Библиографическое описание:

Шадрин А. С. Идеальные объекты технических наук // Молодой ученый. — 2016. — №24. — С. 557-560.



The article discusses issues related to the construction of an ideal technical objects, which are structures consisting of perfect elements. Property and the relationship of these elements is carried out without taking into account the phenomena that complicate the work object, and the process taking place in the device corresponds to the ideal model of the workflow.

Keywords: engineering science, the ideal of technical objects, the physical process, the relationship of natural and applied Sciences.

Идеальные объекты технических наук являются основой технической теории, также как абстрактные объекты и их связи лежат в фундаменте теории естествознания [2].

Идеализация технических объектов опирается на введение ряда их характеристик и схематических изображений строения с учетом абстракций естествознания. При этом идеальный объект технической теории позволяет переходить от описания естественного процесса к описанию элементов устройства объектов, их функциональных и морфологических характеристик и наоборот — от описания элементов и их характеристик — к описанию естественного процесса. Иными словами, идеальная модель структуры, являющаяся основным типом идеального объекта технической теории, должна позволять увидеть естественнонаучные связи, теоретическое описание которых находит применение в технических науках [1].

Процесс построения идеальной модели технического объекта начинается с процедуры идеализации морфологических элементов и морфологических связей. Это определяется тем, что в морфологических элементах и морфологических связях проявляются только функционально необходимые свойства. Например, функция системы «цилиндр — поршень двигателя внутреннего сгорания» состоит в создании изменяющегося объема рабочего пространства. Поэтому в специальном схематическом изображении идеального объекта будут учитываться только их форма и размеры. Все другие, существенные для практики, особенности морфологической связи, которые обеспечивают скольжение поршня внутри цилиндра, оказываются несущественными при рассмотрении работы двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, в идеальной структуре морфологические связи представляются в виде условных обозначений, а не в виде реальных изображений, как это имеет место на каком-либо рисунке (эскизе). То же самое имеет место и с морфологическими элементами.

Результатом идеализации является такая идеальная структура, в которой представлены все основные функциональные и морфологические элементы строения объекта и основные связи величин, характеризующих объект. Основываясь на структурной модели, можно построить как самостоятельное любое из трех возможных изображений: функциональное, морфологическое или идеальную модель естественного процесса. При этом синтез функциональных и морфологических связей необходим для идеальной модели структуры, так как только в этом случае возможно для нее использовать знания о естественном процессе, который совершается в объекте, ибо идеализация технического объекта всегда выступает как идеализация совершающегося в нем процесса.

Можно выделить три этапа построения идеального объекта.

Первый состоит в том, что идеализируется, например, рабочий процесс в поршневом компрессоре, опирающийся на представление о функционировании элементов и функциональных связях между ними. Движение поршня в цилиндре сопровождается возникновением разрежения в процессе всасывания и избыточного давления при нагнетании. В термодинамическом смысле эти процессы не являются необходимыми. Они привнесены функционированием реальной предметной структуры, но они влияют непосредственно на термодинамические показатели объекта. Возможность идеализации процессов всасывания и нагнетания основывается на том, что разрежение и избыточное давление не являются принципиально необходимыми и их можно устранить путем конструктивных изменений.

Второй этап создания идеального объекта состоит в идеализации реальных морфологических связей в объекте. В идеале считается, что поршень компрессора может вплотную подойти к крышке цилиндра, и объем газа, заключенного в цилиндре, стремится к нулю.

Наконец, третий этап состоит в том, что в идеальном объекте должен происходить изотермический процесс (в этом случае затрачивается наименьшая работа), но это требование накладывает определенныеограничения на свойства элементов конструкции компрессора, в частности, стенки цилиндра должны обладать идеальной теплопроводностью, а окружающая среда иметь фиксированную постоянную температуру. В этом случае идеализируются физические свойства элементов структуры объекта.

Результатом построения идеального технического объекта является создание конструкции, состоящей из идеальных элементов. При этом комплекс свойств и взаимосвязей элементов таков, что свои взаимодействия они осуществляют без учета явлений, которые усложняют работу объекта, а процесс, происходящий в устройстве, соответствует идеальной модели рабочего процесса. То содержание, которое заключено в принципе действия устройства, оказывается в полной мере реализованным в модели устройства, а все элементы в комплексе выполняют только те функции, которые предопределены принципом действия.

Таким образом, идеальный технический объект и идеальная модель процесса тесно связаны друг с другом: в идеальном техническом объекте представлены структурные элементы, реализующие идеальный естественнонаучный процесс. Он может быть реализован только в идеальном техническом объекте, обладающем соответствующей структурой.

Структура идеального объекта формируется на уровне, характеризуемом понятием «способ действия». Все основные структурные элементы в этом случае представляются в обобщенном и идеализированном виде. Такой идеальный объект служит основой для построения теории определенного типа технических объектов. Всякие изменения в принципе и способе действия приводят к появлению новой идеальной модели и новой теории объекта [6].

