Основы проектирования и конструирования (стр. 16 из 53)
В более крупных механических системах плотность упаковки ниже, чем в более мелких за счет увеличения размеров и массы несущих и силовых элементов.
К этому следует добавить, что рост размеров механических систем не безграничен, поскольку, как справедливо утверждали еще древние греки, "человек есть мера всех вещей", а размеры человека достаточно стабильны.
Значительное повышение сложности технических объектов происходит за счет создания электронно-механических систем с целью обеспечения выполнения более сложных функций техническим объектом и повышения уровня автоматизации его функционирования.
Основным материалом, из которого изготавливаются механические технические объекты, являются сплавы на основе железа. Масса железа, которое содержит Земля, 2067,7×1021кг.
С учетом приведенных выше данных можно подсчитать, что предельная сложность механической системы, которую можно создать в земных условиях без тяжелых последствий космического характера - это (1-2) ×1019 элементов.
Электронно-механическая система может иметь число элементов в диапазоне 1019 - 1030 элементов. Таким образом, прогноз А.И. Половинкина в части возможности в перспективе создания парадоксальных систем, по видимому не выполним. Наличие предела сложности технических систем, очевидно, будет оказывать все большее тормозящее влияние на технический прогресс по мере приближения к этому пределу.
Следует заметить, что наряду с техническими трудностями, возрастающими по мере усложнения технических систем и увеличения их масштабов, появляются тормозящие факторы экономического, экологического, политического характера. Так, фактором политического характера стало международное соглашение о запрещении ядерных испытаний. Другой пример - программы ПРО (противоракетной обороны). В 1968 г. американский инженер П. Глазер представил техническую разработку проекта космической электростанции, запускаемой на геостационарную орбиту. Масса такой станции мощностью 5 ГВТ составляет 18000Т, ориентировочная стоимость ее сооружения - до 35 млрд. долларов (дешевле, чем программа "Аполлон", завершившаяся высадкой человека на Луне). Конечно, осуществление такого проекта требует решения многих технических задач, требует международного сотрудничества. Но одной из главных проблем является экологическая, связанная с передачей энергии с электростанции на Землю с помощью СВЧ-пучка, что неминуемо скажется на качестве радиосвязи, а в какой-то зоне может воздействовать на центральную нервную систему людей.
Анализируя динамику информационных процессов, известный американский специалист в области информатики Дерек де Солла Прайс пришел к выводу, что через жизнь одного поколения прогресс науки остановится. Это тоже могло бы стать тормозящим фактором в развитии техники. Правда, с выводом Прайса трудно согласиться. Он противоречит сформулированному Ф. Энгельсом закону ускорения темпов развития науки, который гласит: "Наука растет, по меньшей мере, с такой же быстротой, как и население; население растет пропорционально численности последнего поколения, наука движется вперед пропорционально массе знаний, унаследованных ею от предшествующего поколения".
Поскольку прекращение прогресса в науке при современном ее значении привело бы к прекращению прогресса и в технике, вывод Прайса вступает в противоречие и с открытым К. Марксом законом постоянного развития техники, согласно которому техника развивается постоянно, только исключительные события могут на некоторое время затормозить ее развитие.
По видимому, более правильно говорить не о грядущем прекращении прогресса науки и техники, а о замедлении этого процесса, что означает завершение начавшейся в 40х годах ХХ в. Научно - технической революции и переход к очередному эволюционному этапу развития науки и техники.
Вот к таким серьезным выводам, на уровне философского обобщения, приводит анализ критерия сложности техники.
2.6 Прогнозирование значений показателей технического уровня проектируемой новой техники
Оценка показателей качества и, в частности, критериев развития полезна не только при определении технического уровня того или иного уже существующего технического объекта.
 |
Еще не так давно в отечественном химическом машиностроении было принято конструировать новую технику, закладывая в проектное задание характеристики, соответствующие лучшим мировым образцам аналогичной техники.
Цикл основания производства новых машин от начала их проектирования до выпуска первой серии длится, как правило, несколько лет.
За это время некогда лучшие мировые образцы успевают морально устареть и получается, что только что освоенная в производстве новая машина оказывается морально устаревшей, едва выйдя за ворота завода-изготовителя. Следовательно, для создания техники мирового уровня в проектном задании должны быть заложены не показатели уже существующих машин, даже лучших, а те значения, которых могут достигнуть эти показатели через несколько лет. Для этого нужно уметь прогнозировать значения показателей образцов техники, которые еще не существуют, но которые можно ожидать, изучив, как меняется тот или иной показатель по мере совершенствования данного вида техники на протяжении длительного периода времени.
