Материал: ПособиеИМН

В). После исчерпания возможностей циклов А и Б происходит переход к более рациональному физическому принципу действия, после чего циклы А и Б повторяются.

Хотя эта гипотеза может вызывать возражения, так как, например, одновременно существуют различные типы электростанций, но она может быть полезна проектировщику. Практический вывод из нее весьма прост - не останавливаться на совершенствовании конструкции, улучшая количественно ее критерии, а искать новые структуры ТО, новые физические принципы действия и построения. Естественно, скачки к новым классам ТО могут и будут происходить до исчерпания возможностей существующих конструкций.

Конечно, такой подход несколько механистичен, предполагает возможность нахождения оптимума и поиск физических принципов для реализации конструкции из известных в настоящее время принципов. Всего сто лет назад конструктор, перебирая возможные принципы построения электростанций, не мог анализировать применение атомной энергии и т. д.

Но этот подход не решает проблему появления принципиально новых идей, которые способны генерировать творческие люди, даже когда отсутствует научная и техническая база для их реализации. Человек генерирует неосуществимые идеи и все равно, со временем, добивается их реализации мечта о полете, о видении на расстоянии существовали тысячелетия, и все равно оказались реализованными. Сейчас: о путешествии во времени, о телепортации …).

Выдвинутая гипотеза показывает, что чрезвычайно важно изучать историю развития технических объектов, отслеживать динамику изменения их критериев оценки, определять исторический этап развития ТО, обнаруживать потребность принципиальных изменений.

Опытные конструктора всегда стремятся изучать историю развития своих объектов проектирования. В этой связи надо отметить, что чрезвычайно интересно и полезно создание музеев средств производства, робототехнических систем.

При создаиии робототехнических систем в качестве научноисследовательской части было бы интересно исследовать новые принципы получения движения, создания новых типов электродвигателей, искусственных мышц на основе сплавов с памятью формы, органических волокон, пьезо- и магнитострикционных двигателей и т.д.

Закон соответствия между функцией и структурой.

Каждый элемент ТО имеет, хотя бы одну функцию по реализации функции всего ТО, т.е. исключение элемента приводит к ухудшению какоголибо критерия ТО или к прекращению выполнения им своей функции. При анализе известного ТО следует помнить, что лишних элементов быть не может. Если существующий объект работоспособен и без некоторых

элементов, то мы просто игнорируем некоторые критерии, заложенные при его проектировании.

Например, можно снять кожух закрывающий клиноременную передачу. Объект сохранит работоспособность, но ухудшится критерий безопасности и т.д. Это всегда нужно помнить при анализе существующих конструкций, при рассмотрении аналогов и прототипов конструкции. Непонимание функции каких-либо элементов может приводить к существенному ухудшению свойств объекта при его копировании или к его удорожанию.

При анализе функциональной структуры объекта существует большое поле деятельности по ее оптимизации, которая может заключаться в объединении многих функций в одном элементе конструкции, так и в разделении функций между вводимыми дополнительными элементами. Все это может требовать расчетного или экспериментального обоснования, что может составлять исследовательскую часть магистерской диссертации.

Закон стадийного развития техники.

Технические объекты с функцией обработки материального предмета труда имеют четыре стадии развития с последовательным исключением человека из процесса материального производства:

-из технологической функции; -из энергетической функции; -из управленческой функции; -из функции планирования.

Например, в истории развития токарного станка это: резец, водяное колесо электропривод), устройство ЧПУ, система CAD-CAM-CAP.

Перестройка структуры металлорежущего оборудования позволила создать станки, практически не имеющие ограничений формообразования. С другой стороны, совершенствование конструкционных материалов, подлежащих обработке, показало ограничения процесса резания, что привело к поиску новых физических и химических принципов обработки. Так появилась электроэрозионная обработка, лазерная, плазменная, гидравлическая и гидроабразивная и др.

При развитии робототехники и мехатроники совершенствование структуры объекта идет параллельно с развитием систем управления. Если на первом этапе это системы работающие по жесткой программе, дистанционно управляемые манипуляторы, далее супервизорные системы, часть управления в которых выполняет сам технический объект, то основная тенденция сегодня – создание ТО полностью адаптивных и осуществляющих управление самостоятельно например, автоматические транспортные системы).

В данной области при выполнении магистерской диссертации существуют различные направления научных исследований, связанные с изменением алгоритмов управления робототехническими системами, новыми методами получения информации об окружающей среде изменением систем

датчиков), способами обработки поступающей от них информации и т.д. Естественно, что все предлагаемые изменения должны быть подтверждены необходимыми расчетами, компьютерным моделированием или экспериментальными исследованиями. Это также может составлять научно-исследовательскую часть магистерской диссертации.

2.2 Анализ проектной ситуации поиск аналогов и выбор прототипа

При проектировании ТО обычно существует либо описание проектной ситуации с указанием целей проектирования и условий реализации функций ТО, либо техническое задание в которой четко сформулированы критерии развития проектируемого объекта функциональные, технологические и т.д.).

В первом случае задача проектировщика усложняется, так как ему приходится самому определить эти критерии, соответствующие эффективному решению для данной проектной ситуации. Это также может служить основанием для проведения исследовательской работы, связанной с расчетами, экспериментами и моделированием.

Определение поля возможных методов решения проблемы.

