С чего начинается инженерная деятельность человека. Виды инженерной деятельности

1.2 Материал изделия

Описание материала изделия

Полимеры - высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев. В начале XX века полимеры были выделены в самостоятельную группу веществ. Выделение произошло, когда появилась реальная возможность получать их химическим путем. Первоначально синтетические вещества использовались как заменители известных природных полимеров: древесины, каучука, шелка. Развитие промышленности в последние десятилетия привело к появлению широкого спектра совершенно новых веществ - пластмасс и эластомеров, многие из которых имеют свойства, отличные от свойств любых полимеров. Материалы на основе полимеров, способные под влиянием нагревания и давления формироваться и затем устойчиво сохранять (в результате охлаждения или отверждения) приданную им форму, широко используются для производства труб и соединительных деталей. Помимо полимера, пластмассы содержат добавки, улучшающие их технологические и эксплуатационные свойства.

По типу полимерных соединений пластмассу можно разделить на термопластичную и термореактивную (термопласты и реактопласты).

К первой группе термопластов можно отнести пластмассу, которая при нагревании переходит в пластическое состояние. Ее могут перерабатывать двумя методами:методом литья под давлением (в соединительные и фасонные детали) и методом экструзии (в трубы).

К первой группе (термопластам) - нашедшим наибольшее применение для изготовления пластмассовых трубопроводов, относятся следующие пластмассы:

Полиэтилены, получаемые при высоком, среднем и низком давлениях, и их сополимеры с другими полиолефинами, а также радиационно или химически сшитый полиэтилен;

Полипропилены (гомополимер, блоксополимер, рандом сополимер);

Полибутен;

Поливинилхлорид, хлорированный поливинилхлорид;

Фторполимеры.

Во вторую группу (реактопласты) входят пластмассы, которые в процессе формирования в изделие отвердевают итеряют способность к повторному формованию. В основном реактопласты не применяются в чистом виде. Они используются в качестве компонентов композитных материалов в сочетании с углеродными, стеклянными, полимерными и другими волокнами. Эпоксидная и полиэфирная смола являются самыми используемыми отвердевающими полимерными материалами.

Основным сырьем для получения пластмасс являются нефть или природный газ. Основным же химическим элементом, входящим в состав всех синтетических пластических материалов, является углерод. В состав пластмасс входят также другие элементы: водород, кислород, азот, хлор, сера.

На базе относительно простого вещества – этилена, состоящего из двух атомов углерода и четырех атомов водорода, осуществляется получение гораздо более сложного химического вещества - полиэтилена.

СН 2 = СН 2 - этилен

В ходе полимеризации молекулы этилена преобразуются в молекулы полиэтилена рис. 1.1.

А. До полимеризации:

Б. После полимеризации:

Рис. 1.1. Молекула полиэтилена.

Таким образом, полиэтилен состоит из больших молекул, представляющих собой длинные углеводородные цепочки, которые могут быть простыми или разветвленными рис. 1.2. .

Разветвленные цепочки

Рис. 1.2. Цепочки молекул полиэтилена

В зависимости от степени разветвленности получают пластические массы с различными характеристиками.

При химической модификации термопластичного полимера создаются поперечные связи между цепочками - так называемая сшивка. Различают три основных метода сшивки полиэтилена: радиационный (РЕХ-с), перекисный (РЕХ-а) и силанольный (РЕХ-b).

Преимущества силанольного метода сшивки:

Возможность использования существующего экструзионного оборудования;

Отсутствие ограничений по диаметру трубы;

Возможность использования традиционных методов сварки, с последующей обработкой соединения.

Силанольная сшивка протекает по следующему механизму: следовые количества воды диффундируют в силансодержащую полиэтиленовую матрицу, вызывая гидролиз и концентрацию силановых групп с образованием силоксановых поперечных связей между цепочками полиэтилена. Процесс ускоряется под воздействием тепла и наличии катализатора .

Из всего многообразия свойств полиэтилена особо можно выделить два: высокую химическую стойкость и неспособность вступать в электрохимические реакции, благодаря чему исключается возможность появления коррозии, присущей стали.

Свойства полиэтилена во многом определяются его плотностью. В российских и международных стандартах принята следующая классификация полиэтилена по группам плотности, г/см3:

1. ПНП и ПВД - полиэтилен низкой плотности и полиэтилен высокого давления - 0,910-0,925;

2. ПСП - ПНД - полиэтилен средней плотности и полиэтилен низкого давления - 0,926 - 0,940;

3. ПВП - ПНД - полиэтилен высокой плотности и полиэтилен низкого давления - 0,941-0,965.

Разветвленный полиэтилен с низкой плотностью можно получить путем полимеризацией при высоком давлении. Линейный полиэтилен получают путем полимеризацией при низком давлении различными методами: газофазный, растворный, суспензионный.Полиэтилен можно получить различной плотности за счет введения сополимеров. Плотность может составлять от 0,92 до 0,96 г/см3. Отечественные трубные марки полиэтилена низкого давления производятся газофазным методом с использованием в качестве сополимера бутена-1. Полиэтилен средней плотности может получиться только полимеризацией при низком давлении.

Внешне трубы из ПВД и ПНД ничем не отличаются. Если на трубы отсутствуют документы (маркировка или паспорт) то ПНД от ПВД довольно сложно отличить. Если имеются два отрезка трубы из ПНД и ПВД одного наружного диаметра с одинаковой толщиной стенки, то при положении равных нагрузок трубы из ПНД сплющиваются в меньшей степени. Трубы из ПНД более твердые, чем трубы из ПВД.

Высокая прочность и монолитность соединения можно получить только путем сварочных работ изделий из одинаковой пластмассы. Трубы из полипропилена, полиэтилена или полибутена, которые были сварены между собой, легко разрушаются при механических испытаниях и не образуют прочного соединения .

Полиэтилен чувствителен к ультрафиолетовым лучам и теплу. Под их воздействием изменяются его цвет и механические характеристики, т.е. он становится более твердым и хрупким. Эти изменения происходят не сразу и становятся заметными только после года хранения труб на открытом воздухе, на солнце и в неблагоприятных климатических условиях. Так как трубы укладываются в траншеи, то опасность климатического старения становится минимальной.