Идеальная структурная модель технического объекта является не только основой построения теории технического объекта, но и служит фундаментом для осуществления конструкторской деятельности: в идеальной модели структурные элементы объекта представлены своими идеальными свойствами и задача конструктора состоит в том, чтобыреализовать в наибольшей степени эту совокупность свойств в элементах конструкции.

Идеальные свойства и связи элементов структуры объекта являются той целью, к достижению которой должен стремиться конструктор, подбирая материал, формы, способы сочленения элементов и др. В процессеконструкторско-проектировочной деятельности инженеру необходимотакже учитывать, что технические объекты разносторонне связаны с той социальной и предметной средой, в которой происходит их использование, т. е. необходимо принять во внимание экономические показатели, эстетические, эргономические, психологические факторы, воздействия на биосферу и другие социальные последствия осуществления того или иного технического проекта [4].

Не все социально-технические показатели объекта прямо соотносятся с его морфологическими характеристиками и его «естественным» содержанием. Непосредственно связаны с ними, прежде всего, технико- технологические показатели функционирования, выражаемые через естественнонаучные величины. Что же касается других характеристик социального функционирования, то некоторые из них могут сопоставляться со структурными показателями более или менее непосредственно, например, эстетические и инженерно-психологические особенности устройства. Другие же могут быть связаны с морфологическим содержанием объекта и естественнонаучным процессом, протекающим в нем опосредованно через техническое функционирование объекта [3].

Так, экономическая эффективность использования того или иного технического объекта определяется его технологическим функционированием с учетом затрат на его создание и эксплуатацию. Кроме того, машины изнашиваются, и мера их износа в единицу времени определяет меру увеличения стоимости продукта за счет прошлого труда, овеществленного в машине. Чем большее количество продукта, превращенного в товар, будет производиться в единицу времени на данном оборудовании, тем большийудельный вес в образовании стоимости будет иметь живой труд, тем больше будет прибавочная стоимость, тем эффективнее в экономическом отношении производство. Поскольку же производство продукта есть некоторый технологический процесс, то экономическая эффективность будет определяться технологической эффективностью [7,8].

Здесь следует заметить, что не всегда социально-экономические характеристики объекта можно напрямую связать с количественными оценками технологической функции. Так, например, при строительстве автострады необходимо иметь в виду многостороннюю оценку ее функционирования. Роль этого сооружения нельзя оценивать только величиной грузопотока, весом автотранспортных средств, прочностью покрытия и пр. Социальные последствия осуществления такого проекта иногда трудно в полной мере предугадать, так как оно является фактором, влияющим через ряд особых социальных механизмов на все стороны жизни населения той или иной территории (например, возникновение связи с новыми местами работы и обусловленный им приток или отток рабочей силы и пр.). Кроме того, автострада, безусловно, окажет влияние на биосферу, что, несомненно, отразится на жизни людей данного района, как в широком социальном смысле, так и в экономическом, в частности. Технические объекты включаются в социальную среду, прежде всего, своим техническим функционированием. Поэтому при проектировании весь комплекс социальных требований к объекту должен сводиться к ограничениям, накладываемым на габариты, вес, уровень шума, производительность и другие характеристики строения и действия технического объекта. Задание технико- технологических характеристик и есть конечная цель, достигаемая учетом социально-экономических факторов, обусловленных осуществлением технического объекта.

В связи с этим целесообразным является разделение всех показателей функционирования технических объектов на две подгруппы: одна представляет совокупность технико-технологических, вторая — совокупностьсоциально-экономических показателей Первая подгруппа является доминирующей в том смысле, что к значениям ее характеристик сводится, в конечном счете, вся совокупность социально-экономических требований. Следует отметить, что по внешней форме технико-технологическое описание объекта аналогично естественнонаучному. В естественнонаучном описании выделяется набор естественнонаучных величин и связей между ними; техническое описание также представляет собой набор только технических величин и взаимосвязей между ними. Принципиальное различие между тем и другим заключается в следующем. Если естественнонаучное описание раскрывает содержание естественнонаучного (физического, химического и пр.) процесса безотносительно к функционированию объекта, то техническое описание особым образом отражает его процесс функционирования. Набор технических величин и их взаимосвязей определяется целевыми назначениями объекта. Изменение способа его функционирования приведет к изменению технических величин, описывающих функционирование, взаимосвязи между ними.

При этом существование взаимосвязи технических и естественнонаучных величин можно представить следующим образом. Технический объект при его естественнонаучном описании представляется как совокупность, например, неких «физических контуров», пересекающихся и связанных друг с другом. Такое «пересечение» задается структурой и функционированием объекта. Каждая цепь характеризуется совокупностью показателей, связанных друг с другом закономерной связью (например, магнитная и электрическая цепи электродвигателя). При техническом описании могут быть выделены величины, относящиеся к различным цепям и выступающие (порознь или во взаимосвязи) как технико-технологические параметры, поскольку их выделение осуществлено в связи с описанием процесса функционирования объекта, но не в связи с описанием физического процесса. Взаимосвязь таких величин оказывается опосредованной, осуществленной, чаще всего, через несколько взаимодействующих физических целей. Поэтому она далеко не всегда может быть выражена аналитически, и на практике, зачастую, пользуются графиками, таблицами, построенными по результатам, полученным экспериментально [5].

