В.М. Бродянский, Ю.М. Синявский.
Основы методики проектирования криогенных установок

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ОСНОВЫ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ 1.1. Задачи проектирования

При описании работ по созданию новых технических объектов оперируют тремя основными понятиями: «техническая система», «проектирование» и «конструирование». Поскольку неточности в определении этик очень важных понятий, иногда еще встречающиеся в литературе, могут затруднить изучение курса, рассмотрим их содержание.

Техническая система - теоретическая модель реального технического объекта, отражающая с той или иной степенью идеализации совокупность множества входящих в него элементов и связей между ними. Операция абстрагирования – представление сложных реальных технических (т. е. искусственно созданных человеком в результате целенаправленной деятельности) объектов служит основой для их создания и научного исследования. Действительно, прежде чем изготовить какой-либо реальный объект – установку, машину, аппарат и т. д., необходимо создать его соответствующую абстрактную модель – техническую систему, существующую в чертежах, схемах, технических условиях и другой технической документации. [Иногда для упрощения технической системой называют сам реальный технический объект. ]

Проектирование (точнее техническое проектирование) – это комплекс работ, направленных на создание какой-либо технической системы с целью выпуска на ее основе реального объекта. Проектирование включает все работы, начиная от поисков идеи, которая будет положена в основу инженерного решения, разработку технологической схемы, конструирование, решение технологических вопросов изготовления, выпуск документации и кончая испытаниями образцов и подготовкой основного производства.

Образно говоря, проектирование – это путь «от идеи до машины». В строительстве термин «проектирование» используется в более узком смысле, только как процесс разработки технической документации на строительство зданий и сооружений, цехов, заводов, дорог, нефтепроводов, линий электропередачи и т.д. на основе имеющихся технологий и оборудования.

Необходимая черта всякого проектирования – умение предвидеть, смотреть вперед с тем, чтобы к моменту выпуска нового изделия оно отвечало уровню (или еще лучше – выше уровня) требований научно-технического прогресса; термин «проектирование» хорошо отражает это. Он происходит от латинского слова projectus – «брошенный вперед». Можно привести еще два определения проектирования. Эти определения не могут претендовать на полноту, но дают хорошее представление о его общем направлении. Одно из них: «Проектирование – это вдохновенный прыжок от фактов настоящего к возможностям будущего» (Дж. Пейдж, Англия); второе: «Проектирование – это творческая деятельности, которая вызывает к жизни нечто новое и полезное, что ранее не существовало» (Дж. Рисуик, США).

Конструирование – часть проектирования, в процессе которой создается техническая документация, позволяющая реализовать технический объект с соблюдением всех требований технологии его изготовления. Другими словами конструирование – это основа воплощения технической системы в материал (раньше говорили «в металл»; теперь с расширением круга материалов такая терминология устарела). Термин «конструирование» происходит от латинского слова constructio – «строить, воплощать».

В зависимости от вида технической системы стадия конструирования может занимать большее или меньшее место в процессе проектирования. Наибольшую, определяющую роль стадия конструирования играет в отраслях машиностроения, связанных в основном с механикой (станкостроение, транспортное и сельскохозяйственное машиностроение, строительство
и т. д.).

В тех отраслях, где главную роль играют процессы, связанные с тепловыми и химическими взаимодействиями (теплоэнергетика, химия, металлургия, техника низких температур), доля конструирования в общем процессе проектирования несколько меньше, хотя достаточно велика. Здесь этапу конструирования предшествует не только отбор идей, которые лягут впоследствии в основу системы, но и разработка, расчет и оптимизация параметров технологической схемы. Только после этого начинается конструкторская проработка и решение вопросов технологии изготовления. В конце этих этапов документация на техническую систему приобретает более или менее законченный вид; однако завершение ее оформления возможно только после учета дополнений и изменений, вносимых на основе доводок и испытаний опытного (или даже нескольких образцов) проектируемого технического объекта. При этом должно быть получено значительное улучшение (по сравнению с объектами, существовавшими ранее) технических и экономических показателей, обеспечивающих соответствие нового технического объекта современному уровню мировой техники.