При температурном воздействии полиэтилен становится более «эластичным», т.е. более легко поддающимся деформированию при механических усилиях.

Температура плавления, при которой полиэтилен превращается в пастообразную массу - 130°С.

Температура размягчения 120°С.

Температура хрупкости минус 70°С .

Определение предела текучести является довольно важным, т.к. оно указывает на тот предел, по достижении которого пластическая масса испытывает необратимые изменения, при этом относительное удлинение составляет 16 %.

Разрыв наступает при нагрузке в 32 МПа, предел текучести - 22 МПа.

Удлинение может колебаться в пределах от 800 до 1000 % при скорости от 50 до 100 мм/мин при температуре 20 °С. Величина удлинения непостоянна и зависит от скорости растяжения и температуры.

Коэффициент расширения полиэтилена в десять раз превышает соответствующий коэффициент стали. Коэффициент линейного расширения полиэтилена равен 0,15 - 0,20, тогда как у стали - 0,011 мм/м°С. Это следует учитывать при прокладке трубопроводов из полиэтиленовых труб и соблюдать меры предосторожности .

Полиэтилен не является абсолютно герметичным против диффузионной проницаемости, которая увеличивается с повышением температуры. Однако проницаемость полиэтилена чрезвычайно мала и равняется 0,6 м3 на один километр в течение года.

Трубы из полиэтилена обладают химической стойкостью к воздействию: 6,31%-ного водного раствора азотной кислоты; аммиака (газообразного, сухого, 100%-ного, чистого, водного, насыщенного на холоде); технически чистого ацетона; технически чистого бензина; винной кислоты; любого торгового вина; воды (дистиллированной, деминерализованной, обессоленной, минеральной, морской); солям калия; воздуха (сжатого, содержащего масло); солям меди; солям магния; отходящих газов, содержащих диоксид углерода; соляной кислоты; диоксида серы; ртути; сероводорода; серы; мочевины; мыльного раствора.

Не обладают химической стойкостью к воздействию: 40%-ного водного раствора азотной кислоты; брома; мазута; камфорному маслу; 100%-ного озона; сероуглерода; технической жидкой двуокиси серы; хлора и хлористых соединений; царской водки.

Выбор труб

При обозначении труб из полиэтилена (ПЭ) обязательно должна указываться его плотность. На готовую продукцию наносится специальная маркировка, которая обозначает: ВП - высокая, СП - средняя, НП –низкая. Однако указание плотности не характеризует основной показатель, который был принят в международной системе стандартизации (СЕN и ISО) для соединительных деталей и идентификации труб. Он основан на прочности материала «Minimum Required Strengh» (МRS)– это минимальная длительная прочность. В соответствии с этим методом указывается давление, которое материал трубы может воспринимать без разрыва в течение 50 лет.

Стандартное размерное отношение SDR - это отношение номинального наружного диаметра трубы к номинальной толщине стенки.

SDR определяется по определенным формулам. Выбор формулы зависит в первую очередь от материала трубы и рабочего давления среды:

1. для водопроводных труб SDR=2S+1

2. для газовых труб SDR=2MRS/MOP·C+1,

S - серия трубы, определяемая по формуле:

S = σ/MOP, где

σ - допускаемое напряжение в стенке трубы, равное МRS/С, МПа;

МОР - максимальное рабочее давление, МПа.

МRS - минимальная длительная прочность, МПа;

С – коэффициент запаса прочности: для водопровода - 1,25;

для трубопровода – имеет различное значение (от 2,5 до 2,8), в зависимости от местонахождения и максимального рабочего давления.

Формула для определения SDR газовых труб упрощена по сравнению с водопроводными, так как в ней отсутствует определение серии трубы S.

В табл. 3 приведены наружные диаметры напорных полиэтиленовых труб для трубопроводов различного назначения.

СВ строительстве с помощью полиэтиленовых труб прокладывают:

Подземные напорные водопроводные и канализационные трубопроводы;

Подземные самотечные трубопроводы для сточных, поверхностных и дренажных вод;

Защитные футляры электрических и телекоммуникационных кабелей при их подземной прокладке;

Водопропуски под дорогами;

Газопроводы;

Технологические трубопроводы в промышленности;

Подводные трубопроводы и водовыпускные трубопроводы .

Трубы для трубопроводов производятся по ГОСТ 18599-2001.

Данный стандарт распространяется на напорные трубы из полиэтилена, которые предназначены для трубопроводов, транспортирующих воду, в том числе для хозяйственно-питьевого водоснабже­ния. Оптимальная температура при этом должна составлять от 0 до 40 С, а также другие газообразные и жидкие вещества.

Данный стандарт не распространяется на трубы для проведения транспор­тирования горючих газов и электромонтажных работ, которые предназначены в качестве топлива и сырья для и коммунально-бытового и промышленного использования.

К качеству продукции, которые обеспечивают ее безопасность для здоровья, жизни и имущества населения, охраны окружающей среды предъявляют особые требования. Такими требованиями являются:

Трубы изготовленные из полиэтилена минимальной длительной прочностью MRS 3,2; 6,3; 8,0; 10,0 МПа (ПЭ 32, ПЭ 63, ПЭ 80, ПЭ 100) по технологической документа­ции, утвержденной в установленном порядке.

Трубы для хозяйственно-питьевого водоснабжения изготовляют из полиэтилена марок, которые разрешены Министерством здравоохранения.

По согласованию с потребителем допускается изготовлять трубы технического назначения с использованием вторичного сырья той же марки, которое образуется при собственном производстве труб по настоящему стандарту.

Выбираем трубы из полиэтилена ПЭ100 диаметром 225 SDR11 и 160 SDR11технические по ГОСТ18599-2001 которые должны отвечать следующим требованиям:

Наружный диаметр х толщина стенки +Предельное отклонение:

160 х 14,6 мм;

225 х 20,5 мм.

