування виступає і сама сфера проектної діяльності ("проектування проектування"). Тому в ньому формується особливий методичний шар, спрямований на вироблення норм і розпоряджень для проектних процедур, і теоретичний шар, що забезпечує методистів знаннями про ці процедурах.

Соціотехніческое проектування - це проектування без прототипів, і тому воно орієнтоване на реалізацію ідеалів, що формуються в теоретичній чи методологічної сферах або в культурі в цілому. Його можна охарактеризувати як особливий проектний рух, до якого залучені різні типи діяльності: виробнича, соціального функціонування, експлуатаційна, традиційного проектування і т.п. У ролі проектувальників стали виступати і вчені (кібернетики, психологи, соціологи). Проектування тісно переплітається плануванням, управлінням, програмуванням, прогнозуванням та організаційною діяльністю. Залучені в проектний рух, вони не тільки трансформуються самі, а й істотно модифікують проектування взагалі. Що ж у такому разі дозволяє називати все це проектуванням? Сфера проектування, хоча і включає в себе в даний час діяльність багатьох видів, залишає на першому плані конструктивні завдання, підпорядковуючи їм всі інші.

На прикладі ергономічного та інженерно-психологічного найбільш виразно видно, що тут здійснюється проектування саме людської діяльності (у людино-машинних системах). Це - комплексний вид діяльності, методологічною основою якої є системний підхід. Завданням ергономіки є розробка методів обліку людських чинників при модернізації діючої техніки і створення нової технології, а також відповідних умов діяльності. Дуже близьким до ергономічного проектування і за генезисом, і стосовно об'єкта, і за структурою, і за методами є інженерно-психологічне проектування (вони різняться лише в дисциплінарному плані: останнє більш жорстко орієнтоване на психологію як на базову дисципліну). В інженерно-психологічному проектуванні спочатку людські фактори розглядалися лише поряд з машинними компонентами і навіть як підлеглі їм. У цьому плані воно було спочатку лише частиною системотехнічного проектування. На сучасному етапі розвитку йдеться про проектування людської діяльності, в яку включені машинні кошти. Ергономічне ж проектування за самою своєю суттю є соціотехнічних, оскільки, поряд з психологією, фізіологією, анатомією, гігієною праці, в ньому велика увага приділяється соціальним, соціально-психологічним, економічним і іншим факторам.

Оргпроектування пов'язано насамперед з удосконаленням, розвитком, перебудовою організаційних систем управління, проектуванням організацій, організаційних систем управління, побудовою структур управління організаціями, з проектуванням нових структурних форм організацій тощо Воно нерозривно пов'язане з системним аналізом як засобом раціоналізації управлінської діяльності. Навіть традиційні роботи з наукової організації праці усвідомлюються сьогодні як оргпроектування.

Социотехнична установка сучасного проектування впливає на всі сфери інженерної діяльності та всю техносферу. Це виражається насамперед у визнанні необхідності соціальної, екологічної (і аналогічних) оцінки техніки, в усвідомленні величезної ступеня соціальної відповідальності інженера і проектувальника.

Інженер зобов'язаний прислуховуватися не тільки до голосу вчених і технічних фахівців і голосу власного сумління, а й до громадської думки, особливо якщо результати його роботи можуть вплинути на здоров'я і спосіб життя людей, торкнутися пам'ятники культури, порушити рівновагу природного середовища і т.д. Коли вплив інженерної діяльності стає глобальним, її рішення перестають бути вузько професійною справою, стають предметом загального обговорення, а іноді й осуду. І хоча науково-технічна розробка залишається справою фахівців, прийняття рішення щодо такого роду проектів - прерогатива суспільства. Ніякі посилання на економічну, технічну та навіть державну доцільність не можуть виправдати соціального, морального, психологічного, екологічного збитку, який може бути наслідком реалізації деяких проектів. Їх відкрите обговорення, роз'яснення переваг та недоліків, конструктивна і об'єктивна критика в широкому друці, соціальна експертиза, висування альтернативних проектів і планів стають найважливішим атрибутом сучасного життя, неминучою умовою і наслідком її демократизації.