Таким образом, задача проектирования сводится к созданию современной технической системы с полной технической документацией, позволяющей освоить промышленный выпуск технического объекта в виде вполне отработанного изделия.

Проектирование – не изолированный процесс; его ход и результаты, как и развитие техники в целом, определяется многочисленными внешними связями. Виды этих связей схематически представлены на рис. 1.1. Прежде всего следует отметить непосредственное влияние на техническое проектирование всех трех направлений науки: естественных, технических и общественных, особенно возросшее в эпоху научно-технической революции.

Естественные науки дают основу для технического проектирования; каждое новое открытие в области теоретической прикладной физики, химии, биологии дает основу проектирования новых, более совершенных технических объектов и радикального совершенствования существующих.

Рис. 1.1. «Внешние» связи процесса проектирования.

Технические науки, изучающие искусственные объекты и явления, свойственные этим объектам, приобретают все более важное значение в связи со стремительным ростом и усложнением «второй природы», создаваемой человеком. Занимая промежуточное положение между естественными науками и техникой, они непосредственно обеспечивают нужды технического проектирования; техническое знание служит основой проектирования.

Роль общественных наук в проектировании определяется тем фактом, что любой технический объект проектируется для общества, для удовлетворения его нужд. Поэтому выводы не только таких прикладных общественных наук, как социология, но и таких, как, например, политическая экономия, оказывают существенное влияние на весь ход проектирования.

Не меньше влияет на техническое проектирование уровень образования, связанный, естественно, с развитием науки. Как показывает практика, есть непосредственная прямая зависимость; чем выше уровень образования, в частности инженерного, тем выше уровень техники, а следовательно, и проектирования.

Хозяйственная и техническая политика государства определяет главные направления технического прогресса. В условиях социализма эта работа ведется на научной основе, что обеспечивает наиболее рациональное распределение ресурсов всех видов между различными отраслями и организацию комплексных работ по крупным узловым программам (например, космические исследования, атомная энергетика, охрана окружающей среды и т.д.). С этим неразрывно связано и международное разделение труда (в социалистическом лагере между странами СЭВ), позволяющее в каждой стране сосредоточить силы на тех отраслях техники, которые в наибольшей степени соответствуют возможностям их экономики, направлениям научного развития, сырьевым ресурсам и национальным традициям. Согласно этому в каждой стране ориентируются и процессы технического проектирования. В условиях, когда общественная формация не соответствует уровню развития производительных сил, политика государства может, напротив, тормозить проектирование и изготовление новой техники.

Возможности производства так же, как и уровень его технологии, непосредственно определяют решения, принимаемые при проектировании. Техническая система должна быть спроектирована так, чтобы её можно было (при соблюдении экономических требований) превратить в готовое изделие. Вместе с тем проектирование не должно идти на поводу у производства, приспосабливаясь к его ограниченным технологическим возможностям и узким местам. Проектирование само влияет на технологию и его постоянно растущие запросы, в свою очередь оказывают мощное стимулирующее влияние на ее развитие. Тем не менее в истории техники известны многие случаи, когда ограниченные возможности технологий задерживали проектирование и внедрение новой техники (например, машина Стирлинга).

Воздействие искусства на техническое проектирование идет в основном через техническую эстетику, позволяющую придать техническому объекту вид и форму, соответствующие современным понятиям о красоте и гармонии. Однако связь между формой изделия и его функцией лежит глубже. Совершенно правильное положение о том, что «некрасивая машина не может хорошо работать», показывает, что хороший инженер-проектировщик всегда чувствует внутреннюю логичность, красоту в гармонию схемы, чертежа, расчета и в конечном счете создаваемого технического объекта в целом. Только в этом случае он и возглавляемый им коллектив смогут спроектировать техническую систему высокого класса.

Следующая страница: 1.2. Традиционные и современные методы проектирования