В качестве примера в таблице 2.3 приведена динамика максимальной производительности колонн синтеза аммиака за время от их изобретения в 1910 г. до наших дней.
Таблица 2.3
Максимальная производительность колонн синтеза аммиака
| Год | Производительность, т/сут. | Год | Производительность, т/сут. |
| 1911 | 0,025 | 1966 | 170 |
| 1012 | 1 | 1970 | 200 |
| 1913 | 30 | 1980 | 1360 |
| 1944 | 40 | 1995 | 1650 |
| 1959 | 93 |
На рисунке приведен график, построенный по данным таблицы 2.3 Из него видно, что сначала мощность колонн возрастало экспоненциально, затем для дальнейшего увеличения производительности стало требоваться все больше времени и творческих усилий. Экспоненциальная функция превратилась в логистическую кривую (S - функции), экстраполяция которой позволяет прогнозировать с той или иной степенью точности не 5-10 лет вперед.
Прогнозирование показателей посредством экстраполяции функции, называемое статистическим прогнозированием, является наиболее старым и распространенным, но далеко не единственным методом прогнозирования.
Проблеме прогнозирования посвящена обширная литература.
Определенную сложность при прогнозировании показателей проектируемого технического объекта представляет сбор данных по показателям аналогичных технических объектов прошлых лет выпуска за достаточно длительный период, разных стран.
Для этого требуется изучение литературы, использование материалов технических архивов заводов-изготовителей и т.д. Кроме того, правильная интерпретация паспортных данных технического объекта обычно требует знания технических особенностей его использования. Покажем это на примере гидравлических вулканизационных четырехэтажных рамных прессов с электрическим нагревом плит, которые с 1963 г. выпускаются заводом "Тамбовполимермаш". Технические характеристики этих прессов приведены в таблице 2.4
Таблица 2.4
Технические данные четырехэтажных рамных гидравлических вулканизационных прессов с электрическим нагревом плит, с плитами 600´600мм
 Модель пресса Показатель | ВП 9024 М | 160-600-Э4 | 250-600-Э4 | 250-600-4Э | 250-600-4Э | 250-600-4Э | 250-600-4Э | 250-600-4Э | 250-600-4Э |
| Год выпуска | 1963 | 1974 | 1974 | 1980 | 1983 | 1987 | 1988 | 1990 | 1992 |
| Усилие, МН | 1,6 | 1,6 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 |
| Мощность электронагревателей, кВт | 12 | 15 | 18 | 15 | 20 | 35,9 | 20 | 37,5 | 37,5 |
| Мощность привода насоса, кВт | 2,8 | 5,2 | 5,2 | 7,5 | 8,5 | - | 7,5 | 4 | 4 |
| Длина пресса, мм | 1820 | 1988 | 1988 | 1895 | 1850 | 1850 | 1850 | 1850 | 1850 |
| Ширина пресса, мм | 2400 | 1420 | 1420 | 1420 | 1120 | 1120 | 1120 | 1120 | 1120 |
| Высота пресса, мм | 2600 | 2618 | 2618 | 2618 | 2675 | 2675 | 2675 | 2675 | 2675 |
| Масса пресса, кг | 4690 | 3600 | 4300 | 4250 | 4250 | 3794 | 3970 | 3800 | 4220 |
| Расстояние между плитами, мм | 120 | 125 | 125 | 125 | 125 | 125 | 125 | 125 | 125 |
| Максимальная температура плит, оС | 200 | 200 | 200 | 200 | 250 | 200 | 250 | 250 | |
| Время смыкания плит, с | 8,5 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | |
| Время размыкания плит, с | 8,5 | 5 | 5 | 5-10 | 6 | 5-10 | 5-10 | ||
| Продолжительность вулканизации, мин. | 2-60 | 2-60 | 2-60 | 2-60 | 2-60 | 2-60 | 2-60 | 2-60 | 2-60 |
| Давление на плиту, кг/см2 | 44,5 | 44,5 | 70 | 70 | 70 | 70 | 70 | 70 | 70 |
Приведенные в таблице 2.4 данные позволяют рассчитать ряд критериев, характеризующих технический уровень пресса.
Удельная материалоемкость:
,