Лекция 6. Оценивание технических систем

Среди свойств и показателей ТС есть такие, что имеют тенденцию монотонно изменяться или тенденцию оставаться на определенном уровне при достижении своей границы. Такие показатели определяются как мера совершенства и прогресса. Их называют критериями ТС и определяют одновременно как критерии развития и критерии качества.

Значение критериев ТС особенно важно для разработки новых изделий на уровне лучших мировых достижений.

Каждая ТС имеет, как правило, несколько критериев развития. Принцип прогрессивного развития для каждого нового поколения ТС состоит в улучшении одних и не ухудшении других критериев.

Общий нaбоp кpитepиев ТС включает такие четыре группы:

- функциональные критерии, которые характеризуют самые важные показатели реализации функции ТС;

• технологические критерии, связанные с возможностью и простотой изготовления ТС:

- экономические критерии, которые определяют экономическую целесообразность реализации функции ТС;

- антропологические критерии, связанные с вопросами человеческого фактора или действием позитивных и негативных факторов на людей, вызванных созданием ТС.

Представляется возможным определить условия и требования к выбору и описанию критериев ТС.

В качестве критериев развития можно выбирать только такие параметры ТС, которые допускают возможность количественной оценки на основе измерения.

Критерий должен иметь такие единицы измерения, которые позволяют сопоставлять ТС в разных странах и в разное время. Лучше всего пользоваться безразмерными удельными величинами.

В качестве критериев могут быть приняты такие параметры ТС, которые в первую очередь характеризуют ее эффективность и значительно влияют на развитие ТС.

При выборе критериев ТС должно быть обеспечено также условие постоянства.

Условие минимальности и независимости означает, что вся совокупность критериев развития должна содержать только такие, что не могут быть логично выведены из других критериев и не могут быть их прямым следствием.

Описание каждого критерия ТС включает такие данные:

1) суть критерия, время и причины его возникновения;

2) формула или способ измерения критерия;

3) диапазон и характер изменения значений критерия во времени;

4) оценку степени обобщения критерия по определенной шкале (принадлежность к определенному классу, или группе классов ТС);

5) оценку перспективности критерия (актуальность растет или снижается);

6) основные способы и методы улучшения критерия.

Функциональные и технологические критерии развития ТС

Для каждой ТС функциональные критерии развития являются количественными характеристиками основных показателей реализации фyнкций ТС. Наиболее важными среди них являются критерии производительности, точности и надежности.

Критерий производительности представляет собою интегральный показатель уровня развития техники, который непосредственно зависит от ряда параметpов, которые определенным образом влияют на производительность труда. Эти параметры являются частными функциональными критериями и могут быть измерены или вычислены по определенной зависимости.

Например,

1) скорость обработки объекта (число оборотов или операций в единицу времени, скорость движения рабочих органов машины и т.д.);

2) физические и химические параметры (температура, давление, напряжение), которые определенным образом влияют на интенсивность обработки технического объекта или предметы обработки;

3) степень механизации труда, которая определяется как отношение механической работы, выполняемой собственно ТС, ко всей механической работе, выполняемой суммарно ТС и человеком при изготовлении продукции;

4) степень автоматизации, которая равна отношению количества управляющих операций, выполняемых собственно ТС, к общему количеству операций, выполняемых совместно ТС и человеком;

5) непрерывность процесса обработки, которая определяется как соотношение числа операций, выполняемых с использованием непрерывных процессов, к общему числу операций с использованием непрерывных и периодических процессов действия на предмет обработки. При этом под непрерывными процессами понимают вращательное, поступательное движение или безостановочную обработку, а под периодическими – возвратно-поступалъное движение, операции с остановками и т.д.

Критерии точности также включают отдельные частичные критерии, а именно:

- точности измерения;

- точности обработки материала;

- точности позиционирования;

- точности обработки потока энергии;

- точности обработки потока информации.

В настоящее время разработано и развито много способов, методов и приемов измерения, оценки и исследования точности, которые описаны в специальной литературе.

Очень важным является критерий надежности. Надежность определяется как свойство ТС сохранять свою работоспособность с заданной вероятностью в течение определенного промежутка времени. Критерий надежности является обобщающим, интегральным и включает в себя частные критерии:

1) безотказность, которая определяется вероятностью P(t) того, что на заданном интервале времени t=T (в границах заданной наработки) не возникнет отказ ТС;

2) долговечность, которая может характеризоваться рядом показателей, например, коэффициентом технического использования Ктс⁼ То/(То+Тпр), где То - время работы ТС за определенный период эксплуатации, Тпр - суммарное время простоев объекта из-за его ремонтов и технического обслуживания;

3) ремонтопригодность, которая определяет возможности ТС к предупреждению, выявлению и устранению отказов и повреждений путем проведения ремонтного и технического обслуживания; ремонтопригодность, например, характеризует время Тпр.