Взаимосвязь величин в технико-технологическом описании, хотя она и является причинно обусловленной, законом природы не является. Эта связь возникает только в устройствах данного типа как результат пересечения целого ряда естественнонаучных законов и выступает как техническая характеристика объекта. Тогда становится понятным то, что отдельные технические величины войдут, например, в «физические» уравнения тех или иных цепей и их взаимосвязей, если осуществить конкретизацию описания процессов до соответствующего уровня. Примером, иллюстрирующим высказанные соображения, может служить такой технический объект, как генератор переменного тока. При физическом анализе процессов, в нем совершающихся, можно выделить две цепи: а) магнитную, процессы, происходящие в ней, описываются с помощью уравнений Ф=ВS, где Ф — величина магнитного потока; В — величина магнитной индукции; а S — площадь, которую пронизывает магнитный поток; В=µН, где Н — напряженность магнитного поля в вакууме, µ — относительная магнитная проницаемость; б) электрическую цепь, описываемую уравнениемE= где Е — электродвижущая сила на зажимах генератора I — величина тока в обмотках статора генератора - активные сопротивления обмоток статора. Взаимосвязь названных цепей выражается законом электромагнитной индукции (величина электродвижущей силы, индуцируемой в каждом витке обмотки статора генератора е — пропорциональна скорости изменения величины магнитного потока ) [6].

При техническом описании объекта можно выделить ряд физических величин, выступающих как технические параметры, относящихся к различным цепям, например, ток возбуждения , напряжение на зажимах U, ток нагрузки . Для рассматриваемого объекта оказывается чрезвычайно важным установление зависимости от при U= const. Отметим, что и есть величины, относящиеся к разным цепям. Их взаимосвязь, выступающая как техническая характеристика, имеет место лишь в устройствах данного типа. Она опосредована рядом промежуточных звеньев, некоторые из них являются нелинейными цепями, поэтому точное аналитическое выражение этой связи, зачастую, трудно составить. Поэтому используется либо приближенное аналитическое выражение, либо снятая экспериментально и построенная графически зависимость. Эти же величины и войдут в физическое описание магнитной и электрической цепей машин. Тем самым вскрывается зависимость их как технических параметров, так и других физических величин, встречающихся в физическом описании объекта.

Литература:

1. Материаловедение и машиностроение [Текст]: учеб. для бакалавров / А. М. Адскин, Ю. Е. Седов, А. К. Онегин, В. Н. Климов. — М.: Юрайт, 2013. — 535 с.

2. Рузавин, Г. И. Концепции современного естествознания [Текст]: учеб. пособие / Г. И. Рузавин. — М.: Гардарики, 2009. — 303 с.

3. Сидоров, О. В. Методические рекомендации для проведения лабораторного практикума по обработке конструкционных материалов методом электроискровой, ультразвуковой обработки и поверхностной закалки металлов токами высокой частоты [Текст] / О. В. Сидоров, А. С. Тихонов. Учебно-методическое пособие. Ишим: Изд-во ИПИ им. П. П. Ершова, 2003. — 40 с.

4. Сидоров, О. В. Проектирование технических объектов как средство развития технического мышления учителей технологии [Текст] / О. В. Сидоров в сборнике: Технологическое образование в инновационно-технологическом развитии экономики страны. Материалы XX Международной конференции по проблемам технологического образования. //Под ред.Ю. Л. Хотунцева. — М., 2014. — С. 352–356.

5. Симоненко, В. Д. Естественнонаучные основы технологической подготовки школьников [Текст] / В. Д. Симоненко, А. С. Тихонов. — Брянск: Изд-во Брянского государственного университета, 2002. — 227 с.

6. Тихонов, А. С. Естествознание и техника: методологический аспект [Текст] / А. С. Тихонов, О. В. Сидоров // Вестник Ишим. гос. пед. ин-та им. П. П. Ершова. — 2012. — № 4 (4). — С.58–64.

7. Установка для исследования термической обработки металлов и сплавов токами высокой частоты / О. В. Сидоров, А. С. Тихонов, А. Н. Ростовцев. Патент на полезную модель RUS 93538 14.12.2009 г.

8. Учебно-лабораторная установка для исследования процесса обработки токопроводящих материалов в жидких средах с помощьювысокочастотного электроискрового разряда / О. В. Сидоров, А. С. Тихонов, А. Н. Ростовцев. Патент на полезную модель RUS 102 122 02.07.2010 г.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle