|
Реферат: Смерч (Безопасность жизнедеятельности)
Министерство образования
Российской Федерации
Саратовский Государственный университет
имени Н.Г. Чернышевского
Реферат на тему:
Смерч
Выполнил студент
2 курса, группы физической
географии
географического факультета
Аникин Илья
Саратов 2001
Смерч – одно из жестоких, разрушительных явлений природы. По мнению
В.В. Кушина, смерч - это не ветер, а скрученный в тонкостенную трубу
«хобот» дождя, который вращается вокруг оси со скоростью 300-500 км/ч. За
счет центробежных сил внутри трубы создается разряжение, и давление падает
до 0,3 атм. Если стенка «хобота» воронки рвется, наткнувшись на
препятствие, то внутрь воронки врывается наружный воздух. Перепад давлений
0,5 атм. разгоняет вторичный воздушный поток до скоростей 330 м/с (1200
км/ч) и более, т.е. до сверхзвуковых скоростей. Смерчи образуются при
неустойчивом состоянии атмосферы, когда воздух в верхних слоях очень
холодный, а в нижних тёплый. Происходит интенсивный воздухообмен,
сопровождаемый образованием вихря огромной силы.
Возникают такие вихри в мощных грозовых облаках и часто сопровождаются
грозой, дождём, градом. Очевидно, нельзя сказать, что смерчи возникают в
каждом грозовом облаке. Как правело, это происходит на гране фронтов – в
переходной зоне между тёплой и холодной воздушными массами. Прогнозировать
смерчи пока не удаётся, и поэтому их появление бывает неожиданным.
Смерч живёт недолго, так как довольно скоро холодная и тёплая
воздушные массы перемешиваются, и таким образом поддерживающая его причина
исчезает. Однако даже за непродолжительный период своей жизни смерч может
произвести огромные разрушения.
Физическая природа смерча очень разнообразна. С точки зрения физика-
метеоролога - это скрученный дождь, неизвестная ранее форма существования
осадков. Для физика-механика - это необычная форма вихря, а именно:
двухслойный вихрь с воздушно-водяными стенками и резким различием скоростей
и плотностей обоих слоев. Для физика-теплотехника смерч - это гигантская
гравитационно-тепловая машина огромной мощности; в ней мощные воздушные
потоки создаются и поддерживаются за счет теплоты фазового перехода вода-
лед, которая выделяется водой, захваченной смерчем из любого естественного
водоема, когда она попадает в верхние слои тропосферы.
До сих пор смерч не спешит раскрывать и другие свои тайны. Так, нет
ответов на многие вопросы. Что представляет собой воронка смерча? Что
придает ее стенкам сильное вращение и огромную разрушительную силу? Почему
смерч устойчив?
Исследовать смерч не просто трудно, но и опасно - при непосредственном
контакте он уничтожает не только измерительную аппаратуру, но и
наблюдателя.
Сопоставляя описания смерчей (торнадо) прошлого и нынешнего столетий в
России и других странах, можно видеть, что они развиваются и живут по
одинаковым законам, но эти законы до конца не выяснены и поведение смерча
кажется непредсказуемым.
Во время прохождения смерчей естественно все прячутся, бегут, и людям
не до наблюдений, а тем более измерений параметров смерчей. То немногое о
внутреннем строении воронки, что удалось узнать, связано с тем, что смерч,
отрываясь от земли, проходил над головами людей, и тогда можно было видеть,
что смерч представляет собой огромный пустотелый цилиндр, ярко освещенный
внутри блеском молний. Изнутри раздается оглушительный рев и жужжание.
Считается, что скорость ветра в стенках смерча доходит до звуковой.
Немногочисленные статистические данные, которые известны о смерчах,
сведены в таблице.
Ориентировочные параметры смерчей
|Измеряемая величина |Минимальное |Максимальное |
| |значение |значение |
|Высота видимой части смерча |10-100 м |1,5-2 км |
|Диаметр у земли |1-10 м |1,5-2 км |
|Диаметр у облака |1 км |1,5-2 км |
|Линейная скорость стенок |20-30 м/с |100-300 м/с |
|Толщина стенок |3 м |- |
|Пиковая мощность за 100 с |30 ГВт |- |
|Длительность существования |1-10 мин |5 час. |
|Путь |10-100 м |500 км |
|Площадь разрушения |10-100 м2 |400 км2 |
|Максимальная масса поднятых |- |300 т |
|предметов | | |
|Скорость перемещения |0 |150 км/ч |
|Давление внутри смерча |< 0,4-0,5 атм|- |
Теория смерча была разработана на основании достоверного утверждения,
что воронка смерча всегда приходит на землю сверху, а «ослабев», вновь
поднимается наверх. Значит вес воронки должен быть больше веса вытесненного
ею воздуха, т.е. по закону Архимеда она будет «падать». Тяжелее воздуха в
атмосфере может быть только воздух, насыщенный водой и/или льдом. Поэтому
правдоподобным будет предположение, что воронка смерча представляет собой
вращающийся поток дождя и града, свернутый в спираль в виде относительно
тонкой стенки. Содержание воды в стенках воронки должно по массе во много
раз превосходить содержание там воздуха. Если плотность сухого воздуха
составляет 1,3-1,4 кг/м3, то плотность воздуха, содержащего воду и лед
внутри стенок смерча, может составлять 50 и более кг/м3.
Если воронка смерча обладает массивными стенками, то их вращение
должно приводить к расширению воронки и понижению давления воздуха внутри
нее из-за действия центробежных сил. Расширение воронки происходит до тех
пор, пока перепад давления снаружи и внутри не уравновесит действия
центробежных сил. Если выделить из стенки площадку S, то снаружи на нее
будет действовать сила (p(S. Равновесие с центробежными силами наступит при
условии: (p(S=mv2/R, где m - масса, приходящаяся на единицу площади стенки;
v - скорость стенки; R - радиус воронки.
Приведенное, почти очевидное, условие равновесия стенки воронки
приводит к ряду прямых следствий, которые естественно объясняют многие
свойства смерчей.
Смерч может всосать и поднять ввысь большую порцию снега, песка и др.
Как только скорость снежинок или песчинок достигает критического значения,
они будут выброшены через стенку наружу и могут образовать вокруг смерча
своеобразный футляр или чехол. Характерной особенностью этого футляра-чехла
является то, что расстояние от него до стенки смерча по всей высоте
примерно одинаково: оно определяется скоростью, которая у всех частиц с
одинаковой плотностью оказывается одинаковой. Важный частный случай, когда
плотность тела, попавшего в смерч, близка к плотности стенки воронки. В
этом случае равновесная скорость для тела совпадает со скоростью стенки.