Определенные функциональные критерии производительности, точности и надежности очень сильно взаимно влияют один на другой. Их актуальность и вес всегда были выше в сравнении с другими группами критериев.

Технологические критерии главным образом обеспечивают всестороннюю экономию труда при изготовлении ТС и подготовке ее к эксплуатации. Выделяют технологические критерии трудоемкости изготовления; технологических возможностей; использования материалов; разделения ТС на элементы.

Критерий трудоемкости изготовления ТС равен отношению суммарной трудоемкости Пс проектирования, изготовления и подготовки к эксплуатации изделия к главному показателю Q эффективности ТС: Кт = Пс / Q. Таким образом, этот критерий представляют как удельную трудоемкость изготовления на единицу получаемой эффективности. В табл.6.1 наведены примеры выбора главного показателя эффективности для разных ТС.

Критерий Кт является монотонно снижающейся функцией при сопоставлении разных поколений ТС. Актуальность его остается высокой и неизменной.

Таблица 6.1 Главные показатели эффективности ТС

Примеры ТС	Показатели эффективности, Q
	Название	Размерность
Двигатели, генераторы Средства транспорта	Мощность Масса груза в единицу времени	кВт т* км/ч (чел*км/ч)
Технологические материалы	Производительность	м3/ч, м/ч, шт/ч
Муфты, редукторы	Крутящий момент	Н*м

Любая ТС может состоять из не более пяти типов элементов: Ас - стандартных или получаемых в готовом виде; Ay – унифицированных, которые заимствованы у существующих ТС; Ao1 – оригинальных, изготовление которых не исключает трудностей; Ао2 - оригинальных, изготовление которых вызывает значительные трудности, но их можно преодолеть; Ао3 - оригинальных, изготовление которых вызывает принципиальные трудности, которые пока невозможно преодолеть.

Критерий технологических возможностей, который отображает простоту и принципиальную возможность изготовления ТС, определяется по формуле

Ктм = е(Ac+kyAy+ko1Ao1+ko2Ao2)/(Ас+Ау+Ао1+Ао2+Ао3),

где е=1 при Ао3=0; е=0 при Ао3>0; ky, ko1, ko2 – весовые коэффициенты (ky>ko1>ko2); Ac, Ay, Ao1, Ao2, Ао3 – количество наименований соответствующих элементов.

Частными случаями этого обобщающего критерию являются: критерий стандартизации (ky=ko1=kо2=0); критерий унификации (ky=l; kо1=kо2=0). Данный критерий стимулирует исключение абсолютно нетехнологичных элементов Ао3 и минимизацию элементов Ao2, Aо1, Ay в соответствии с иx весовыми коэффициентами.

Критерии технологических возможностей отображает фактор эволюции в технике аналогично закону Дарвина в живой природе. При переходе от одного поколения ТС к другому критерий Ктм способствует в наибольшей мере сохранению и использованию проверенных практикой функциональных элементов и технологии.

Так как доля отходов, которые получаются при изготовлении ТС, в значительной мере зависит от технологических пpoцессов и технологического оборудования, существует и действует технологический критерий использования материалов. Он определяется как соотношение массы G изделия к массе М использованных материалов: Киm=g/m (при этом покупные комплектующие элементы не учитываются).

Критерий Ким – монотонно возрастающая функция в интервале 0<Ким<1, которая иногда может иметь скачкообразные пики, связанные с переходом на новые высокопроизводительные технологические процессы или дешевые материалы. Величину Ким можно также интерпретировать как коэффициент полезного использования материалов, т.к. по сути, характеру и диапазону изменения он близок к энергетическому коэффициенту ползного действия (к.п.д).

При разработке ТС моет показаться, что рациональнее изготовить ее из меньшего количества элементов. Например, некоторые простые узлы можно заменить одной неразъемной деталью и т.п. Однако иллюзорное упрощение конструкции, наряду с позитивными моментами, часто приносит значительные потери. Большие разделения часто сокращают время и трудоемкость изготовления ТС в целом, облегчают и расширяют унификацию и стандартизацию с соответствующими достоинствами и т.д. Всегда существует оптимальное разделение ТС на узлы и детали, которое значительно упрощает технологию разработки, изготовления, ремонта и модернизации изделий.

Критерий разделения ТС на элементы обеспечивает в каждом новом поколении изделий приближения к оптимальному разделению на элементы. Этот критерий касается любой ТС, которая состоит более, чем из одного элемента.