Вид поверхности внешний:

Трубы должны иметь гладкие поверхности (наружную и внутреннюю). Допускаются волнистость и незначительные продольные полосы,которые не выводят толщину стенки трубы за пределы допускаемых отклонений. На внутренней, наружной, и торцевой поверхностях труб не допускаются трещины, раковины, пузыри и посторонние включения, которые видно невооруженным глазом без увеличительных приборов.

Относи­тельное удлине­ние при разры­ве, не менее 250%;

Измене­ние длины труб после прогрева, не более 3%;

Выбор и расчет максимального рабочего давления труб для транспортирования различных жидких и газообразных сред, кроме воды, к которым полиэтилен химически стоек, проводят на основе нормативных документов на монтаж и эксплуатацию соответствующих трубопроводов.

Для труб из полиэтилена ПЭ100 максимальное рабочее давление при температуре воды 20 °С равно 1,0 МПа.

Коэффициент снижения максимального рабочего давления при температуре транспортируемой по трубопроводу воды до 40 ºС на срок службы 50 лет.

Соединительные детали (фитинги)

Соединительные детали, предназначенные для соединения труб, изготовленных в соответствии с ГОСТ Р 50838-95* «Трубы из полиэтилена для трубопроводов». Данный ГОСТ распространяется на трубопроводы систем водоснабжения, канализации, технологических трубопроводов

ТУ 6-19-359-97 «Детали соединительные из полиэтилена для газопроводов» используются для производства деталей для соединения труб с использованием сварки нагретым инструментом встык, при строительстве подземных газопроводов, транспортирующих горючие газы, в системах промышленного и коммунально-бытового назначения».

Условное обозначение деталей состоит из наименования вида детали, материала (ПЭ100), номинальных наружных диаметров, размерного отношения (SDR 11), слова промышленная, обозначения ТУ.

1.4 Выбор способов сварки трубопровода

Сварка встык

Закрепление концов труб в зажимах центратора сварочной машины;

Механическая обработка концов труб с помощью торцевателя (она производится до тех пор, пока снимаемая с торцов стружка не станет сплошной, после чего стружка должна быть удалена из зоны сварки);

Проверка соосности и точности совпадения торцов труб по величине зазора между ними (величина зазораможет составлять 0,3-0,5 мм);

Оплавление и нагрев свариваемых поверхностей нагретым инструментом (оплавление торцов производится под давлением 0,2±0,02МПа до образования по всему периметру контакта валиков первичного грата, после чего давление снижается и происходит нагрев торцов. Давление при оплавлении в 10 раз больше, чем при нагреве);

Осадка стыка до образования сварного соединения (процесс происходит под плавным увеличением давления на оплавленные торцы, которое достигает значения 0,2±0,02 МПа и сохраняется до охлаждения сваренного стыка);

Демонтаж сварного соединения из зажимов центратора сварочной машины.

Температура нагретого инструмента в процессе сварки должна автоматически поддерживаться постоянной, величина ее, в зависимости от материала труб и температуры окружающего воздуха, может колебаться от 200 до 230 °С. В зависимости от материала и толщины стенки трубы, а также температуры окружающего воздуха продолжительность нагрева составляет от 50 до 360 секунд, давления осадки - от 3 до 16 секунд, а охлаждение сварного соединения - от 4 до 36 минут. Технологическая пауза (время, за которое необходимо удалить нагревательный инструмент из зоны сварки) зависит от толщины стенки трубы, и ее величина колеблется от 3 до 6 секунд (для труб диаметром свыше 315 мм -12 секунд). Технологический процесс сварки встык более прост по сравнению со сваркой враструб и легче поддается автоматизации.

Для этого были определены основные параметры сварки встык:

Продолжительность оплавления и нагрева;

Температура нагретого инструмента;

Давление нагретого инструмента на торцы при оплавлении и нагреве;

Давление на торцы при осадке;

Продолжительность технологической паузы;

Время охлаждения сваренного стыка под давлением осадки.

Если сварочная машина управляет и контролирует всеми вышеперечисленными параметрами, она считается машиной с высокой степенью автоматизации, если хотя бы один из параметров машиной не выполняется, то она относится к средней степени автоматизации. Те сварочные машины, в которых управление основными параметрами сварки осуществляется вручную, но контроль автоматизирован, относятся к ручным. Применить более простые термины - «автомат» и «полуавтомат» нельзя, потому, что начальный этап технологического процесса сварки встык не поддается автоматизации или чрезмерно ее усложняет. А именно: механическая обработка концов труб с помощью торцевателя; удаление стружки из зоны сварки; проверка соосности и точности совпадения торцов труб по величине зазора между ними. Все эти операции выполняются вручную. Некоторые производители сварочных машин высокой и средней степени автоматизации как дополнительную меру, обеспечивающую качество сварки, нормируют время нарастания давления осадки. Огромным преимуществом этих машин является наличие электронного устройства, позволяющего протоколировать весь процесс сварки, что позволяет практически исключить возможность субъективной оценки правильности проведения сварочного процесса.

Для сварки труб с соединительными деталями потребуется сварочная машина, в центраторе которой можно удалить тот или иной зажим, т.к. соединительные детали имеют разную конфигурацию. Концы труб и деталей центрируют по наружной поверхности таким образом, чтобы максимальная величина смещения наружных кромок не превышала 10% от толщины стенок труб и деталей. При сварке встык вылет концов труб из зажимов центраторов обычно составляет 15-30 мм, а привариваемых деталей не менее 5-15 мм. Сам процесс сварки аналогичен процессу сварки труб. Рекомендуется сварку соединительных деталей с трубами производить в условиях мастерских. При этом деталь приваривают к полиэтиленовому патрубку длиной не менее 0,8-1,0 м. Маркировка стыков (номер стыка и код оператора) производится несмываемым карандашом-маркером или клеймом на горячем расплаве грата через 20-40 секунд после окончания операции осадки в процессе охлаждения стыка.

Стыковую сварку используют и для изготовления соединительных деталей водопроводов и канализации, с так называемым «косым стыком». В этом случае центратор имеет подвижное основание или специальные зажимы, позволяющие производить сварку под углом. Таким образом можно сделать сварные колена, тройники, крестовины.