Если тело попадает на внутреннюю поверхность стенки, то на него действует
воздушный вихрь, вращающийся внутри воронки, скорость тела возрастает и
станет больше равновесной. Тело сместится к внешней поверхности стенки.
Здесь под действием трения о внешний воздух тело затормозится, скорость
станет меньше равновесной, и тело вновь сместится к внутренней поверхности
стенки. Поэтому тела с плотностью стенки оказываются устойчивыми внутри
стенок. Таким образом внешний и внутренний поверхностные слои оказываются в
совершенно необычных условиях, при которых на них непрерывно действуют
силы, стремящиеся убрать их с поверхности и «заглубить» внутрь стенки, т.е.
силы, которые по своим свойствам напоминают силы поверхностного натяжения.
Эти силы придают стенкам смерча повышенную устойчивость к возмущениям,
делают их однородными по плотности, гладкими, четко ограниченными.
Рассмотрим в первом приближении процессы, возникающие в грозовых
облаках. Обильная влага, попадающая в облако из нижних слоев, выделяет
много тепла, и облако становится неустойчивым. В нем возникают
стремительные восходящие потоки теплого воздуха, которые выносят массы
влаги на высоту 12-15 км, и столь же стремительные холодные нисходящие
потоки, которые обрушиваются вниз под тяжестью образовавшихся масс дождя и
града, сильно охлажденных в верхних слоях тропосферы. Мощность этих потоков
особенно велика из-за того, что одновременно возникают два потока:
восходящий и нисходящий. С одной стороны, они не испытывают сопротивления
окружающей среды, т.к. объем воздуха, идущего вверх, равен объему воздуха,
уходящего вниз. С другой стороны, затраты энергии потоком на подъем воды
вверх полностью восполняется при падении ее вниз. Поэтому потоки имеют
возможность разгонять себя до огромных скоростей (100 м/с и более).
В последние годы была выявлена еще одна возможность подъема больших
масс воды в верхние слои тропосферы. Часто при столкновении воздушных масс
происходит образование вихрей, которые за свои относительно небольшие
размеры получили название мезоциклонов. Мезоциклон захватывает слой воздуха
на высоте от 1-2 км до 8-10 км, имеет диаметр 8-10 км и вращается вокруг
вертикальной оси со скоростью 40-50 м/с. Существование мезоциклонов
установлено достоверно, структура их исследована достаточно подробно.
Обнаружено, что в мезоциклонах на оси возникает мощная тяга, которая
выбрасывает воздух на высоты до 8-10 км и выше. Наблюдателями было
обнаружено, что именно в мезоциклоне иногда зарождается смерч.
Наиболее благоприятная обстановка для зарождения воронки выполняется
при выполнении трех условий. Во-первых, мезоциклон должен быть образован из
холодных сухих масс воздуха. В этом случае по его высоте возникает особенно
большой температурный градиент, близкий к адиабатическому значению. Во-
вторых, мезоциклон должен выйти в район, где в приземном слое толщиной 1-2
км скопилось много влаги при высокой температуре воздуха 25-35оС, т.е.
создано состояние неустойчивости приземного слоя, готового к образованию
ячеек с восходящими и нисходящими потоками. Проходя над этими районами, за
короткое время мезоциклон засасывает в себя влагу с больших пространств и
забрасывает ее на высоту 10-15 км. Температура внутри мезоциклона по всей
высоте скачком повышается за счет принесенного влагой тепла, накопленного
не только насыщенным паром, но и водяными каплями. Третье условие - это
выбрасывание масс дождя и града. Выполнение этого условия приводит к
уменьшению диаметра потока от первоначального значения 5-10 км до 1-2 км и
увеличению скорости от 30-40 м/с в верхней части мезоциклона до 100-120 м/с
- в нижней части.
Для того, чтобы иметь представление о последствиях смерчей, кратко дадим
описание московского смерча 1904 г. и ивановского - 1984 г.
Над восточной частью Москвы 29 июня 1904 г. пронесся сильнейший
вихрь. Его путь лежал неподалеку от трех московских обсерваторий:
Университетской - в западной части города, Межевого института - в восточной
и Сельскохозяйственной академии - в северо-западной, поэтому ценный
материал зафиксировали самописцы этих обсерваторий. По карте погоды в 7 ч
утра этого дня на востоке и западе Европы располагались области повышенного
давления (более 765 мм рт.ст.). Между ними, преимущественно на юге
Европейской части России, находился циклон с центром между Новозыбковым
(Брянская обл.) и Киевом (751 мм рт.ст.). В 13 ч он углубился до 747 мм
рт.ст. и сместился к Новозыбкову, а в 21 ч - к Смоленску (давление в центре
упало до 746 мм рт.ст.). Таким образом циклон двигался с ЮЮВ на ССЗ. Около
17 ч, во время прохождения смерча через Москву, город находился на северо-
восточном фланге циклона. В последующие дни циклон ушел в Финский залив,
где вызвал бури на Балтике. Если остановиться только на этом синоптическом
описании, то причина смерча явственно не проступает.
Картина несколько проясняется, если произвести анализ распределения
температур и воздушных масс. Теплый фронт шел от центра циклона на Калугу,
Заметчино и Пензу, а холодный фронт - от центра циклона на Курск, Харьков,
Днепропетровск и далее к югу. Таким образом циклон имел хорошо выраженный
теплый сектор с массами теплого влажного воздуха при дневных температурах
28-32оС. Перед теплым фронтом располагался сухой холодный воздух с
температурой 15-16оС. В самой фронтальной зоне температура несколько выше.
Контраст температур весьма большой. Расчет показывает, что теплый фронт
смещался к северу со скоростью 32-35 км/ч. Образование московского смерча
произошло перед теплым фронтом, где при участии тропического воздуха всегда
создается угроза возникновения сильнейших гроз и шквалов.
В тот день была отмечена сильная грозовая деятельность в четырех
районах Московской области: в Серпуховском, Подольском, Московском и
Дмитровском, почти на протяжении 200 км. Грозы с градом и бурей
наблюдались, кроме того, в Калужской, Тульской и Ярославской областях.
Начиная с Серпуховского района, буря превратилась в ураган. Ураган усилился
в Подольском районе, где пострадало 48 селений и имелись жертвы. Самые же
страшные опустошения принес смерч, возникший к юго-востоку от Москвы в
районе деревни Беседы. Ширина грозовой области в южной части Московского
района определена в 15 км; здесь буря двигалась с юга на север, а смерч
возник в восточной (правой) стороне грозовой полосы.
