Технических объектов и технологий

Результатами инженерного творчества чаще всего являются новые, более совершенные и эффективные технические объекты и технологии или, выражаясь языком патентоведов, новые устройства и способы.

Техническим объектом будем называть созданное человеком или автоматом реально существующее (существовавшее) устройство, предназначенное для удовлетворения определенной потребности. К техническим объектам можно отнести отдельные машины, аппараты, приборы, ручные орудия труда, одежду, здания, сооружения и т.п. устройства, выполняющие определенную функцию по преобразованию объектов живой и неживой природы, энергии или информационных сигналов. К техническим объектам будем также относить любой из элементов (агрегат, блок, узел, деталь), из которых состоят машины, аппараты, приборы и т.д., а также любой из комплексов взаимосвязанных машин, аппаратов, приборов. Это может быть технологическая линия, цех, завод и т.п.

Как видно из определения, технический объект представляет собой весьма широкое понятие. Так, например, к техническим объектам можно отнести самолет и кофемолку, мачту линии электропередачи и лопату, ЭВМ и туфли, завод и выпускаемые им болты и гайки. Как синоним понятия «технический объект» в литературе часто используют еще понятие «техническая система».

Почти у любого технического объекта существует надсистема, т.е. другой технический объект, в который он функционально включается или входит как отдельный элемент.

Обработка вещества, энергии или сигналов представляет собой выполнение с помощью технических объектов некоторой четко определенной последовательности операций. В связи с этим технологией будем называть способ, метод или программу преобразования вещества, энергии или информационных сигналов из заданного начального состояния в заданное конечное состояние с помощью определенных технических объектов.

Каждый технический объект может быть представлен описаниями, имеющими иерархическую соподчиненность. Описания характеризуются двумя свойствами:

каждое последующее описание является более детальным и более полно характеризует технический объект по сравнению с предыдущим;

каждое последующее описание включает в себя предыдущее.

Такие свойства имеют следующие описания: потребность, или функция технического объекта; техническая функция; функциональная структура; физический принцип действия; техническое решение; проект.

Потребность. Это общепринятое и краткое описание на естественном языке назначения технического объекта или цели его создания (существования). При описании потребности отвечают на вопрос: «Что (какой результат) желательно иметь (получить) и каким особым условиям и ограничениям при этом нужно удовлетворить?»

Если рассматривать более детально описание потребности, то оно должно включать следующую информацию:

необходимое действие (наименование действия);

объект (предмет обработки), на которое направлено это действие;

особые условия и ограничения.

Наряду с понятием потребности в инженерной практике также широко используется понятие функции технического объекта. Описания потребности и функции технического объекта тождественно совпадают. Различие между потребностью и функцией состоит в том, что понятие потребности всегда связано с человеком или автоматом (коллективом людей, автоматов), поставившим задачу реализации потребности и выполняющим проектирование соответствующего технического объекта и его изготовление. Понятие функции всегда связано с техническим объектом, реализующим эту потребность.

Техническая функция. Описание технической функции содержит следующую информацию:

потребность, которую может удовлетворить технический объект;

физическая операция (физическое превращение, преобразование), с помощью которой реализуются потребности.

Функциональная структура. Подавляющее большинство технических объектов состоит из нескольких элементов (агрегатов, блоков, узлов) и они могут быть естественным образом разделены на части. Каждый элемент как самостоятельный технический объект выполняет определенную функцию и реализует определенную физическую операцию, т.е. между элементами имеют место два вида связей и соответственно два вида их структурной организации.

Во-первых, элементы имеют определенные функциональные связи друг с другом, которые образуют конструктивную функциональную структуру. Конструктивная функциональная структура представляет собой ориентированный граф, вершинами которого являются наименования элементов, а ребрами – функции элементов.

Под физико-техническими эффектами будем понимать различные приложения физических законов, закономерностей и следствий из них, физические эффекты и явления, которые могут быть использованы в технических устройствах. Как правило, в физико-технических эффектах имеет место определенная причинно-следственная связь между «входом» и «выходом». Физико-технический эффект должен иметь стандартное формализованное (имеющее определенную структуру) описание, удобное для технических приложений и машинной обработки.

Физический принцип действия. Под физическим принципом действия будем понимать ориентированный граф, вершинами которого являются наименования физических объектов В, а ребрами входные А и выходные С потоки вещества, энергии и сигналов.

Описание принципа действия, как правило, содержит изображение принципиальной схемы технического объекта, в которой в упрощенно-идеализированной форме показаны основные конструктивные элементы, обеспечивающие реализацию принципа действия, и указаны направления потоков и основные физические величины, характеризующие используемые физико-технические эффекты. Принципиальная схема облегчает последующую разработку (конструирование) технического решения.

Техническое решение представляет собой конструктивное оформление физического принципа действия или функциональной структуры. Техническое решение конкретного технического объекта, как правило, описывается в виде двухуровневой структуры через характерные признаки технического объекта в целом и его элементов. При этом используют следующие группы признаков:

указание (перечень) основных элементов;

взаимное расположение элементов в пространстве;

способы и средства соединения и связи элементов между собой;

последовательность взаимодействия элементов во времени;

особенности конструктивного исполнения элементов (геометрическая форма, материал и т.д.);

принципиально важные соотношения параметров для технического объекта в целом или отдельных элементов.

В зависимости от вида рассматриваемого технического объекта элементом может быть часть детали, деталь, узел, блок, агрегат, техническая система, комплекс технических систем. При описании технического решения некоторых технических объектов может использоваться только часть признаков.

Техническое решение конкретного технического объекта может быть описано с любой степенью детализации. Для этого используют иерархический набор двухуровневых описаний технического решения, т.е. сначала описывают техническое решение устройства в целом, затем технические решения каждого блока, затем – каждого узла и т.д. Описание технического решения на естественном языке, как правило, дополняют его графическим изображением. Способы описания технических решений достаточно хорошо разработаны и изложены в методических и инструктивных материалах по патентоведению, поскольку во всех патентах и авторских свидетельствах на устройства дается описание прототипа и нового технического решения.

Техническое решение представляет собой как бы безразмерное описание технического объекта, которое может иметь самые различные реализации по параметрам. К параметрам будем относить размеры технического объекта и его элементов, количественные характеристики входных и выходных потоков и другие важные измеряемые свойства технического объекта. Например, асинхронный электродвигатель при одинаковом техническом решении имеет десятки модификаций по размерам, силе тока, напряжению, частоте вращения, мощности и другим параметрам.

В отличие от технического решения в проекте указываются параметры технического объекта и всех элементов до деталей. Он содержит всю необходимую информацию для изготовления и эксплуатации технического объекта. В зависимости от сложности технического объекта описание проекта составляет от нескольких страниц до сотен томов, т.е. проекты технических систем – это многотомные уникальные собрания сочинений, недоступные широкому читателю, но, как правило, осязаемые в виде готовых изделий и сооружений.