Початкова мета інженерної діяльності - служити людині, задоволенню його потреб і потреб. Проте сучасна техніка часто вживається на шкоду людині і навіть людству в цілому. Це відноситься не тільки до використання техніки для цілеспрямованого знищення людей (Сахаров), але також до повсякденної експлуатації інженерно-технічних пристроїв. Якщо інженер і проектувальник не передбачили того, що, поряд з точними економічними і чіткими технічними вимогами експлуатації, повинні бути дотримані також і вимоги безпечного, безшумного, зручного, екологічного застосування інженерних пристроїв, то із засобу служіння людям техніка може стати ворожою людині і навіть піддати небезпеки саме його існування на Землі. Ця особливість сучасної ситуації висуває на перший план проблему етики та соціальної відповідальності інженера і проектувальника перед суспільством та окремими людьми. Проблеми негативних соціальних та інших наслідків техніки, проблеми етичного самовизначення інженера виникли з самого моменту появи інженерної професії.

Оцінка сучасного науково-технічного прогресу: конструктивні рішення

Такі наслідки розвитку атомної енергетики, як наслідки чорнобильської катастрофи, не завжди можливо передбачити. Але необхідно, хоча б намагатися це зробити по відношенню до нових проектів, проводити відповідні дослідження, вислуховувати думки опозиціонерів ще до прийняття остаточного рішення, створити правові механізми, що регулюють усі ці питання. У розвинених західних країнах це пов'язано з так званої "оцінкою техніки". Розглянемо ці проблеми на прикладі США і ФРН, мабуть, найбільш передовими в розробці цих питань.

У 1966 році підкомісія Конгресу Сполучених Штатів Америки з науки, дослідження і розвитку підготувала доповідь про безпосередніх та побічних наслідках технологічних інновацій. У 1967 р. голова цієї підкомісії представив проект закону про створення "Ради з оцінки техніки". Метою Ради було стимулювати дискусію з цієї важливої проблематики і інституалізувати її у вищому законодавчому органі держави. Після численних дискусій, консультацій, критики різних варіантів законопроекту 13 вересня 1972 президент США підписав закон про оцінку техніки (Technology Assessment Act). Закон, зокрема, передбачав створення Бюро з оцінки техніки (Office of Technology Assessment - OTA) при Конгресі США, завданням якого стало забезпечення сенаторів і конгресменів об'єктивною інформацією в даній області. Одночасно в самому Конгресі була створена Рада з оцінки техніки (Technology Assesstment Board - TAB), до складу якої увійшли 6 конгресменів і 6 названих президентом сенаторів, причому з явним наміром створити незалежний від виконавчої влади орган. Поряд з ним закон передбачав створення Дорадчої ради по оцінці техніки (Technology Assessment Council), в який увійшли десять представників громадськості, названих TAB, і який виконує консультативні функції. Закон 1972 року був такий: "Головним завданням Бюро має стати вироблення на ранніх етапах вказівок на можливі позитивні чи негативні наслідки технічних застосувань, а також збір і забезпечення подальшої інформації, яка могла б підтримати Конгрес у генерації та координації рішень. У процесі вирішення цього завдання Бюро має:

- (1) ідентифікувати мають місце або передбачувані слідства техніки або технологічних програм;

- (2) встановлювати, наскільки це можливо, причинно-наслідкові відносини,

- (3) показати альтернативні технічні методи для реалізації специфічних програм;

- (4) показати альтернативні програми для досягнення необхідних цілей;

- 5) взятися за оцінку і порівняння наслідків альтернативних методів і програм;

- (6) представити результати закінченого аналізу відповідальним органам законодавчої влади;

- (7) вказати області, в яких потрібно додаткове дослідження або збір даних, щоб надати достатню підтримку для оцінки того, що позначено в пунктах з (1) по (5) даного підрозділу;

- (8) здійснювати додаткові споріднені види діяльності, які визначаються відповідальними органами обох палат Конгресу.

Бюро з оцінки техніки управляється Радою з оцінки техніки Конгресу і підрозділяється на три оперативних відділу, кожен з яких курирує виконання трьох центральних програм:

1. відділ енергетики, ресурсів та інтернаціональної безпеки, включає такі програми, як "енергетика і ресурси"; "промисловість, технологія і зайнятість"; "міжнародна безпека і торгівля";

2. відділ охорони здоров'я і наук про життя, що включає такі програми, як "харчові продукти і відновлювані ресурси"; "охорона здоров'я"; "прикладна біологія";

3. відділ природознавства, інформації та відновлюваних ресурсів, що включає такі програми, як "інформаційні та комунікаційні технології"; "океан і довкілля"; "природознавство, виховання і транспорт".