Смерч на своем пути произвел огромные разрушения. Были уничтожены
деревни Рязанцево, Капотня, Чагино; далее ураган налетел на Люблинскую
рощу, вырвал с корнем и сломал до 7 га леса, затем разрушил деревни
Грайвороново, Карачарово и Хохловку, вступил в восточную часть Москвы,
уничтожил Анненгофскую рощу в Лефортово, посаженную еще при царице Анне
Иоановне, сорвал крыши домов в Лефортово, прошел в Сокольники, где повалил
вековой лес, направился в Лосиноостровскую, где уничтожил 120 га крупного
леса, и распался в районе Мытищ. Далее смерча не было, и отмечена только
сильная буря. Длина пути смерча - около 40 км, ширина все время колебалась
от 100 до 700 м.
По внешнему виду вихрь представлял собой столб, широкий внизу,
постепенно сужавшийся в виде конуса и вновь расширявшийся в облаках; в
других местах иногда он принимал вид просто черного крутящегося столба.
Многие очевидцы принимали его за поднимающийся черный дым от пожара. В тех
местах, где смерч проходил через Москва-реку, он захватывал столько воды,
что обнажалось русло.
Среди массы поваленных деревьев и общего хаоса местами удалось
обнаружить некоторую последовательность: так, вблизи Люблино лежали три
правильно расположенные ряда берез: северный ветер повалил нижний ряд, над
ним лег второй, сваленный восточным ветром, а верхний ряд упал при южном
ветре. Следовательно, это признак вихревого движения. При прохождении
смерча с юга на север он захватил этот участок правой стороной, судя по
смене ветра, и вращение у него было циклональное, т.е. против часовой
стрелки, если смотреть сверху. Вертикальная составляющая вихря была
необычайно велика. Сорванные крыши зданий летели в воздухе, как клочья
бумаги. Были даже разрушены каменные стены. В Карачарово снесена половина
колокольни. Вихрь сопровождался страшным гулом; его разрушительная работа
продолжалась от 30 с до 1-2 мин. Треск валившихся деревьев заглушался ревом
вихря.
В некоторых местах завихренные движения воздуха отчетливо видны по
характеру бурелома, но в большинстве случаев сваленные деревья даже на
небольших пространствах лежали во всевозможных направлениях. Картина
разрушений московского смерча оказалась очень сложной. Анализ его следов
заставил считать, что 29 июня 1904 г. через Москву промчались несколько
смерчей. Во всяком случае по характеру разрушений можно отметить
существование двух воронок, одна из которых двигалась в направлении Люблино
- Рогожская застава - Лефортово - Сокольники - Лосиноостровская-Мытищи, а
вторая - Беседы - Грайвороново - Карачарово - Измайлово - Черкизово. Ширина
пути обеих воронок была от ста до тысячи метров, но границы путей были
четкими. Строения на расстоянии нескольких десятков метров от границ пути
оставались нетронутыми.
Сопровождавшие явления также характерны для сильных смерчей. Когда
надвигалась воронка, становилось совершенно темно. Темноте сопутствовал
страшный шум, рев и свист. Зафиксированы электрические явления
необыкновенной интенсивности. Из-за частых разрядов молний погибло два
человека, несколько получили ожоги, возникали пожары. В Сокольниках
наблюдалась шаровая молния. Дождь и град также имели необыкновенную
интенсивность. Градины с куриное яйцо отмечались неоднократно. Отдельные
градины имели форму звезды и весили 400-600 г.
Особенно велика разрушительная сила смерчей в садах, парках и лесах.
Вот что писал “Московский листок” (1904,№170). У Черкизово “...вдруг черное
облако совершенно опустилось на землю и непроницаемой пеленой закрыло
митрополичий сад и рощу. Все это сопровождалось страшным шумом и свистом,
ударами грома и беспрерывным треском падающего крупного града. Раздался
оглушительный удар, и на террасу упала громадная липа. Падение ее было
чрезвычайно странно, так как она попала на террасу через окно и толстым
концом вперед. Ураган перебросил ее по воздуху на 100 м. Особенно
пострадала роща. В три-четыре минуты она превратилась в поляну, сплошь
покрытую обломками огромных берез, местами с корнем вырванных из земли и
переброшенных на значительные расстояния. Кирпичная ограда кругом рощи
разрушена, причем некоторые кирпичи отброшены на несколько сажен”.
Список использованной литературы
1. Сноу Д.Т. Торнадо //В мире науки, 1984, №6. С.44-54.
2. Наливкин Д.В. Смерчи. М.:Наука, 1984.
3. Кушин В.В. Смерч. М.: Энергоатомиздат, 1993. 127 с.
4. Железовский Б. Хрестоматия по природоведению. – Саратов: Регион.
Приволж. изд-во «Детская книга», 1995. – 352 с.
Реферат на тему: Современный этап развития инженерной деятельности и проектирования
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
КИЕВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КРЫМСКИЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Реферат
по курсу «Эргономика»
на тему: «Современный этап развития инженерной деятельности и
проектирования».
Выполнила студентка финансово-
учетного факультета специальности
«Финансы» группы Ф-41-99
Левшук Наталья
Проверила Сафонова Е.В.
Симферополь 2003
СОВРЕМЕННЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
И НЕОБХОДИМОСТЬ СОЦИАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ТЕХНИКИ
В жизни современного общества инженерная деятельность играет все
возрастающую роль. Проблемы практического использования научных знаний,
повышения эффективности научных исследований и разработок выдвигают сегодня
инженерную деятельность на передний край всей экономики и современной
культуры. В настоящее время великое множество технических вузов готовит
целую армию инженеров различного профиля для самых разных областей
народного хозяйства. Развитие профессионального сознания инженеров
предполагает осознание возможностей, границ и сущности своей специальности
не только в узком смысле этого слова, но и в смысле осознания инженерной
деятельности вообще, ее целей и задач, а также изменений ее ориентаций в
культуре ХХ века.
Общество с развитой рыночной экономикой требует от инженера большей
ориентации на вопросы маркетинга и сбыта, учета социально-экономических
факторов и психологии потребителя, а не только технических и конструктивных
параметров будущего изделия.
Инженерная деятельность предполагает регулярное применение научных знаний
(т.е. знаний, полученных в научной деятельности) для создания
искусственных, технических систем - сооружений, устройств, механизмов,
машин и т.п. В этом заключается ее отличие от технической деятельности,
которая основывается более на опыте, практических навыках, догадке. Поэтому
не следует отождествлять инженерную деятельность лишь с деятельностью
инженеров, которые часто вынуждены выполнять техническую, а иногда и
научную деятельность (если, например, имеющихся знаний недостаточно для
создания какой-либо конкретной технической системы). В то же время есть
многочисленные примеры, когда крупные ученые обращались к изобретательству,
конструированию, проектированию, т.е., по сути дела, осуществляли какое-то
время, параллельно с научной, инженерную деятельность. Поэтому инженерную
деятельность необходимо рассматривать независимо от того, кем она
реализуется (специально для этого подготовленными профессионалами, учеными
или просто самоучками).
