1.2Класифікація технічних моделей
Моделі, вживані в техніці в даний час, можна розділити на три типи.
Перший тип - геометрично подібні. Вони дають зовнішнє представлення натури і переважно служать для демонстраційних цілей: показують форму, принцип дії, взаємне розташування частин, процес збірки і розбирання, компоновку об'єкту. Прикладами геометричних моделей можуть служити макети машин і архітектурних споруд демонстраційні схеми технологічних процесів, моделі-макети як форма об'ємного проектування в будівництві. Геометричні (або просторово подібні) моделі широко застосовують в навчанні. Особливо важлива їх роль в політехнічній освіті, при ознайомленні школярів з різними видами виробництва, бачити які своїми очима учні не завжди мають можливості. З багатьма провідними видами виробництва школярам доводиться знайомитися тільки по книгах, журналах, малюнках, кресленнях, тобто користуватися образно-знаковими, ідеальними моделями. Проте по ним учні не завжди можуть достатньо ясно уявити собі внутрішній устрій машин і інших установок і тим більше познайомитися з ними в розібраному вигляді. Крім того, приведений на площинних зображеннях цілий ряд технічних подробиць і деталей нерідко затінює суть справи.
Для того, щоб зрозуміти і засвоїти цю суть, уловити загальні, принципи в роботі різних технічних пристроїв, разом з площинними графічними матеріалами використовують розбірні спрощені моделі-схеми. Це як би просторові матеріалізовані креслення, що ілюструють технічну суть установки і її внутрішній устрій.
Моделі-схеми, звичайно, відрізняються від моделей в музеях і на виставках - трудомістких і складних, а нерідко і дорогих споруд, які звичайно обгороджені леєрами і які всіляко оберігають від зіткнення з відвідувачами. Такі моделі-схеми можна розбирати і збирати, з ними можна працювати як з навчальним посібником, вивчаючи принципи пристрою даної установки. Подібні моделі дають яскраве, образне уявлення про дійсний об'єкт і в той же час вони схемні - в них немає технологічних деталей, подробиць, що не відносяться до суті справи. Така, наприклад, розбірна модель токарного верстата або трактора, виготовлених виключно з учбовою метою, модель доменної печі, що складається з частин, що легко відокремлюються, двигуна автомобіля і ін.
Останніми роками в будівництві, архітектурі і деяких інших видах людської діяльності широкого поширення набув модельно-макетний метод проектування. На макетах завчасно відпрацьовуються конструкції будівель і споруд, їх планування, зокрема розстановка устаткування в цехах підприємств, тваринницьких комплексах і ін. Разом з тим цей метод проектування впродовж десятиліть активно застосовується в технічній творчості школярів, є одним з популярних видів познавательно-преобразовательной діяльності дітей і підлітків, що виражається в проектуванні і конструюванні моделей уявних об'єктів - космічних кораблів і океанських супертанкерів, житлових будівель, спортивних, промислових і сільськогосподарських комплексів, надшвидкісних автомобілів і т.п.
Як правило, просторово подібна або геометрична модель є об'єктом, геометрично подібним своєму прототипу. При цьому матеріал, з якого зроблена модель, не має істотного значення і визначається міркуваннями зручності виготовлення і збереження виробу. Наприклад, при споруді настільної (стендової) моделі-копії корабля абсолютно байдуже, з чого буде зроблений її корпус: виструганий або набраний з дерева, відлив з епоксидної смоли або з гіпсу. Призначення такої моделі - відобразити, відтворити лише зовнішній вигляд, тобто геометричні пропорції і забарвлення того або іншого корабля, а не його гидро- або аеродинамічні, а також інші фізичні якості.
Геометрична подібність є, таким чином, основною вимогою, що пред'являється до просторових моделей. Просторово подібна модель відображає прототип не у всьому різноманітті його властивостей, не в будь-яких якісних межах, а у межах чисто просторових. У цьому виявляється певна обмеженість геометричних моделей, що значно знижує цінність висновків, що одержуються з їх допомогою.
Другий тип технічних моделей - фізично подібні, такі, що мають в сучасній техніці набагато більше значення, ніж просторово подібні. Їх створюють з метою відтворити не тільки і не стільки просторові властивості натурного об'єкту, скільки динаміку процесів, що вивчаються, різного роду залежності і закономірні зв'язки, структури і, отже, величини, параметри і інші характеристики, що виражають різний зміст і суть явищ, що вивчаються. Основою модельного відношення є тут фізична подібність моделі і прототипу, що припускає подібність або схожість їх фізичної природи і тотожність законів руху. Відношення таких моделей до прототипу, що відображається, може виражатися лише зміною просторової або тимчасової шкали. Наприклад, класичні досліди з моделями, що міцно увійшли до світової історії техніки, експериментів, що проводяться у наш час з моделями літаків, ракет, автомобілів, підводних човнів, дамб і інших машин і споруд. Все це приклади моделей, заснованих на зміні просторової або тимчасової шкали.