Сварка встык широко применяется для соединения труб мерной длины и больших диаметров при строительстве газопроводов, водопроводов, канализации и т.п. .

Сварка враструб

Сварка враструб основана на одновременном оплавлении при помощи наружной поверхности конца трубы с последующим сопряжением оплавленных поверхностей путем быстрого надвигания конца трубы в раструб и нагревательного инструмента внутренней поверхности раструба. (рис. 1.6). Нагревательный инструмент имеет сложную конфигурацию. При ней наружный диаметр дорна должен быть равным или несколько большим номинального внутреннего диаметра раструба, следовательно, внутренний диаметр гильзы должен быть равным или несколько меньшим минимального наружного диаметра трубы. Поэтому перед сваркой размеры свариваемых труб обязательно проверяются при помощи специального калибра. Если в процессе проверки были выявлены несоответствия, то концы труб доводятся до требуемых размеров. Делается это с помощью нагрева, расширения или механической обработки. Площадь сварки в раструбных соединениях значительно превышает площадь поперечного сечения трубы.

Технологический процесс проходит в следующей последовательности:

Подготовка концов труб (калибровка под размер нагретого инструмента, механическая и тепловая обработка до размеров калибра);

Нанесение метки на расстоянии от торца трубы, равном глубине раструба плюс 2 мм;

Сборка стыка (происходит установка и закрепление концов свариваемых труб или деталей в зажимах центрирующего приспособления;

Проверка соосности и разметка стыка (на конце трубы дальше глубины раструба и на наружной поверхности раструба);

Оплавление и нагрев свариваемых поверхностей нагретым инструментом;

Удаление нагретого инструмента из зоны сварки;

Осадка стыка до образования сварного соединения (продолжительность осадки в 3 раза больше продолжительности нагрева);

Охлаждение соединения;

В зависимости от материала труб, для обеспечения надежного оплавления поверхностей температура нагревательного инструмента меняется в пределах 300 - 260 °С. Также, в зависимости от материала и толщины стенки трубы, продолжительность нагрева составляет от 6 до 50 секунд, а охлаждение сварного соединения от 2 до 10 минут. Технологическая пауза (время, за которое необходимо удалить нагревательный инструмент из зоны сварки) не должна превышать 1 - 2 секунды. При применении приспособлений, обеспечивающих быстрое сопряжение деталей, сварка враструб допускается при минимальной температуре окружающего воздуха до минус 15 °С, в других случаях она не должна быть ниже 0 °С.

При соединении труб с муфтами рекомендуется сварку второго конца муфты производить после полного охлаждения первого. Ограничительный хомут используется для более точной центровки концов труб и деталей, а также создания дополнительного давления при сварке. Перед каждой сваркой рабочие поверхности нагревательного инструмента необходимо очистить от налипшего от предыдущей сварки материала.

Раструбные соединения не получили распространения для сварки ответственных трубопроводов из-за сложности проведения

подготовительных и сварочных работ, и, как следствие, возможности снижения качества их выполнения. .

Сварка при помощи деталей с закладными нагревателями

Сварку при помощи деталей с закладными нагревателями (ЗН) можно применять для соединения труб любого диаметра и длины, а также для приварки к трубопроводу седловых отводов, усиливающих муфт и прочих элементов. Особенно это эффективно для соединения длинномерных труб.

Сварка производится при температуре воздуха от минус 15 °С до плюс 35 °С. Суть технологического процесса сварки заключается в том, что встроенные в соединительную деталь закладные нагреватели (еще их называют проволочные электроспирали) разогревают место соприкосновения поверхностей трубы и детали. В результате такого процесса происходит расплавление и смешивание материала поверхностных слоев. После охлаждения материал напоминает однородную массу.

Существует определенная последовательность запуска процесса (рис. 1.8.):

Подготовка концов труб (разметка под деталь с ЗН, механическая обработка - циклевка свариваемых поверхностей труб, их обезжиривание и, при необходимости, обезжиривание детали с ЗН);

Сборка стыка (устанавливаются и закрепляются концы свариваемых труб в зажимах центрирующего приспособления. Одновременно происходит посадка детали с ЗН);

Подключение детали с ЗН к сварочному аппарату (ввод информации, определяющий режим процесса сварки);

Пуск процесса сварки (обычный нагрев);

Охлаждение соединения;

Удаление центрирующего приспособления.

Процесс сварки при включении аппарата происходит в автоматическом режиме, а сами результаты процесса сварки протоколируются.

Сварка при помощи деталей с ЗН наибольшее распространение получила за рубежом, в России она долгое время не применялась, несмотря на наличие отечественных разработок. Считалось, что этот вид сварки намного дороже и сложнее, чем сварка встык, при этом не учитывались следующие факторы:

Надежность соединения за счет большей площади свариваемой поверхности и механического обжатия деталью с ЗН тела трубы (исключение составляют седельные ответвления и патрубки-накладки);

Возможность соединения труб с толщиной стенки менее 5 мм;

Автоматический процесс сварки;

Сварочный аппарат в 3-5 раз дешевле машины для сварки встык;

Снижение стоимости деталей с ЗН по мере расширения их производства.

Относительно большая стоимость деталей с ЗН компенсируется за счет их малого количества, необходимого для соединения длинномерных труб. Так, в сочетании с небольшой стоимостью сварочного аппарата, общая стоимость такого соединения значительно ниже стоимости сварного соединения встык и надежнее соединения враструб.

Кроме соединения длинномерных труб и труб с толщиной стенки менее 5 мм, этот способ сварки эффективен при производстве ремонтных работ и незаменим при реконструкции изношенных трубопроводов с использованием профилированных полиэтиленовых труб, а также для соединения труб разной толщины или материалов .

Выбор способа сварки

Выбор способа сварки регламентирован требованиями нормативной документации по строительству и ремонту полиэтиленового трубопровода.

Каждый из рассмотренных способов сварки обладает преимуществами и недостатками. Однако для сварки распределительной сети трубопровода из полиэтилена низкого давления (ПЭНД) применяются различные способы сварки, исходя из их технико-экономических показателей.

Для изготовления основной ветки трубопровода, где применяются трубы мерной длины с диаметром 225 мм и ветки с диаметром 160 мм, применяют сварку нагретым инструментом. Сварка нагретым инструментом имеет ряд преимуществ:

− во-первых, прочность сварного шва не уступает прочности основного материала;

− во-вторых, относительная простота способа позволяет исключить большие затраты на создание оборудования и дальнейшее обслуживание.

Там, где необходимо от основной трубы большого диаметра по сравнению с отводимой трубой, подвести трубопровод к потребителю применяют сварку соединительными деталями с закладным нагревателем. В частности седловые отводы с закладным нагревателем. Такой способ сварки позволяет соединять трубы с маленькой толщиной стенки. Это позволяет получить качественное, надёжное и технологичное соединение.

Не редка возникает необходимость. Следовательно нужно осуществить переход полиэтилен - металл. Для этого обычно применяют фланцевое разборное соединение полиэтиленовой трубы с металлической .

Итак, выбор способа сварки на данном участке трубопровода зависит от особенностей местности, условий прокладки магистрали и требований нормативных документов на проводимые работы.

Практическая деятельность инженера охватывает в наше время весьма обширную область человеческих знаний. Так, знаний выдающегося инженера и величайшего ученого древнего мира Архимеда было достаточно, чтобы одному создать метательные машины, поражавшие воображение многих людей.

B настоящее время потребовалось объединение усилий множества талантливых ученых и незаурядных инженеров во главе с выдающимся инженером нашей эпохи академиков С.П. Королевым, чтобы решить современную задачу метания - задачу “метания” в космос искусственного спутника Земли.

Современному инженеру для его инженерной деятельности не хватило бы всех знаний Архимеда, Леонардо да Винчи и A.C. Попова, вместе взятых. Однако это не означает, что любой инженер нашего времени может сравниться в техническом творчестве с любым из названных выше. Техническое творчество инженера каждой общественной формации использует опыт и достижения ее предшественников как фундамент, на котором каждый возводит свое “здание”.

Для решения задачи создания современного технического объекта требуется объединение усилий десятков инженеров разных специальностей. Чем же вызвана необходимость объединения усилий такого количества людей?

Изобретатель древности самолично реализовывал все этапы инновационного цикла, своими руками опредмечивал собственную идею. Инженер индустриального общества многолик. Разделение инженерного труда привело к созданию достаточно обособленных внутренних профессиональных групп. Ha каждой из ветвей инженерной деятельности специалист должен обладать специфическими знаниями и практическими навыками.

Прежде чем приступить к непосредственному производству технических объектов, их надо прежде всего сконструировать. B эту задачу входит: выбор принципа действия, разработка кинематической схемы конструкции, выбор схемы взаимодействия определенных узлов, выбор подходящих материалов и деталей, расчет и выбор оптимальных режимов работы отдельных узлов и всей конструкции в целом, компоновка и внешнее оформление изделия, разработка технического проекта изделия.

Конструирование - самостоятельная инженерная задача, относящаяся к видам инженерной деятельности и требующая специфических знаний и навыков. Инженеры, занимающиеся решением этой специфической задачи, именуются инженерами-конструкторами.

Объект, сконструированный инженером-конструктором, необходимо воплотить в металл, дерево, бетон, другой материал. Иными словами, если конструктор ответил на вопрос, что надо сделать, то кто-то должен ответить на вопрос, как это сделать.

Для изготовления одного и того же объекта можно использовать различные технологические приемы и операции: литье или ковка, прессование или токарная обработка, склеивание или шитье, химическая или лазерная обработка материалов и деталей. Выбор технологических операций существенно влияет на эффективность производства и качество продукции. Одна технология ускоряет производство, другая - обеспечивает качество, третья - позволяет получить более дешевый продукт, четвертая - повышает надежность и безотказность. Обеспечить выбор оптимальной для данного конкретного производства технологии, а если таковой нет, то разработать ее - задача инженера-технолога. Главной задачей для инженера-технолога является строгий контроль за соблюдением технологического режима производства, его совершенствование и развитие.

Технолог находится как бы между машиной и объектом ее воздействия и, следовательно, должен синтезировать их в своей деятельности таким образом, чтобы в результате получить конкретное изделие, предмет или продукт C заранее запрограммированными конструктором формой, свойствами и качествами.

Для выполнения своих функций технолог должен в совершенстве знать: возможности отдельных машин, агрегатов (путь познания которых проходит через расшифровку тонкостей технологического процесса); особенности сырья и возможности его переработки на машинах (происхождение, геометрические параметры, а также комплекс физических, химических и механических свойств); производственный процесс получения заданного изделия, полуфабриката, материала (продукта) на всех переходах и влияние, оказываемое процессом на первоначальные свойства сырья.

Однако, разработка и изготовление технического объекта требует обеспечение нормального функционирования его. Для этого требуется грамотно оценивать технического состояния объекта, соблюдать режимы работы узлов и механизмов, своевременно производить комплекс профилактических мероприятий и регламентных работ для предотвращения преждевременного износа и отказов в его работе. B случае же отказа в работе изделий надо уметь грамотно выявить дефект и организовать ремонт. Решением этих технических вопросов занимается инженер-эксплуатационник.

Успех развития инженерного дела целиком и полностью зависит от состояния научно-исследовательской деятельности в обществе. Производство не может стоять на месте. Его развитие направлено на постоянное повышение качества продукции и его количественный рост. Решение этих задач, а следовательно, успехи в развитии инженерного дела возможны только на основе дальнейших научных достижений. Конечной целью научных исследований в инженерном деле является разработка методов расчета и оптимизации параметров изделий, контроля их характеристик, повышения экономичности и надежности на стадиях конструирования, производства и технической эксплуатации. Решением этих задач занимаются инженеры- исследователи.

B мировой практике известна и широко распространена роль инженера как организатора производства. Являясь техническим руководителем производственного коллектива, инженер должен обеспечивать не только эффективное использование технических средств, сырья, HO и

производственного персонала. Эту функцию выполняют инженеры-управленцы (менеджеры).

Рис. 2. Виды инженерной деятельности

Таким образом в инженерной деятельности следует различать инженеров нескольких профилей (Рис.2):

Инженер-конструктор;

Инженер-технолог;

Инженер-эксплуатационник;

Инженер-исследователь;

Инженер-управленец (менеджер);

Инженер-экономист;

Инженер-эколог;

Инженер-метролог;

Инженер-информационщив;

Инженер, решающий задачи математического обеспечения

автоматизированных систем управления и др.

Bce эти виды деятельности взаимосвязанны, они дополняют друг друга и способствуют в целом решению одной важной задачи - развитию инженерного дела в целом.

Однако не только эти виды инженерной деятельности можно выделить B достаточно многогранной жизни инженера.

Развитие производственных отношений требует постоянного расширения специальностей и специализаций в инженерном деле. B настоящее время деятельность инженера-конструктора, инженера-технолога, и т.д. не мыслима без всестороннего анализа их изысканий со стороны материальных затрат на производство. Ha арену жизни выходит инженер-экономист, осуществляющий оценку материальных затрат.

Погоня за прибылью зачастую порождает нарушения баланса окружающей среды, вызывающие пагубное влияние на состояние здоровья человека (сброс промышленных отходов в реки и водоемы, выброс в атмосферу различного рода газовых смесей, повышенная шумность, ионизирующие источники излучения, радиоактивное загрязнение и т.п.). T.e. техника не только служит человеку, но она подчас выступает против него. Это неудивительно, если современный самолет за секунду полета расходует столько кислорода, сколько его производит один гектар леса за 8-14 часов. Ho ведь эти часы составляют практически весь продуктивный временной интервал в целом суточном цикле жизнедеятельности деревьев. Значит, гектару круглосуточно зеленеющего леса потребуется около десяти лет жизни, чтобы насытить авиалайнер кислородом на один час его полета. A летает он не один час в сутки и не в единственном числе! И не все леса зеленеют круглый год. He отстают от самолетов и автомобили, а также многочисленная армия промышленных предприятий. Глобальной проблемой сегодняшнего дня является утилизация и переработка промышленных и бытовых отходов. Ha арену защиты интересов человечества выходит инженер-эколог.

Современной инженерной деятельности характерна глубокая дифференциация не только по функциям (видам), но и по различным отраслям. Такая дифференциация стала возможной, однако, далеко не сразу, она складывалась постепенно, шаг за шагом в зависимости от развития науки, техники и технологий. Так, например, инженер-конструктор нашего времени не может решать весь спектр конструкторских задач по созданию технических структур в области строительства и архитектуры, создания машин по обработке металлов, создания машин на базе использования двигателей внутреннего сгорания, создания радиотехнических приборов, систем, агрегатов и т.д. Таким образом, возникает необходимость деления каждого из видов инженерной деятельности по отраслевому признаку, например, авиаконструктор, конструктор кузнечно-прессовых машин, технолог литейного производства, технолог швейного производства, технолог по производству хлебо-булочных изделий и т.д. и т.п. То-есть с развитием наук, техники и технологий возникает необходимость все более глубокой дифференциации инженерной деятельности.

Сегодня с полной ответственностью можно сказать, что решение всех технических задач проходит красной нитью через все этапы инженерной деятельности и может быть осуществимо лишь совместными усилиями инженеров всех профилей, названных выше.

Понятие «инженер» происходит от лат. - хитроумный, остроумный, изобретательный. Первоначально инженерами называли лиц, которые управляли военными машинами. В современном значении слово «инженер» начинают употреблять в XVIIIв. в связи с возникновением крупного машинного производства.

Инженер - человек, профессионально осуществляющий техническое творчество, это специалист с высшим техническим образованием, который в своей деятельности соединяет науку с производством.

Инженерная деятельность - это техническое применение науки , направленное на производство техники и удовлетворение общественных технических потребностей. В процессе деятельности инженера законы науки из теоретической формы трансформируют в технические принципы, которые находят своё практическое применение.

Союз немецких инженеров определил основные ценностные критерии инженерной деятельности: способность функционирования и надежность, экономичность, благосостояние, здоровье, безопасность, экологичность, качество общества и развитие личности.

Процесс инженерной деятельности включает в себя: определение потребности, выработку и принятие решения, подготовку производства, регулирование производства, удовлетворение потребностей.

Существенные признаки инженерной деятельности :

1) деятельность в сфере материального производства или деятельность, которая направлена на решение задач материального производства;

2) деятельность практическая, т.е. имеет дело с реально существующими объектами в отличие от теоретической или духовной, где существуют мыслимые, идеальные объекты;

3) она разрешает противоречия между объектом (природой) и субъектом (обществом), является процессом превращения природного в социальное, естественного в искусственное;

4) она занимает промежуточное положение между теорией и практикой, (труд инженера является умственным трудом в сфере материального производства).

Этапы развития инженерной деятельности:

1) праинженерный - время строительства крупных и сложных сооружений древности;

2) прединженерный - период мануфактуры, этап становления инженерной деятельности в социальном плане (конец XVIII - начало XIX вв.);

3) период развития инженерной деятельности на основе системы машин и технических наук;

4) современный этап, который связан с переходом к информационной технологии.

Техническая деятельность не пользовалась особой славой в древности. Архимед считал сооружение машин занятием, не заслуживающим ни трудов, ни внимания (большинство из них появилось на свет как бы попутно, в виде забав). в период средневековья эта деятельность часто воспринималась как нечто магическое, воспроизводящему соответствующий миф.

В эпоху Возрождения к инженеру стали относиться не просто как к ремесленнику, а как к творцу, творящему новый мир, мир второй природы. С конца XIX в. начинается резкая критика технического засилья, видя в инженерной деятельности не только источник жизненных благ, но и социального зла.

Однако только в XX веке техника, её развитие, её место в обществе и значение для будущего человеческой цивилизации становитсяпредметом систематического изучения, предметом специального анализа и исследования , и в самой инженерной среде возросла потребность философского осознания феномена техники и собственной деятельности по её созданию. (попытки осмысления сводились либо к исключительно оптимистической оценке достижений и перспектив технического развития, либо внимание привлекалось к его отрицательным сторонам).