Современный этап развития инженерной деятельности характеризуется
системным подходом к решению сложных научно-технических задач, обращением
ко всему комплексу социальных гуманитарных, естественных и технических
дисциплин. Однако был этап, который можно назвать классическим, когда
инженерная деятельность существовала еще в "чистом" виде: сначала лишь как
изобретательство, затем в ней выделились проектно-конструкторская
деятельность и организация производства.
Обособление проектирования и проникновение его в смежные области,
связанные с решением сложных социотехнических проблем, привело к кризису
традиционного инженерного мышления и развитию новых форм инженерной и
проектной культуры, появлению новых системных и методологических
ориентаций, к выходу на гуманитарные методы познания и освоение
действительности.
В соответствии с вышеизложенным рассмотрим последовательно три основные
этапа развития инженерной деятельности и проектирования:
1) классическая инженерная деятельность;
2) системотехническая деятельность;
3) социотехническое проектирование.
Классическая инженерная деятельность
Становление инженерной профессии
Возникновение инженерной деятельности как одного из важнейших видов
трудовой деятельности связано с появлением мануфактурного и машинного
производства. В средние века еще не существовала инженерная деятельность в
современном понимании, а была, скорее, техническая деятельность,
органически связанная с ремесленной организацией производства.
Инженерная деятельность как профессия связана с регулярным применением
научных знаний в технической практике. Она формируется, начиная с эпохи
Возрождения. На первых порах ценностные ориентации этой деятельности еще
тесно связаны с ценностями ремесленной технической практики (например,
непосредственный контакт с потребителем, ученичество в процессе
осуществления самой этой деятельности и т.п.). В эту эпоху ориентация на
применение науки, хотя и выдвигается на первый план в явном виде, но
выступает пока лишь как предельная установка.
Первые импровизированные инженеры появляются именно в эпоху Возрождения.
Они формируются в среде ученых, обратившихся к технике, или ремесленников-
самоучек, приобщившихся к науке. Решая технические задачи, первые инженеры
и изобретатели обратились за помощью к математике и механике, из которых
они заимствовали знания и методы для проведения инженерных расчетов. Первые
инженеры - это одновременно художники-архитекторы, консультанты-инженеры по
фортификационным сооружениям, артиллерии и гражданскому строительству,
алхимики и врачи, математики, естествоиспытатели и изобретатели. Таковы,
например, Леон Батиста Альберти, Леонард да Винчи, Никколо Тарталья,
Джироламо Кардано, Джон Непер и др.
Знание в это время рассматривалось как вполне реальная сила, а инженер -
как обладатель этого знания. Насколько высоко ценилось такое знание видно
на примере истории жизни рядового флорентийского инженера Чеки. Выходец из
ремесленной среды (цеха столяров, изготовлявших для архитекторов деревянные
модели сооружений, строительные леса и подъемные сооружения), он был взят
флорентийской коммуной на постоянный оклад в качестве городского инженера.
В мирное время он ремонтировал крепости, занимался изобретением
приспособлений для развлекательных аппаратов. В военное время он помог
устроить искусный подкоп, с помощью которого была взята вражеская крепость.
Во время выполнения одной из инженерных работ Чеки был убит из арбалета:
для врага его изобретения были страшнее, чем наступление целого войска. Он
был характерной фигурой для того времени, хотя и не был выдающимся
инженером.
В этот период инженеры были, как писал известный историк науки М.
А.Гуковский, "выходцами из цехового ремесла, но все тянулись к науке,
ощущая абсолютную необходимость ее для надлежащей постановки своих
технических работ". Можно сказать, что они уже ориентировались на научную
картину мира, хотя еще недостаточно опирались на науку в своей повседневной
практике. "Вместо анонимных ремесленников все в большем количестве
появляются техники-профессионалы, крупные технические индивидуальности,
знаменитые далеко за пределами непосредственного места своей деятельности.
Но быстрое и принципиально новое развитие техники требует и коренного
изменения ее структуры. Техника доходит до состояния, в котором дальнейшее
продвижение ее оказывается невозможным без насыщения ее наукой. Повсеместно
начинает ощущаться потребность в создании новой технической теории, в
кодификации технических знаний и в подведении под них некоего общего
теоретического базиса. Техника требует привлечения науки".
Именно такая двойственная ориентация инженера - с одной стороны, на
научные исследования естественных, природных явлений, а с другой, - на
производство, или воспроизведение, своего замысла целенаправленной
деятельностью человека-творца - заставляет его взглянуть на свое изделие
иначе, чем это делают и ремесленник, и ученый-естествоиспытатель. Если цель
технической деятельности - непосредственно задать и организовать
изготовление системы, то цель инженерной деятельности - сначала определить
материальные условия и искусственные средства, влияющие на природу в нужном
направлении, заставляющие ее функционировать так, как это нужно для
человека, и лишь потом на основе полученных знаний задать требования к этим
условиям и средствам, а также указать способы и последовательность их
обеспечения и изготовления. Инженер, таким образом, как и ученый-
экспериментатор, оперирует с идеализированными представлениями о природных
объектах. Однако первый из них использует эти знания и представления для
создания технических систем, а второй создает экспериментальные устройства
для обоснования и подтверждения данных представлений.
С развитием экспериментального естествознания, превращением инженерной
профессии в массовую в XVIIIXIX веках возникает необходимость и
систематического научного образования инженеров. Именно появление высших
технических школ знаменует следующий важный этап в развитии инженерной
деятельности. Одной из первых таких школ, как уже говорилось в предущих
главах этой книги, была Парижская политехническая школа, основанная в 1794
г., где сознательно ставился вопрос систематической научной подготовки
будущих инженеров. Она стала образцом для организации высших технических
учебных заведений, в том числе и в России. С самого начала эти учреждения
начали выполнять не только учебные, но и исследовательские функции в сфере
инженерной деятельности, чем способствовали развитию технических наук.
Инженерное образование с тех пор стало играть существенную роль в развитии
техники.
К началу ХХ столетия инженерная деятельность представляет собой сложный
комплекс различных видов деятельности (изобретательская, конструкторская,
проектировочная, технологическая и т.п.), и она обслуживает разнообразные
сферы техники (машиностроение, электротехнику, химическую технологию и
т.д.). Сегодня один человек просто не сможет выполнить все разнообразные
работы, необходимые для выпуска какого-либо сложного изделия, как это
делал, например, в начале XIX века на одном из первых машиностроительных
заводов его владелец Генри Модсли. Сам он был механиком-самоучкой,
одновременно и изобретателем. Он изобрел, в частности, суппорт токарного
станка, причем сам же разрабатывал новую конструкцию изделия, и
технологическое оборудование, и технологию его изготовления. В конце
прошлого века в Лейпциге еще существовал завод, на котором все инженерные
работы (от замысла до рабочих чертежей) выполнял один человек - его
владелец Р. Зак. Там не было ни технического бюро, ни чертежников. Уже в те
времена его "многосторонняя" деятельность представлялась курьезом.