При фізичному моделюванні передбачається, що модель і прототип є об'єкти однакової фізичної природи тобто рух рідини моделюється рухом рідини, електричний струм - електричним же струмом, політ літака - польотом його моделі. Проте цілком можливо моделювати явище однієї природи явищем зовсім іншої природи. Наприклад, перебіг рідини - струмом, рух води в пісках - теплопередачей, форму і рух стоячих хвиль, що біжать, - переміщенням кульок хвилевої машини, добре відомої школярам по уроках фізики, систему розрізнення кольорів в органах зору живого організму - електронним персептроном. Аналогія має ряд рис, що відрізняють її від моделей. Відмічено, що метод моделювання, заснований на дослідах з моделями однієї фізичної природи із зразком, володіє істотними недоліками, а іноді абсолютно непридатний. Недоліки цього методу полягають перш за все в тому, що вартість експериментальних моделей буває деколи досить велика, а, головне, методи вимірювання шуканих величин переважно грубі, неточні і спотворюють явище, що вивчається. Ці недоліки долаються в аналогіях. Вважається, що дві системи є аналогічними, якщо є однозначна відповідність між кожним елементом цих систем, а також між функціями обурення і реакціями цих елементів і всієї системи в цілому. Аналогією подібного типа володіє масштабна модель, в якій відтворюється кожен елемент прототипу, але в змінених розмірах. Тоншим типом аналогії є аналогія між системами, що належать до двох абсолютно різним фізичним категоріям. Аналогія між такими системами часто виражається як подібність між рівняннями, що характеризують ці системи.
Третій тип технічних моделей - функціонально подібні.
У творчості школярів цей вид моделювання застосовується головним чином в конструюванні і споруді пристроїв, що імітують спосіб пересування або поведінки живих істот. Для ефективності таким пристроям нерідко надається форма, зовнішній вигляд тварин, комах і навіть людини, Це всілякі електромеханічні і електронні саморушні "черепахи", "гусениці", "сонечка" і ін., "здатні" обходити перешкоди, реагувати на звук, світло. До їх числа можна віднести антропоподобних роботів, що будуються в деяких кухлях, а також пристрої, що моделюють органи зору, слуху, пам'яті. Всі ці пристрої, природно, не володіють однаковою з прототипом фізичною природою, не зберігають фізичної подібності, хоча можуть мати і деяка зовнішня (геометричне) схожість. В даному випадку відношення між моделлю і прототипом є відношенням аналогії. Ця аналогія може бути структурною або функціональною.
Як вже наголошувалося, поведінка систем, різних по своїй фізичній природі (по конкретних фізичних, хімічних, біологічних властивостях), але схожих по якихось більш загальних законах будови або функціонування, математично може бути описано однаково. За цією ознакою і згадані нами вище за модель юних техніків до певної міри можуть бути зараховані" до "математичних".
При споруді спортивних моделей мі прагнемо до того, щоб вони розвивали велику швидкість, були маневренни, могли переміщатися на максимальну відстань і т.п. Спортивні моделі можуть бути кордовими, трассовимі, що з дистанційним управлінням і вільно переміщаються. Останнім часом, з метою підвищення ролі пошукової діяльності в технічній творчості, виготовляють так звані експериментальні моделі, що містять які-небудь нові рішення.Відповідно до Єдиної всесоюзної спортивної класифікації в даний час визначені наступні класи спортивних моделей: авіамоделі - моделі з поршневим двигуном, що вільно літають (планер, резино-моторна, таймерна), кордові, керовані по радіо, моделі-копії; моделі ракет - висотні моделі, "моделі на тривалість спуску (із стрічкою і на парашуті), моделі ракетопланів, моделі-копії; моделі автомобілів - гоночні моделі, моделі з двигунами внутрішнього згорання, моделі з повітряним гвинтом, швидкісні керовані по радіо моделі з двигуном внутрішнього згорання, моделі-копії з електродвигуном; моделі кораблів - самохідні моделі військових кораблів з механічним двигуном, моделі цивільних суден з механічним двигуном, самохідні моделі вільного класу, швидкісні керовані моделі фігурного курсу, швидкісні керовані, швидкісні кордові моделі, моделі підводних човнів з механічним двигуном, швидкісні керовані моделі групових гонок.Серед спортивних моделей останнім часом великий авторитет завоювали трассовиє автомоделі. Вони прості по пристрою, невимагають дорогого устаткування і матеріалів. Не складна і технологія їх виготовлення. Змагання по трассовому моделізму проходять захоплююче, що привертає учнів.Якщо модель відображає основні ознаки і властивості не одного прототипу, а всього класу представлених машин, механіз- мов, вузлів, то її називають узагальненою (наприклад, модель диференціала, гвинтової передачі і ін.). Крім того, моделі можуть бути динамічними (що діють) і статичними (що не діють).Особливу групу технічних моделей складають тренажери. У них органічно поєднуються елементи моделювання з елементами реальної техніки (приладами, механізмами і т. д.). Тренажери застосовують для формування навиків управління різними машинами. Тому вони створюються так, щоб водію, льотчику, оператору створити умови, максимально наближені до реальних.