Виды инженерной деятельности определяются ее местом и ролью в конкретной системе трудовой деятельности. На первых этапах своего развития инженерная деятельность была ориентирована на применение знаний естественных наук (главным образом, физики), а также математики на производстве, и включала в себя изобретательство, конструирование опытного образца и разработку технологии изготовления новой технической системы.

В настоящее время в рамках инженерной деятельности четко выделяются:

1) Инженерно-исследовательская деятельность , т.е. деятельность, направленную на конкретизацию имеющихся научных знаний применительно к определенной инженерной задаче. Инженерные исследования включают в себя:

Предпроектное обследование;

Научное обоснование разработки;

Анализ возможности использования уже полученных научных данных для конкретных расчетов,

Характеристику эффективности разработки;

Анализ необходимости проведения недостающих научных исследований.

Предметом внимания инженерных исследований становится содержание технического объекта . Конечной целью является разработка методов расчета и оптимизации параметров изделий, контроля их характеристик, повышения экономичности и надежности на стадиях конструирования, производства и технической эксплуатации. Отвечает на вопрос: как и почему будет работать данный технический объект?

2) Инженерно-конструкторская деятельность . Представляет собой деятельность, направленную на разработкуконструкции технической системы. Конструирование тесно связано с изобретательской деятельностью, которая направлена на создание на основании научных знаний и технических изобретений новых принципов действия , способов реализации этих принципов, конструкции технических систем или отдельных их компонентов.

Инженерное конструирование определяет форму (конструкцию ) технического объекта (артефакта), учитывающую принцип действия артефакта, и социально-технические требования, нормы, правила. К таким требованиям относятся габаритные размеры, вес, энергетические характеристики, условия работы, правила безопасности и т.д. Конструктор отвечает на вопрос, что надо сделать

3) Инженерно-проектная деятельность. Представляет собой деятельность, направленную на формирование связей отдельных элементов технических систем. В качестве данных элементов выступают конструктивно оформленные, законченные и уже готовые технические объекты, способные самостоятельно выполнять отдельные функции. К примеру, при проектировании систем управления такими элементами являются отдельные приборы, способные воспринять информацию и преобразовать ее в форму, удобную для передачи по линии связи в центр управления. Инженер-проектировщик абстрагируется от принципа действия элементов проектируемой системы, ограничиваясь лишь ее входными и выходными параметрами и конструктивными характеристиками. Он отвечает на вопрос: из чего состоит и как работает техническая система в целом ?

4) Инженерно-технологическая деятельность. Предполагает проектирование технологических процессов, выбор технологического оборудования, рациональную организацию взаимодействия людей и техники в процессе производства, повышение эффективности использования техники. Предметом инженерно-технологической деятельности является способ изготовления технического объекта. Функции инженера-технолога заключаются в организации производства конкретного класса изделий (например, организация оптической, радиотехнической и электротехнической промышленности, строительство железных дорог и т.д.) и разработке технологии изготовления определенной конструкции технической системы. Инженеру-технологу принадлежат функции проектировщика, производственника и эксплуатационника. (Отвечает на вопрос как сделать ).

Современной инженерной деятельности характерна глубокая дифференциация по различным отраслям, например, авиаконструктор, технолог швейного производства, технолог по производству хлебо-булочных изделий и т.д. и т.п.

Bce эти виды деятельности взаимосвязаны, они дополняют друг друга и способствуют в целом решению одной важной задачи - развитию инженерного дела в целом.

Примечания:

Изобретательство представляет собой процесс (систему действий) создания новых принципов действия и способов их реализации в конкретных технико-инженерных устройствах. При этом речь идёт о создании объекта, не существующего прежде в реальности (изобретение колеса, пороха, двигателя внутреннего сгорания и др.), где происходит материализация («опредмечивание») идеи;

Изобретение - это новое решение , обеспечивающее удовлетворение новой актуальной потребности или улучшение каких-либо критериев эффективности и др. показателей существующих объектов при не ухудшении или незначительном ухудшении др. показателей.

Техническое творчество - это процесс создания нового технико-технологического объекта.

Открытие - это выявление естественных вещей, явлений, закономерностей и др., реально существующих в природе, но не известных прежде (открытие Америки, периодичности элементов, залежей полезных ископаемых и т.п.), в основе которого доминируют внутренние потребности изобретателя, а не внешние условия и обстоятельства.

Источники:

1. Некрасова Н.А., Некрасов С.И. Философия техники. Учебник. - М.: МИИТ, 2010. - 164 с. Глава 2. Инженерно-техническая деятельность: сущность и явление

Основные понятия и определения инженерной деятельности

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

48. Философия инженерной деятельности

Инженерная деятельность исторически оформилась как управленческо-конструктивистская, связанная с необходимостью руководства строительными работами по возведению крупногабаритных объектов культового, оборонительного, транспортного, культурно-развлека-тельного, транспортного коммуникационного, оросительного, жилищ-ного назначения. На основе определенных знаний инженер формировал образ объекта и в процессе строительных работ давал необходимые консультации исполнителям (техническим работникам), разрешал вопросы конструктивистского характера. Для реализации проекта ему придавались необходимые людские и материальные ресурсы. Непосредственно он нес ответственность перед заказчиком.

В условиях техногенного развития Европы и Америки в ХVІІІ в. возник вопрос об инженерном образовании, поскольку масштабы строительной деятельности значительно выросли, возросло значение военной инженерии, под влиянием промышленной революции началась машинизация производственно-технологических процессов.

Инженерное образование потребовало научной основы. В резуль-тате инженерная деятельность стала определяться как техническая деятельность, основанная на регулярном применении научных знаний. В этой деятельности есть конструктивистско-творческий цикл, связанный с изобретательством, конструированием, проектированием, инженерными исследованиями, внедрением (инновациями). Инновационная деятельность акцентирована на технологии и организации производства необходимого артефакта (изделия). При этом решаются задачи разработки технологии изготовления изделия, включая технизированную составляющую в виде оборудования.