Если недостаточно эрудиции проектировщика, накопленного опыта в проектной организации, то он прибегает к анализу литературы, патентных источников, опросу экспертов под экспертом понимается любой специалист в конкретных отраслях техники, причастный к решению таких же или похожих проблем).

Этот этап наиболее труден для реализации, так как тематические каталоги всех письменных и электронных источников просмотреть невозможно и, чтобы найти нужные сведения, приходится просматривать большой объем информации. В этом случае используются тематические каталоги литературы, определяются классы патентных источников по способам и устройствам отвечающим данной проектной ситуации. Например, классы патентов B62D57/032, B62D57/02 содержат конструкции различных транспортных шагающих устройств. Классы патентов определяются по классификатору, который имеется в интернете.

Найденные конструкции в наибольшей степени отвечающие проектной ситуации, обладающие требуемым набором функциональных критериев, называются аналогами, а наиболее близкий из них может быть выбран в качестве прототипа. Если имеется аналог, обладающий полным набором требуемых функциональных характеристик, то он мог бы использоваться без проведения дальнейшей проектной работы. Однако во многих случаях проектная ситуация требует улучшения его технологических, экономических или других критериев, что требует значительной аналитической работы по поиску методов такого улучшения. Если же функциональные критерии не соответствуют проектной ситуации, то проектная работа может быть связана

с возникновением технических противоречий, преодоление которых может потребовать не только проведения исследований, но и значительных творческих усилий, прорывных решений, что и делает работу конструктора проектировщика наиболее интересной.

Так известно множество конструкций мехатронных шарнирных узлов роботов манипуляторов. Для применения в космических условиях требуется снижать до минимума массу и габариты этих устройств при высоких энергетических способностях. Такие решения могут осуществляться применением новых высокопрочных материалов, однако их возможность применения в космических условиях может потребовать проведения специальных исследований.

Методам устранения технических противоречий посвящено большое количество литературы [2,3,4,5].

Аналитический обзор решений посвященных данной проектной ситуации может рассматриваться как научно-исследовательская часть магистерской проектной диссертации, если в нем произведен сравнительный анализ найденных аналогов с выявлением их преимуществ и недостатков и определены пути требуемого изменения функциональных или других критериев развития технологических, экономических, антропологических).

Сравнительный анализ различных аналогов и выявление наиболее эффективного из них в условиях данной проектной ситуации может выполняться методами многокритериальной оптимизации , одним из которых является морфологический анализ [1].

Вопросы для самопроверки:

1.Требуется ли научно-исследовательская часть в магистерской работе посвященной проектированию робототехнической системы?

2.Какие функциональные критерии оценки могут применяться к загрузочному роботу-манипулятору?

3.Какие технологические критерии оценки технического объекта Вы знаете?

4.В каких случаях требуется проводить исследования для определения функциональных критериев технического объекта?

5.Как проявляется закон стадийного развития техники в совершенствовании робототехнических систем?

6.Чем отличается аналог технического решения от прототипа?

7.В каких случаях анализ проектной ситуации требует проведения НИР?

8.При изменении каких критериев развития и в каких случаях требуется проведение НИР?

3. Методологические основы научного знания

Наука - одна из сфер человеческой деятельности, функцией которой является производство и систематизация знаний о природе, обществе и

сознании. Наука является важнейш составляющей духовной культуры. Она характеризуется следующими взаимосвязанными признаками:

–совокупность объективных и обоснованных знаний о природе, человеке, обществе;

–деятельность, направленная на получение новых достоверных знаний;

–совокупность социальных институтов, обеспечивающих существование, функционирование и развитие познания и знания.

Задачами науки являются:

–собирание, описание, анализ, обобщение и объяснение фактов;

–обнаружение законов движения природы, общества, мышления и

познания;

–систематизация полученных знаний;

–объяснение сущности явлений и процессов;

–прогнозирование событий, явлений и процессов;

–установление направлений и форм практического использования полученных знаний.

3.1Классификация наук – это раскрытие их взаимной связи на основании определенных принципов и выражение этих связей в виде логически обоснованного расположения или ряда. Классификация наук раскрывает взаимосвязь естественных, технических, общественных наук и философии. В настоящее время различают науки в зависимости от сферы, предмета и метода познания:

1) о природе – естественные;

2) об обществе – гуманитарные и социальные; 3) о мышлении и познании – логика, гносеология, эпистемология и др.

ВКлассификаторе направлений и специальностей высшего профессионального образования с перечнем магистерских программ специализаций) по направлениям образования выделены:

1) естественные науки и математика физика, химия, география, механика, биология, геология, экология и другие); 2) гуманитарные и социально-экономические науки филология,

философия, история, политология, культурология, журналистика, психология, социология, экономика, искусство, физическая культура, искусство и другие); 3) технические науки строительство, архитектура, электроника,

геодезия, телекоммуникации, металлургия, горное дело, радиотехника и другие); 4) сельскохозяйственные науки агроинженерия, лесное дело, агрономия,

зоотехника, ветеринария, рыболовство и др.). Науки по методу познания подразделяется:

–на эмпирические науки, которые более углубленно изучают знания, полученные в результате материальной практики или благодаря непосредственному контакту с действительностью. Главными методами эмпирических наук являются наблюдения, измерения и эксперименты.