У якості однієї з основних конструктивних завдань OTA формулюється завдання "раннє попередження негативних наслідків техніки".

У Німецькому Бундестазі аналогічна комісія (Enquete-Komission "Technikfolgenabschдtzung") для оцінки наслідків техніки та створення рамкових умов технічного розвитку була створена в 1986 р. з акцентом на обговорення проблем охорони навколишнього середовища. Пізніше на основі парламентської Постанови від 16.11. 1989 р. було створено Бюро з оцінки наслідків техніки Німецького Бундестагу - на базі відділу прикладного системного аналізу Центру ядерних досліджень Карлсруе, в якому працює міждисциплінарна група вчених - представників природничих, суспільних і технічних наук.

Таким чином, оцінка техніки стає сьогодні складовою частиною інженерної діяльності. Мабуть, слід було б говорити про соціальну оцінці техніки, але в такому випадку не фіксуються такі важливі аспекти, як наприклад, екологічний. Іноді оцінку техніки називають також соціально-гуманітарної (соціально-економічної, соціально-екологічної тощо) експертизою технічних проектів. Оцінка техніки, або оцінка наслідків техніки, є міждисциплінарною завданням і вимагає, безсумнівно, підготовки фахівців широкого профілю, що володіють не тільки науково-технічними та природничими, а й соціально-гуманітарними знаннями. Однак це не означає, що відповідальність окремого рядового інженера при цьому зменшується - навпаки, колективна діяльність повинна поєднуватися з індивідуальною відповідальністю. А така відповідальність означає необхідність розвитку самосвідомості всіх інженерів в плані усвідомлення необхідності соціальної, екологічної тощо оцінки техніки.

Тема 7. Обґрунтування інженерних рішень

Лекція 12. Технічні системи, як об'єкти проектування

1. При характеристиці технічної системи існують певні труднощі при виборі властивостей, тобто ознак об'єкта (в даному випадку - технічної системи). Ознакою можуть служити, наприклад, здатність вести себе певним чином або задовольняти певні вимоги. Через ті або інші властивості дається характеристика технічної системи. При цьому для об'єктивного аналізу важливо, щоб оцінювані властивості і критерії оцінки могли бути визначені кількісно. Широке тлумачення поняття „властивість” включає:

- функцію,

- продуктивність,

- розміри,

- зручність обслуговування,

- транспортабельність,

- технологічність і т.д.

Найважливіша характеристика технічної системи - це наявність у неї бажаних властивостей, оскільки технічна система є лише виконавцем необхідної робочої функції і передбачуваної поведінки.

У взаємозв'язку з функцією знаходиться цілий ряд інших властивостей: зручність експлуатації і обслуговування, ремонтопридатність і т д.. Разом з цим є безліч інших властивостей, якими повинна володіти технічна система (наприклад, певна міцність, габарити, форма), щоб забезпечувалося бажане функціонування.

Замовляючи технічну систему, ми визначаємо не тільки те, що ця система повинна робити, ми одночасно встановлюємо її бажані властивості. На етапі постановки задачі бажані властивості технічної системи називаються вимогами.

Так, щоб відповідати вимогам, які пред'являються, технічна система повинна не тільки виконувати бажану робочу функцію, але і володіти певними властивостями. Технічна система завжди є носієм самих різних властивостей, але тільки міра цих властивостей (цінність) має вирішальне значення. Сукупна цінність системи, що володіє численними і різноманітними властивостями, визначається поєднанням оцінок всіх цих властивостей.

Для полегшення роботи по складанню переліку вимог при постановці задачі або при проведенні порівняльного, оціночного або контрольного аналізів всі властивості класифікують за найбільш важливими аспектами.

Технічні системи характеризуються рядом ознак. Головною ознакою є багатоманітність елементів системи. Номенклатура в машинобудуванні, без урахування типових варіантів, включає в себе десятки тисяч різних деталей технічних систем. Разом з різноманіттям функцій, виконуваних цією номенклатурою деталей, вони мають також безліч інших властивостей.

Хоча різні технічні системи функціонують по-різному, метою функціонування завжди залишається здійснення перетворень; в нормальних робочих умовах воно детерміновано і ним можна управляти. У разі пошкодження системи її функціонування порушується.

Значну частину технічних систем складають складні і дуже складні системи, що складаються з тисяч або навіть десятків тисяч елементів. Природним наслідком такої складності є висока вартість таких технічних систем. До них перш за все відноситься дороге устаткування, виготовлене в умовах одиничного виробництва.

Основним матеріалом для виготовлення технічних систем служить метал, переважно сталь, хоча все більше зростає вживання полімерів.

2. Всі численні і різноманітні властивості технічних систем можна класифікувати за різними категоріями. Класифікація властивостей за способом їх встановлення:

- зовнішні;

- внутрішні.

Зовнішні властивості технічних систем легко можна встановити або за допомогою органів відчуттів, або за допомогою різних допоміжних пристроїв. До них відносяться, наприклад, форма, розміри, колір. Внутрішні властивості зовні ніяк не виявляються, і для їх встановлення доводиться вдаватися до спеціальних засобів.

Для більш точного визначення вказаних властивостей необхідно виходити з системного принципу; тоді зовнішні властивості перетвориться на відношення системи до її оточення. Внутрішні властивості проявляться в якості відношень між елементами системи і властивостями елементів. Користувача технічної системи цікавлять головним чином зовнішні властивості.

Класифікація властивостей за причинним зв'язком:

- вхідні, що діють (причина);

- функції (наслідок).

Між вхідними діями і функціями існують причинні відношення. Здатність конструктора тонко відчувати відмінність між причиною і її наслідком слід віднести до числа його головних творчих здібностей. Конструктору доводиться „конструювати” причини для отримання необхідних наслідків. Прикладами причинних відносин в технічних системах є: висока температура свічки розжарювання є причиною загоряння стиснутої паливної суміші; недостатня жорсткість станини токарного верстата є причиною похибок обробки деталей. Часова послідовність причини і дії виявляється у вигляді процесу.

Класифікації властивостей за функціональною залежністю:

- властивості, що залежно змінюються;

- властивості, що незалежно змінюються.

У сферах природознавства і техніки існує багато формул, що виражають взаємозалежності властивостей однієї від одної. Так, наприклад, існує залежність між тиском і рівнем рідини, міцністю і температурою матеріалу, швидкістю руху об'єму і його кінетичною енергією, швидкістю потоку і діаметром труби. Всі ці властивості знаходяться між собою у функціональній залежності, яка може бути виражена аналітично. Ті властивості, на які виявляється вплив, називаються залежними змінними (міцність). Ті властивості, які роблять вплив на інші, називаються незалежними змінними(матеріал, форма, габарити). Одні і ті ж властивості в різних технічних системах можуть виступати як залежні або незалежні.

Класифікація властивостей за їх кількісним визначенням:

ті, що легко визначаються;

ті, що важко визначаються;

ті, що кількісно не визначаються.

В тих випадках, коли неможливо кількісно оцінити властивості, застосовується бальна система оцінок, тобто з використанням певних критеріїв проводиться оцінка властивостей по зростаючих рівнях (класах). Такий метод дає більш точні результати, ніж суб'єктивні оцінки. Проте виникає безліч невизначеностей, обумовлених, з одного боку, трудністю визначення ціни бала, а з іншою - суб'єктивністю експерта, що дає оцінку.

Класифікація властивостей за їх значущістю:

дуже важливі (незамінні), наприклад функція, безпека;

важливі, наприклад надійність, термін служби, ціна;

менш важливі, наприклад відсутність необхідності в упаковці, можливості тривалого зберігання;

неістотні для функціонування технічної системи властивості, наприклад зовнішній вигляд, колір.

Не всі властивості технічної системи легко визначити з погляду їх значущості. Крім того, необхідно враховувати відносність цієї значущості, оскільки значущість тих або інших властивостей залежить від обставин. Деколи найважливішою властивістю є швидкість поставки системи або легкість її демонтажу. Маса, що не має істотного значення для, наприклад, верстата, є найважливішим параметром літального апарату. Тому значущість різних властивостей потрібно ретельно аналізувати в кожному конкретному випадку.

Класифікація властивостей за їх фізичною суттю:

геометричні властивості, наприклад ширина, висота, симетрія, форма, міжосьова відстані, кут.

кінематичні властивості, наприклад швидкості, прискорення;

механічні властивості, наприклад міцність, пружність, прогин, герметичність;

теплові властивості, наприклад нагрівання, теплопровідність, теплові втрати, теплоізоляція;

електричні і магнітні властивості, наприклад місткість, напруга, опір, електрична провідність;

оптичні властивості, наприклад фокусна відстань, заломлення, відображений, поляризації;

акустичні властивості, наприклад поглинаюча здатність, луна, шум, звукова частота;

хімічні властивості, наприклад хімічна активність, концентрація, корозія, хімічна спорідненість.

Класифікація властивостей по їх фізичній суті відповідає структурі технічних наук. Приведений перелік категорій властивостей наочно ілюструє строкатість і багатоманітність властивостей технічних систем.

Приведених способів класифікацій недостатньо для повної характеристики властивостей, що необхідно для методичної роботи конструктора. Характеристика повинна не тільки застосовуватись до властивостей будь-яких технічних систем (від деталі до підприємства), але і враховувати технічний, економічний, ергономічний, маніпуляційний, соціальний, юридичний і інші аспекти. Можливий такий перелік груп властивостей:

кількісні (параметри);

геометричні;

механічні;

теплові;

електричні і магнітні;

оптичні;

акустичні;

хімічні;

виробничі і монтажні;

експлуатаційні.

Лекція 13. Функціональні залежності технічних систем

1. Функції F і дії W. Основні (робочі) і допоміжні дії, необхідні для виконання перетворень, здійснюються шляхом взаємодій людини і технічної системи. Технічна система TS в даний час виконує більшу частину таких дій. Людина залишає за собою лише деякі дії по управлінню системою. Технічна система, таким чином, повинна виконувати необхідні функції, тобто бути здатною до заданих дій. Функція є найважливішою властивістю будь-якої технічної системи, бо навіть якщо всі інші властивості є наявними, а робоча функція не виконується, тобто якщо автомобіль не їде, токарний верстат не обробляє, то така технічна система непотрібна. В крайньому випадку вона могла б служити для якої-небудь іншої мети, наприклад, як прикраса або виставковий експонат.

Під „функцією” розуміється властивість, абстраговану від певних умов даної ситуацій. Наприклад, автомобілі, літаки, судна, ракети, стрічкові транспортери, крани, підйомники виконують функцію транспортування Проте тільки автомобілі володіють функцією безрейкового транспортування по суші; легкові автомобілі мають функцію безрейкового транспортування людей по суші; гоночні автомобілі -- функцію безрейкового транспортування людей по суші з максимальною швидкістю в спортивних цілях і т.д. Функціонування будь-якої технічної системи є реалізацією функції, що відповідають умовам конкретної ситуації.

Функції технічної системи відрізняються різноманітністю і складністю. Всі функцій здійснюються на відносно високому рівні абстрактності, причому одні функції складніші, ніж інші. Ступінь складності зростає від елементарної функції (наприклад, обточування валу) до загальної зборки. Цей говорить про наявність певної ієрархії функцій. Функція будь-кого рівня виконується за допомогою ряду підфункцій, залежних від виду технології.

Таблиця 4. Класифікацій властивостей технічних систем по потребі в конструкторській роботі

Категорія властивостей	Питання	Приклади властивостей
1	2	3
Функції	Які функції системи? Що робить система?	Робоча функція Допоміжна функція Підготовча функція Функція керування і регулювання Функція узгодження
Дії	Які умови характерні для даної функції?	Продуктивність Швидкість Розміри Маса Функціональні параметри Вантажопідйомність
Функціонально обумовлені властивості	Які умови характерні для даної функції?	Продуктивність Швидкість Розміри Маса
Виробничі властивості	Наскільки придатна система для виробничого процесу?	Безпека експлуатації Надійність Строк служби Витрата енергії Площа Ремонтопридатність
Ергономічні властивості	Як обслуговується система і який вплив справляє на людину?	Зручність обслуговування Способи обслуговування Види перешкод Вимоги до оператора
Естетичні властивості	Як система сприймається естетично?	Форма Колір Зручність Привабливість
Маніпуляційні властивості	Настільки система придатна до цілей транспортування, зберігання, паковки.?	Відповідність умовам транспортування, зберігання, упаковки Придатність для безпосереднього пуску
Характеристика поставок і планування	Як система може бути поставлена? В якій кількості виготовляється?	Доступність Продукція серійного виробництва Продукція одиничного виробництва
Правові норми	Чи відповідає система правовим юридичним нормам?	Відповідність юридичним нормам Порушення патентного права Відповідність вимогам колективного договору
Технологічні властивості	Наскільки система відповідає прийнятій технології?	Відповідає технології Відповідає умовам монтажу
Економічні властивості	Наскільки економічний процес виробництва?	Експлуатаційні витрати Витрати виробництва Економічна ефективність Ціна
Конструктивні властивості	Як реалізуються зовнішні властивості?	Структура Форма Габарити Матеріал Якість поверхні Поле допуску Тип виробництва
Якість виготовлення	Хто і як виготовляв систему?	Виробник Переваги і недоліки виготовлення

Як елементарні функції зручно використовувати об'єднувально-роз'єднувальні функції, які характеризуються високим рівнем абстрактності і відповідають ряду ієрархічних ступенів для різноманітних наборів умов.

Будь-яка задана функції може бути реалізована різними технічними системами. Ступеню складності виконуваної функцій відповідає рівень складності технічної системи - від складного виробництва, наприклад космічного літального апарату, до простої кріпильної деталі.

З другого боку, одна і та ж технічна система може, як відомо, виконати різні функції, так, наприклад; гвинт сполучає дві деталі, або перетворює поступальний рух в обертальний, або регулює зазор. Конструюючи технічну систему, звичайно прагнуть, щоб вона виконувала більше число функції. При цьому говорять про агрегацію функцій. Такий взаємозв'язок між множиною функцій і множиною технічних систем на певному рівні схематично показаний на мал. 12. Можливість універсального використання будь-якої технічної системи зменшується у міру ускладнення функцій, які потрібно виконати.

Мал. 12. Відношення між функціями F і технічними системами TS: 1 - множина технічних систем , що здатні виконувати функції ; 2 - множина функцій , виконуваних технічними системами ; - функція; - технічна система, що виконує функцію ; - технічна система; - функція, виконувана технічною системою

Для здійсненні робочої дії необхідні допоміжні дії. Відповідно до цього функції можна розділити на: робочі (основні), підготовчі, управлінні і узгодження.

Функціонально обумовлені властивості . При розгляді функції ми отримуємо умови, які допускають безліч рішень. Тому для постановки задачі створення конкретної технічної системи потрібно вказати додаткові умови - ознаки. Користуючись методом аналізу, можна констатувати, що дані про перетворення, тобто про об'єкт, технологію, умови перетворення і т.д., є функціонально обумовлені властивості. Ці важливі властивості тісно пов'язані з функцією і відповідно з діями (функціонуванням) і завжди наводяться в каталогах і інструкціях, оскільки тільки за допомогою цих властивостей пояснюється призначення технічної системи. Вони називаються параметрами технічної системи.

Виробничі властивості Be. Бажане перетворення операнда здійснюється за допомогою дії технічної системи. Придатність технічної системи для використання характеризується групою властивостей, які називаються виробничими, наприклад надійність, безпека, термін служби, витрата енергії, матеріалів, займана площа, ремонтопридатність, можливість регулювання і т.д. Оскільки виконання системою робочої функції фактично є попередньою умовою, значення виробничих властивостей все більш зростає.

Ергономічні властивості Erg. Перетворення здійснюються взаємодією системи людна-технічна система. Одержуваний результат залежить від злагодженості спільної роботи цих учасників технічного процесу. Суспільство зацікавлене в тому, щоб людині при цьому не наносилося ніякої шкоди. Ергономіка вивчає відношення в системі людина-машина.

Ергономіка не обмежується технікою безпеки і умовами роботи; вона також шукає межі людських здібностей в екстремальних ситуаціях. Зрозуміло, ряд задач ергономіки здійснюється тільки для певних галузей техніки, наприклад авіації і космонавтики. Проте існує безліч загальних питань, наприклад проектування технічних систем з таким розрахунком, щоб вони забезпечували людині з середніми здібностями оптимальні умови обслуговування та управління. В ідеалі робота не повинна стомлювати ні фізично. ні психічно.

...