Для современной инженерной деятельности характерна глубокая
дифференциация по различным отраслям и функциям, которая привела к
разделению ее на целый ряд взаимосвязанных видов деятельности и выполняющих
их кооперантов. Такая дифференциация стала возможной, однако, далеко не
сразу. Сложная кооперация различных видов инженерной деятельности
складывалась постепенно. На первых этапах своего профессионального развития
инженерная деятельность была ориентирована на применение знаний
естественных наук (главным образом, физики), а также математики, и включала
в себя изобретательство, конструирование опытного образца и разработку
технологии изготовления новой технической системы. Инженерная деятельность,
первоначально выполняемая изобретателями, конструкторами и технологами,
тесно связана с технической деятельностью (ее выполняют на производстве
техники, мастера и рабочие), которая становится исполнительской по
отношению к инженерной деятельности. Связь между этими двумя видами
деятельности осуществляется с помощью чертежей. Изготовлявшие их чертежники
назывались в России "учеными рисовальщиками". Для подготовки этих
специалистов для заводов и предназначалось основанное в 1825 г.
"Строгановское училище технического рисования".
Однако с течением времени структура инженерной деятельности усложняется.
Классическая инженерная деятельность включала в себя изобретательство,
конструирование и организацию изготовления (производства) технических
систем, а также инженерные исследования и проектирование.
Изобретательская деятельность
Путем изобретательской деятельности на основании научных знаний и
технических изобретений заново создаются новые принципы действия, способы
реализации этих принципов, конструкции технических систем или отдельных их
компонентов. Сложности в изготовлении, конструировании и техническом
обслуживании, а также необходимость создания технических систем, все или
некоторые компоненты которых принципиально отличны от существующих,
стимулируют производство особого продукта, объективированного в виде
патентов, авторских свидетельств, изобретений и т.д. Последние имеют, как
правило, широкую сферу применения, выходящую за пределы единичного акта
инженерной деятельности и используются в качестве исходного материала при
конструировании и изготовлении технических систем.
Образцы такого рода деятельности продемонстрировали многие ученые-
естествоиспытатели, совершенствуя конструкцию экспериментальной техники,
разрабатывая и проводя новые эксперименты. Например, Гук изобрел микроскоп,
Герц - новую аппаратуру для регистрации и получения электромагнитных волн.
Гюйгенс придумал конструкцию часов, которая осуществила движение центра
тяжести маятника по циклоиде - так, чтобы время его качания не зависело от
величины размаха. Ньютон изобрел телескоп совершенно новой конструкции. "Но
на пути создания отражательного телескопа возникли трудности технического
порядкаѕ... Ньютон придумал способ полировки металлической поверхности,
занялся поисками подходящих сплавов для зеркала и добился успеха". Эйнштейн
всю свою жизнь уделял большое внимание конструкторско-изобретательскому
творчеству. Его можно считать одним из изобретателей магнитодинамического
насоса для перекачки жидких металлов, холодильных машин, гигроскопических
компасов, автоматической фотокамеры, электрометров, слухового аппарата и
т.п. "На счету у Эйнштейна было около двадцати оригинальных патентов, в
которых нашла свое отражение его способность умело комбинировать известные
методы или физические эффекты для разрешения конкретных задач, выдвигаемых
запросами промышленности или повседневной жизни, проявились остроумие и
изящество - эти неотъемлемые составляющие недюжинного изобретательского
таланта". Однако для многих инженеров-практиков изобретательство было не
побочной, а основной или даже единственной деятельностью.
Лишь на первых этапах становления инженерной деятельности
изобретательство опирается на эмпирический уровень знания. В условиях же
развитой технической науки всякое изобретение основывается на тщательных
инженерных исследованиях и сопровождается ими.
С развитием массового производства для того, чтобы изобретение попало в
промышленность, возникает необходимость его специальной проектно-
конструкторской подготовки. Конструирование представляет собой разработку
конструкции технической системы, которая затем материализуется в процессе
его изготовления на производстве. Конструкция технической системы
представляет собой определенным образом связанные стандартные элементы,
выпускаемые промышленностью или изобретенные заново, и является общей для
целого класса изделий производства.
Исходным материалом деятельности изготовления являются материальные
ресурсы, из которых создается изделие. Эта деятельность связана с монтажом
уже готовых элементов конструкции и с параллельным изготовлением новых
элементов. Функции инженера в данном случае заключаются в организации
производства конкретного класса изделий (например, организация оптической,
радиотехнической и электротехнической промышленности, строительство
железных дорог, массового производства электроизмерительных приборов и
т.д.) и разработке технологии изготовления определенной конструкции
технической системы.
Часто крупные инженеры одновременно сочетают в себе и изобретателя, и
конструктора, и организатора производства. Однако современное разделение
труда в области инженерной деятельности неизбежно ведет к специализации
инженеров, работающих преимущественно в сфере либо инженерного
исследования, либо конструирования, либо организации производства и
технологии изготовления технических систем.
Инженерные исследования
Инженерные исследования, в отличие от теоретических исследований в
технических науках, непосредственно вплетены в инженерную деятельность,
осуществляются в сравнительно короткие сроки и включают в себя
предпроектное обследование, научное обоснование разработки, анализ
возможности использования уже полученных научных данных для конкретных
инженерных расчетов, характеристику эффективности разработки, анализ
необходимости проведения недостающих научных исследований и т.д. Инженерные
исследования проводятся в сфере инженерной практики и направлены на
конкретизацию имеющихся научных знаний применительно к определенной
инженерной задаче. Результаты этих исследований находят свое применение
прежде всего в сфере инженерного проектирования. Именно такого рода
инженерные исследования осуществляются крупными специалистами в области
конкретных технических наук, когда они выступают в качестве экспертов при
разработке сложных технических проектов.
В процессе функционирования и развития инженерной деятельности в ней
происходит накопление конструктивно-технических и технологических знаний,
которые представляют собой эвристические методы и приемы, разработанные в
самой инженерной практике. В процессе дальнейшего прогрессивного развития
инженерной деятельности эти знания становятся предметом обобщения в науке.
Первоначально вся инженерная деятельность была ориентирована на
использование лишь естественнонаучных знаний, и в ее осуществлении
принимали деятельное участие многие ученые-естествоиспытатели, конструируя
экспериментальное оборудование и даже технические устройства. Поэтому
именно в естественных науках формируются постепенно особые разделы,
специально ориентированные на обслуживание инженерной практики. Помимо
ученых-теоретиков и ученых-экспериментаторов, появляются специалисты в
области прикладных исследований и технических наук, задача которых -
обслуживание инженерной деятельности.
В настоящее время существует множество областей технической науки,
относящихся к различным сферам инженерной деятельности. Однако области
технической науки и соответствующие им сферы инженерной деятельности не
тождественны. Например, электротехнику как сферу инженерной деятельности и
отрасль промышленности не следует путать с теоретической электротехникой,
которая представляет собой область технической науки. Последняя имеет в
настоящее время достаточно разработанный теоретический уровень (скажем,
теорию электрических цепей) и не может рассматриваться как исследование,
направленное лишь на приложение знаний естественнонаучных дисциплин. В
технических науках развиты особые теоретические принципы, построены
специфические идеальные объекты, введены новые научные законы, разработан
оригинальный математический и понятийный аппарат. Технические науки
удовлетворяют сегодня всем основным критериям выделения научной дисциплины.
В то же время следует помнить, что технические науки достаточно четко
ориентированы на решение инженерных задач и имеют вполне определенную
специфику. Конечно, в них доказываются теоремы и строятся теоретические
системы. Однако, наряду с этим, важное место занимают описания расчетов и
приборов и различные методические рекомендации. Главная цель технических
наук - выработка практико-методических рекомендаций по применению научных
знаний, полученных теоретическим путем (в сфере технической науки -
технической теории) в инженерной практике. Специфика технической науки
определяется необходимостью использования ее результатов не столько для
объяснения естественных процессов, сколько для конструирования технических
систем. Эти результаты опосредованы, как правило, инженерными
исследованиями, проводимыми в рамках того или иного вида конкретной
инженерной деятельности.
С появлением и развитием технических наук изменилась и сама инженерная
деятельность. В ней постепенно выделились новые направления, тесно
связанные с научной деятельностью (но не сводимые к ней), с проработкой
общей идеи, замысла создаваемой системы, изделия, сооружения, устройства и
прежде всего - проектирование.
Проектирование
Проектирование как особый вид инженерной деятельности формируется в
начале ХХ столетия и связано первоначально с деятельностью чертежников,
необходимостью особого (точного) графического изображения замысла инженера
для его передачи исполнителям на производстве. Однако постепенно эта
деятельность связывается с научно-техническимси расчетами на чертеже
основных параметров будущей технической системы, ее предварительным
исследованием.
В инженерном проектировании следует различать "внутреннее" и "внешнее"
проектирование. Первое связано с созданием рабочих чертежей (технического и
рабочего проектов), которые служат основными документами для изготовления
технической системы на производстве; второе - направлено на проработку
общей идеи системы, ее исследование с помощью теоретических средств,
разработанных в соответствующей технической науке.
Проектирование необходимо отличать от конструирования. Для
проектировочной деятельности исходным является социальный заказ, т.е.
потребность в создании определенных объектов, вызванная либо "разрывами" в
практике их изготовления, либо конкуренцией, либо потребностями
развивающейся социальной практики (например, необходимостью упорядочения
движения транспорта в связи с ростом городов) и т.п. Продукт
проектировочной деятельности в отличие от конструкторской выражается в
особой знаковой форме - в виде текстов, чертежей, графиков, расчетов,
моделей в памяти ЭВМ и т.д. Результат конструкторской деятельности должен
быть обязательно материализован в виде опытного образца, с помощью которого
уточняются расчеты, приводимые в проекте, и конструктивно-технические
характеристики проектируемой технической системы.
Возрастание специализации различных видов инженерной деятельности привело
в последнее время к необходимости ее теоретического описания: во-первых, в
целях обучения и передачи опыта и, во-вторых, для осуществления
автоматизации самого процесса проектирования и конструирования технических
систем. Выделение же проектирования в сфере инженерной деятельности и его
обособление в самостоятельную область деятельности во второй половине ХХ
века привело к кризису традиционного инженерного мышления, ориентированного
на приложение знаний лишь естественных и технических наук и созданию
относительно простых технических систем. Результатом этого кризиса было
формирование системотехнической деятельности, направленной на создание
сложных технических систем.
Системотехническая деятельность
Во второй половине ХХ века изменяется не только объект инженерной
деятельности (вместо отдельного технического устройства, механизма, машины
и т.п. объектом исследования и проектирования становится сложная человеко-
машинная система), но изменяется и сама инженерная деятельность, которая
стала весьма сложной, требующей организации и управления. Другими словами,
наряду с прогрессирующей дифференциацией инженерной деятельности по
различным ее отраслям и видам, нарастает процесс ее интеграции. А для
осуществления такой интеграции требуются особые специалисты - инженеры-
системотехники.
Анализ системотехнической деятельности показывает, что она неоднородна и
включает в себя различные виды инженерных разработок и научных
исследований. В нее оказываются вовлеченными многие отраслевые и
академические институты; над одними и теми же проектами трудятся
специалисты самых различных областей науки и техники. В силу этого
координация всех аспектов системотехнической деятельности оказывается
нетривиальной научной, инженерной и организационной задачей.
Системотехническая деятельность осуществляется различными группами
специалистов, занимающихся разработкой отдельных подсистем. Расчленение
сложной технической системы на подсистемы идет по разным признакам: в
соответствии со специализацией, существующей в технических науках; по
области изготовления относительно проектировочных и инженерных групп; в
соответствии со сложившимися организационными подразделениями. Каждой
подсистеме соответствует позиция определенного специалиста (имеется в виду
необязательно отдельный индивид, но и группа индивидов и даже целый
институт). Эти специалисты связаны между собой благодаря существующим
формам разделения труда, последовательности этапов работы, общим целям и
т.д. Кроме того для реализации системотехнической деятельности требуется
группа особых специалистов (скорее, их следует назвать универсалистами) -
координаторов (главный конструктор, руководитель темы, главный специалист
проекта или службы научной координации, руководитель научно-тематического
отдела). Эти специалисты осуществляют координацию, равно как и научно-
тематическое руководство и в плане объединения различных подсистем, и в
плане объединения отдельных операций системотехнической деятельности в
единое целое. Подготовка таких универсалистов требует не только их
знакомства со знаниями координируемых ими специалистов, но и развернутого
представления о методах описания самой системотехнической деятельности.
Среди имеющихся способов такого описания рассмотрим три основных: членение
системотехнической деятельности по объекту (этапы разработки системы);
описание последовательности фаз и операций системотехнической деятельности;
анализ ее с точки зрения кооперации работ и специалистов.
Этапы разработки системы
Этапы разработки системы выделяются в соответствии с членением
системотехнической деятельности по объекту. В ходе проектирования
представление о сложной технической системе изменяется. Происходит
последовательная конкретизация моделей этой системы.
Рассмотрим этот способ описания системотехнической деятельности на
примере работы У. Гослинга "Проектирование технических систем". В ней
представлены общие процедурные правила создания систем на различной
материальной основе. Системотехническая деятельность рассматривается как
процесс синтеза функциональной модели системы и затем ее преобразования в
структурную модель (или ее реализации). Каждый этап связывается с
определенными средствами символического и графического представления
системы. Функциональная модель воспроизводит протекание в реальной системе
субстанции (вещества, энергии или информации), т.е. преобразует входную
субстанцию в выходную адекватно функционированию реальной технической
системы. Гослинг назвал такую модель поточной системой. Здесь могут
вводиться определенные промежуточные преобразования, т.е. описываться
операции, которые выполняет каждый элемент системы по отношению к
внутреннему потоку. В качестве функциональных моделей могут быть
использованы, например, алгебраические модели.
Структурные модели делятся на диаграммы протекания субстанции и блок-
схемы. Диаграмма протекания субстанции показывает последовательность
операций (более детально, чем это дано в функциональной модели, где строгая
последовательность может и не соблюдаться) и дает минимум информации о
плане построения системы: идентификацию элементов и схему связей. В блок-
схеме даны форма субстанции на входах одного и выходах другого элемента.
Для этой цели используются особые элементы - трансдьюссеры -
преобразователи формы субстанции.
Функциональные модели могут быть получены тремя способами. В первом и во
втором случаях предварительно существует прототип системы. В первом случае
он дан в виде блок-схемы, а во втором - в виде последовательности
инструкций. На блок-схеме может быть получена диаграмма протекания
субстанции, а из нее - функциональная модель. Из последовательности
инструкций сначала строятся поточные диаграммы для различных групп
инструкций, которые затем собираются в единую функциональную модель. В
третьем случае такого прототипа системы нет. Функциональная модель может
быть получена либо с помощью аналогий, либо задача сводится к подсистемам,
либо модель составляется с помощью модификации некоторых элементов
доступной системы. Наконец, возможно изменение проблемы, если
функциональная модель не может быть получена ни одним из указанных выше
способов. На этапе реализации функциональная модель представляется в виде
поточной диаграммы. С помощью перестановки блоков, замены нескольких блоков
одним, разделением одного блока на несколько блоков, эквивалентным
изменением связей между блоками и т.п. из функциональной модели получается
множество поточных диаграмм. Чтобы реализовать некоторые поточные
диаграммы, проектировщику необходим каталог элементов, из которого
выбираются системные элементы, имеющие свойства, как можно более близкие к
свойствам идеализированных элементов поточных диаграмм. В результате
получается блок-схема, соответствующая техническим условиям,
сформулированным в техническом задании. Важно подчеркнуть, что для создания
системы недостаточно какого-либо одного описания, необходимо сочетание блок-
схемы, поточной диаграммы и функциональной модели. В процессе
проектирования они постоянно корректируются и подгоняются друг к другу за
счет возвращения на предыдущие стадии. В результате получается некоторое
целостное описание системы, составляющие которого взаимно дополняют друг
друга.
Членение системотехнической деятельности по объекту во многом зависит от
того, каким образом представляется инженером-системотехником сама сложная
техническая система. Такое членение определяется не только объектными
характеристиками, но и возможностями проектирования, изучения, изготовления
этой системы. Оно используется для организации функционирования подсистем и
объединения их в единую систему. При членении системотехнической
деятельности в соответствии со структурой технической системы обычно
выделяются следующие ее этапы: макропроектирование (или, иными словами,
внешнее проектирование), микропроектирование (или внутреннее
проектирование), а также проектирование окружающей среды, которое связано с
формулировкой целей системы; разбивка системы на подсистемы (т.е.
разделение и распределение функций); проектирование подсистем; изучение их
взаимодействия и интеграция системы.
Фазы и операции системотехнической деятельности
Второй способ описания системотехнической деятельности заключается в
выделении в ней последовательности фаз, а в самих этих фазах - цепи
действий, или обобщенных операций. Описание системотехнической деятельности
как последовательности фаз и операций соответствуют ее разбивке с точки
зрения временной организации работ, параллельной и последовательной связи
между ними, возможности выделения фрагментов деятельности и т.д. Это
представление системотехнической деятельности используется главным образом
для синхронной организации и установления последовательности операций
(алгоритма разработки системы). Оно также служит средством решения задачи
автоматизации проектирования сложных технических систем.
Обычно системотехническая деятельность распадается на следующие шесть
фаз: подготовка технического задания (иначе аванпроекта) - предпроектная
стадия, разработка эскизного проекта, изготовление и внедрение,
эксплуатация и оценка. Иногда добавляется еще одна фаза - "ликвидация", или
"уничтожение" системы, что в современных условиях зачастую является весьма
сложной задачей из-за возможных экологических последствий этого процесса.
На каждой фазе системотехнической деятельности выполняется одна и та же
последовательность обобщенных операций. Эта последовательность включает в
себя анализ проблемной ситуации, синтез решений, оценку и выбор
альтернатив, моделирование, корректировку и реализацию решения.
Системотехническая деятельность как последовательность фаз, шагов и задач
наиболее развернуто представлена в книге М. Азимова "Введение в
проектирование". В ней подробно рассмотрены три фазы: изучение
осуществимости, предварительное проектирование и детальное проектирование.
Дается следующая хронологическая структура этих фаз.
Первая фаза. Изучение осуществимости начинается с анализа потребностей
(первый шаг). Цель данной фазы - множество пригодных решений проектной
проблемы. Начальной точкой системотехнической деятельности является
гипотетическая потребность, существующая в определенной социально-
экономической сфере. Анализ потребностей должен продемонстрировать,
действительно ли существует первоначальная потребность, имеет ли она
широкое распространение или является скрытой. Потребность появляется тогда,
когда становится возможной ее экономическая реализация. Она предполагает
определенное техническое исполнение, определенную техническую систему,
которая делает ее удовлетворение возможным. На втором шаге исследуется
порожденная потребностью проектная проблема. Прежде чем пытаться найти
возможные ее решения, проектная проблема должна быть определена и
сформулирована. Эта задача осуществляется на основе информации, которую мы
получаем от предыдущего шага (спецификация желаемых выходов) и релевантной
технической информации об окружающей среде, ресурсах и общем инженерном
принципе системы. В инженерной формулировке проблемы, являющейся
результатом "идентификации системы", определяются параметры системы,
ограничительные условия и главные проектные критерии. Проектируемая система
рассматривается здесь как "черный ящик", содержание которого неизвестно.
