В.М. Бродянский, Ю.М. Синявский.
Основы методики проектирования криогенных установок
2.4. Инженерный анализ и принятие решения
Инженерный анализ – процесс всестороннего критического рассмотрения научно-технической идеи (или идей), выработанной (или выработанных) на предыдущем этапе работы. Предварительный критический анализ по существу начинается при выборе пути решения и продолжается при формировании идеи, но носит вспомогательный, предварительный характер, помогая только отсекать неперспективные направления. Настоящий изобретатель всегда подвергает любую возникшую в его голове идею «сокращенному» инженерному анализу и тут же отвергает ее целиком или частично, если она его не выдерживает. Однако самое трудное испытание идеи наступает лишь тогда, когда она уже отработана и прошла все предварительные проверки.
Процесс инженерного анализа по своему характеру противоположен процессу создания идеи. Чтобы выдать идею, нужны подъем, озарение, вдохновение, умение абстрагироваться от возможных препятствий; при анализе, напротив, главное – холодная точная оценка, исключающая какие-либо эмоциональные влияния. Для этого, так же, как и для изобретательства, нужны люди, обладающие специфическими критическими способностями и высокой квалификацией. Особенно такая способность необходима для руководителей. Идея только тогда может считаться пригодной для реализа¬ции, когда она прошла полноценный инженерный анализ. Ошибка в его выводах (как в сторону переоценки, так и недооценки) может привести к неверному решению и тем самым принести большой вред.
Инженерный анализ в общем случае представляет собой достаточно сложный многостадийный процесс [Конечно, сложность инженерного анализа определяется сложностью решаемой технической задачи. В ряде случаев определенные этапы лаза могут быть сокращены или исключены полностью.], предъявляющий к производящим его инженерам высокие требования
Первая стадия инженерного анализа состоит в определении его вида и объема в данном конкретном случае, т.е. ответов на вопросы, какие именно количественные характеристики будущего технического объекта должны быть получены, какова должна быть их точность, с чем и как они будут сопоставляться. Количество этих характеристик должно быть достаточно для надежной количественной оценки нового технического объекта, создаваемого на основе анализируемой идеи, и сравнения его с другими возможными альтернативными решениями. Пусть, например, создается новый криорефрижератор на основе магнито-калорического эффекта для использования на летательном аппарате. Очевидно, что в результате инженерного анализа этой идеи нужно знать возможный КПД рефрижератора при заданных Т0 и Тос, массовые и объемные характеристики при заданной холодопроизводительности, вид источников питания, требования к системе отвода тепла при Тос, пусковой период, надежность, ресурс.
Вторая стадия инженерного анализа – построение модели (или моделей), необходимой для того, чтобы, используя всю имеющуюся информацию и научные методы, получить данные, признанные необходимыми на первой стадии. Такая модель может быть как физической (экспериментальная установка), так и математической (аналитической, численной), позволяющей получить нужные данные расчетным путем.
В нашем примере требуется физическая модель, так как многие физические данные рабочих тел, необходимые для построения модели, отсутствуют и могут быть получены только экспериментально.
Во всех случаях модель (или модели) должна позволит получить достоверные количественные данные в нужном объеме и с достаточной точностью. Вместе с тем модель должна быть достаточно простой, чтобы изготовить ее в обозримый срок с приемлемыми затратами и получить результаты к нужному времени. Если объект очень сложен, можно использовать его декомпозицию – разделение на отдельные подсистемы с целью снижения размерности задачи.
При построении модели любого вида всегда необходима некоторая идеализация реального объекта. Уровень этой идеализации применительно к системам преобразования энергии, в том числе и криогенным, определяется тем, какие виды собственных и технических потерь нужно учитывать [9]. Могут применяться такие абстракции, как адиабатная изоляция, идеальный газ, изотермическая поверхность, канал, в котором отсутствует гидравлическое сопротивление, различные аппроксимирующие зависимости и т. д.
Третья стадия – обработка результатов, полученных на моделях, связана с соответствующими вычислениями и приведением информации к виду, удобному для использования. Каждый результат должен быть тщательно и всесторонне проверен; без этого его дальнейшее использование недопустимо.
Четвертая стадия – оптимизация — необходима для того, чтобы поставить объект исследования в условия, позволяющие определить его наилучшие показатели («выжать» из него все возможное). Без этого результат оценки может оказаться неверным, так как сразу найти оптимальные условия работы ,системы не всегда удается.
Пятая, последняя стадия — обобщение результатов и выдача рекомендаций. Обычно такие рекомендации не дают окончательного решения. Обобщение результатов дает несколько возможных решений с оценкой плюсов и минусов каждого из них. Это объясняется многофакторностью, свойственной вообще всем инженерным задачам, когда к техническому объекту одновременно предъявляются требования, противоречащие одно другому. Поэтому окончательное решение всегда носит компромиссный характер.
Принятие решения – это акт, который в конечном счете должен подвести итог всем предыдущим стадиям проектирования и определить направление всех последующих вплоть до выдачи готового изделия. Важность и трудность принятия решения хорошо видны из оригинального определения процесса проектирования, данного А. Азимовым: «принятие решений в условиях неопределенности с тяжелыми последствиями в случае ошибки».
Может возникнуть вопрос, откуда взялись «условия неопределенности», когда принятию решения предшествовал тщательный проведенный на научном уровне инженерный анализ?
Дело в том, что при всей глубине и основательности возможности инженерного анализа все же ограничены.
Инженерный анализ всегда основан на модели, которая, как уже указывалось, неизбежно идеализирована и в принципе не может учесть все связи и факторы, определяющие поведение реального объекта.
Влияние даже тех факторов, которые учитываются в модели, не всегда может быть отражено полностью, так как объем информации о них (особенно для новых материалов и методов) всегда неполон. Например, для ферромагнетиков, нужных в магнитокалорической системе, нет полного объема данных о тепловых, магнитных, механических, электрических и других нужных свойствах; поэтому модель строится в условиях неполной информации.
Всякое решение в проектировании обязательно связано с прогнозированием, которое неизбежно носит вероятностный характер. Ко времени окончания работ над технические объектом могут измениться требования к нему (например, из-за изменения свойств или конструкции объекта, который он должен обслуживать); появиться новые явления и идеи, которые позволят решить задачу лучше; оказаться дефицитным необходимый материал или появиться новый, из-за которого нужно пересмотреть конструкцию или технологию, и т.д.
Поэтому принятие решения требует широкого кругозора, умения системно мыслить (в частности, применять различные методы оценки качества – квалиметрию), хорошо представлять тенденции развития всей отрасли техники. Кроме этого, принятие решения требует определенных психологических качеств – чувства ответственности, волевых и даже определенной смелости. Ведь несмотря на коллективность работы, многочисленные обсуждения, несет единоличную ответственность все же руководитель.
Важно еще отметить, что отмена принятого решения возможна и целесообразна только в исключительных случаях: она ведет к серьезным издержкам как материального, так и социального плана. Эти издержки тем больше, чем дальше зашла работа на последующих этапах проектирования и производства.
Следующая страница: 2.5. Управление разработкой технического объекта
| 