Третий шаг изучения осуществимости представляет собой синтез возможных
решений. Синтез заключается в "прилаживании" друг к другу частей или
отдельных идей проекта с целью получения интегрированного целого. Из
полученных в результате синтеза множества внушающих доверие альтернативных
решений должны быть выбраны потенциально пригодные решения проблемы. Каждое
из них является абстракцией, идеализацией, которая учитывает только
некоторые главные факторы, но опускает многие второстепенные факторы.
Последние могут, однако, иметь решающее значение при выяснении возможности
или невозможности данного решения. Поэтому четвертый шаг заключается в
определении физической реализуемости решений проблемы. На пятом шаге из
реализуемых решений выбираются экономически рентабельные решения. Однако
может оказаться, что даже экономически рентабельные решения проектной
проблемы не могут быть реализованы, если этого не позволяют имеющиеся
финансовые ресурсы. В результате определения финансовой осуществимости
(шестой шаг) остается множество пригодных решений, которые и являются
результатом первой фазы.
Вторая фаза. Предварительное проектирование имеет целью установить, какая
из предложенных на предыдущей фазе альтернатив является наилучшей проектной
идеей. Результатом этой фазы является общая идея системы, которая будет
служить руководством для детального проектирования. Первый шаг заключается
в выборе из проектных идей. В множестве пригодных решений, разработанных
при изучении осуществимости, должно быть определено наиболее перспективное
решение как предварительная идея проекта. Второй шаг состоит в формулировке
математических моделей как прототипов проектируемой системы. В результате
анализа чувствительности системы (третий шаг) за счет экспериментирования с
ее входами и выходами определяются критические проектные параметры, точные
пределы чувствительности системы на внешние воздействия. Определяется,
какие минимальные воздействия на входы (независимые переменные) ведут к
изменениям выходов (зависимые переменные). На четвертом шаге - это анализ
совместимости - система должна быть представлена как объект, сам являющийся
комбинацией объектов на нижележащем уровне сложности, которые представляют
собой подсистемы и могут быть комбинацией компонентов, в свою очередь
состоящих из более мелких частей, имеющий иерархическую структуру. Точные
проектные параметры, которые выявлены при анализе чувствительности, должны
быть откорректированы с точки зрения приспособления друг к другу подсистем
и компонентов, увеличения их взаимной совместимости. В результате этого
шага получаются "пригнанные параметры". Поскольку система действует в
динамической окружающей среде, она должна иметь такую стабильность, чтобы
изменения в этой среде не были причиной "катастроф" в системе. Цель анализа
стабильности (пятый шаг) - исследовать поведение системы в необычных
обстоятельствах, чтобы была уверенность, что система как целое не является
нестабильной, определить области, в которых проектные параметры являются
нестабильными, определить риск и последствия изменений окружающей среды,
которые могли бы быть причиной "катастроф" в системе. До шестого шага все
главные параметры не фиксировались на определенном и едином значении. На
стадии оптимизации проектного решения это необходимо сделать. Таким
образом, на шестом шаге осуществляется окончательный выбор наилучшего
решения среди нескольких альтернатив. Седьмой шаг предварительного
проектирования называется "проекция в будущее". Действительно, некоторые
компоненты системы устаревают прежде, чем ее проектирование будет
завершено. Поэтому проектировщик должен знать общее направление и тенденции
технического развития. В проекте необходимо учитывать возможности
технического прогресса, например, новые компоненты и подсистемы, которые
могут быть добавлены к системе в будущем. Могут измениться также вкусы
потребителей или предложения конкурентов, т.е. социально-экономические
условия. На восьмом шаге предполагается изучить, как сама система будет
вести себя в будущем (предсказание поведения системы). Девятый шаг
осуществляется в испытательной лаборатории, где производится
экспериментальная проверка идеи. Испытания не ограничиваются только
доказательством удовлетворительности работы системы или ее компонентов. Они
могут также ответить на вопрос о физической реализуемости системы, если это
невозможно сделать на основе анализа или прошлого опыта. Наконец, в
результате ряда шагов проект становится очень сложным, поэтому десятый шаг
заключается в устранении ненужной сложности, в упрощении проекта.
Третья фаза. Цель детального проектирования - довести предварительную
идею системы до физической реализации и разработать окончательную
конструкцию системы. Общая идея системы зафиксирована, подсистемы точно
определены, и имеется предварительное решение выполнить полный проект. Для
этого необходимы специалисты, время и деньги. Поэтому на первом шаге
(подготовка к проектированию) обосновывается бюджет и осуществляется
организация проектирования. Второй шаг заключается в общем проектировании
подсистем по тем же этапам, что и предварительное проектирование системы в
целом. Однако требования совместимости и совместного действия подсистем
накладывают на них большие ограничения, чем факторы окружающей среды на
систему в целом. В соответствии с предварительными планами подсистем
разрабатываются проекты компонент (третий шаг), что является фактически
повторением проектирования подсистем. Однако проектирование на более низких
уровнях становится менее абстрактным. Результаты проектирования компонентов
фиксируются в предварительных планах, которые являются основой для
детального проектирования частей , являющихся элементарными составляющими
компонентов (четвертый шаг). Наконец, возникает вопрос о физической
реализации, который при проектировании подсистем и компонентов был
относительно второстепенным. Необходимо решить, каковы должны быть форма,
материал и набор инструкций (например, способы обработки материала) для
производства частей. Все это фиксируется в детальных чертежах и в
спецификациях к ним. Предварительный план компонента должен быть заменен
теперь точным и окончательным сборочным чертежом. Далее должны быть
вычерчены соответствующие сборочные чертежи для подсистем и, наконец, для
системы в целом. Этот процесс, составляющий содержание пятого шага,
является итерационным. При подготовке сборочных чертежей происходит
корректировка чертежей подсистем, компонентов и частей. Имея полные
сборочные чертежи, экспериментальная мастерская может построить первые
материализованные прототипы - экспериментальную конструкцию системы (шестой
шаг). (Иногда первый прототип и является конечным продуктом). На седьмом
шаге, после того, как экспериментальная конструкция изготовлена,
составляется программа проверки продукта. Центральным становится вопрос,
хорошо ли работает система с точки зрения потребителя. На основе анализа
проверочных данных (восьмой шаг) производится обнаружение дефектов, которые
служат основой для перепроектирования и усовершенствования системы (девятый
шаг) до тех пор, пока окончательное инженерное описание проекта не будет
выполнено.
Фаза детального проектирования системы заканчивается, но ею не
завершается системотехнический цикл. Он включает в себя еще планирование
производства, распределения потребления и снятия с эксплуатации. Однако нас
в данном случае интересует только пример описания системотехничес | |