Инженер имеет дело не с техническими системами (устройствами и технологическими процессами), а с их описаниями. Он преобразует эти описания от неясных требований заказчика к четким и однозначным, например, чертежам. При этом он использует наработанные в инженерном деле процедуры инженерной деятельности в соответствии с принятым регламентом.

С точки зрения производства инженер должен уметь:

– эксплуатировать и ремонтировать, проектировать и ликвидировать технологические процессы и устройства;

– ставить, разрабатывать, решать задачи, прогнозировать, изобретать и принимать решения по внедрению техники. Понимать значение своей работы и ее последствия как в полезных функциях созданных им технических систем (ТС), так и в нежелательных эффектах.

Традиционно основным смыслом инженерной деятельности считается проектирование, создание технических систем.

В процессе деятельности инженер:

– взаимодействует с заказчиком как пользователем будущего изделия;

– передает коллегам техдокументацию, необходимую им для разработки частей ТС;

– передает рабочим техдокументацию на изготовление;

– передает заказчику (а по необходимости и потенциальному потребителю) эксплуатационную документацию;

– на новых этапах активно работает с заказчиком.

Полный цикл инженерной деятельности включает изобретательство, конструирование, проектирование, инженерное исследование, технологию и организацию производства, эксплуатацию и оценку техники, ликвидацию устаревшей или вышедшей из строя техники.

Изобретательство. На основании научных знаний и технических достижений создаются принципы действия, прописываются способы реализации этих принципов в конструкциях инженерных устройств и систем отдельных компонентов.

Конструирование. Результатом конструкторской деятельности яв-ляется техническое устройство, предназначенное для серийного про-изводства. Конструкция состоит из определенным образом связанных стандартных элементов, выпускаемых промышленностью. Если каких-либо элементов не достает или их параметры не соответствуют требованиям, то они изобретаются и проектируются. Для производства и варьирования технических характеристик проводятся дополнительные инженерные расчеты и учет ряда таких требований, как простота и экономичность изготовления, удобство использования, возможность применения стандартных или уже имеющихся конструктивных элементов.

Технология и организация производства. Исходным материалом этого вида деятельности являются материальные ресурсы, из которых создается изделие, а продуктом – готовое техническое устройство и руководство к его эксплуатации. Функция инженера в данном случае заключается в организации производства конкретного типа изделия и разработка технологии изготовления определенной конструкции этого изделия, а также, если это необходимо, орудий и машин для его изготовления или отдельных его частей.

Эксплуатация, оценка функционирования и ликвидация. Эксплуа-тация технических систем связана с операторской деятельностью, техническим обслуживанием. В процессе эксплуатации технической системы проводится оценка ее функционирования, что особо важно для модернизации систем.

На стадии разработки новой технической системы должны быть сформулированы требования к материалам и компонентам, входящим в ее состав, с точки зрения возможности их утилизации с минимальным ущербом для окружающей среды и здоровья людей.

Для классической инженерной деятельности характерна ориентация каждого вида инженерной практики на соответствующую базовую техническую науку, а впоследствии даже на целый комплекс научно-технических дисциплин.

Процесс проектирования представляет собой особый вид человеческой деятельности. Объекты проектирования могут включать как материальные (производственные строения, машины и т.д.), так и нематериальные объекты (социальное проектирование). Процесс проектирования – это информационно-обрабатывающая деятельность создания информационных моделей планирования технических работ, технических инноваций и выработки методов, средств и процедур для их реализации.

Современная тенденция совершенствования процесса проектиро-вания заключается в его автоматизации, так как задачи проектирования не ограничиваются подготовкой проектной документации. Комплексное системное проектирование включает познание объектов, социальной потребности в них, оценки их реализуемости и оценки последствий введения в эксплуатацию.

Проектирование начинается с получения информации о состоянии данной области: сведения о технических устройствах, материалах, методах изготовления, компонентах, процессах, состоянии рынка и т.д.

Цель проектирования – создание объекта, удовлетворяющего определенным требованиям заказчика, обладающего определенным качеством (структурой). Объект разрабатывается в знаково-символи-ческой форме.

Проектирование руководствуется:

1. Принципом независимости. Реализуя этот принцип проектировщик описывает и разрабатывает процессы функционирования изделия, определяя их в качестве неотъемлемой компоненты первой или второй природы. Считается, что проектировщик при проектировании может пренебречь искажением процессов функционирования, возникающим в результате инженерно-проектной деятельности, поскольку используя знания (закономерности) этих процессов, он их обеспечивает и сводит искажения к минимуму.

2. Принципом реализуемости. Принцип вводит разделение труда между проектировщиком и изготовителем. Он детерминирует проект таким образом, чтобы тот мог быть реализован в современном производстве.

3. Принципом соответствия. Предполагает, что каждому процессу функционирования может быть поставлена в соответствие определенная морфология (строение), функциям поставлены в соответствие определенные конструкции. В практической плоскости этот принцип закрепляется системой норм, нормалей, методических предписаний.

4. Принципом завершенности.

5. Принципом конструктивной целостности – проектируемый объект обеспечивается существующей технологией; состоит из элементов, единиц и отношений, которые могут быть изготовлены в существующем производстве. Проектируемый объект может быть представлен и разработан в виде конечного числа единиц, заданных, на-пример, в производственных каталогах, нормах, правилах и т.п.

6. Принципом оптимальности, который заключается в эффективных решениях.

Во второй половине XX в. 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 инженерная деятельность. 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.

Системотехническая деятельность осуществляется различными группами специалистов, занимающихся разработкой отдельных под-систем. 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 бла-годаря существующим формам разделения труда, последовательности этапов работы, общим целям и т.д. Для реализации системотехнической деятельности требуются координаторы (главный конструктор, руководитель темы, главный специалист проекта или службы научной координации, руководитель научно-тематического отдела). Эти специалисты осуществляют координацию, научно-тематическое руководство в направлении объединения различных подсистем, опе-раций в системотехническую деятельность.

Системное проектирование состоит из последовательности этапов, включающих действия-операции. Это этапы:

– подготовки технического задания;

– изготовления;

– внедрения;

– эксплуатации;

– оценки;

– ликвидации.

На каждом этапе системотехнической деятельности выполняется последовательность операций: анализ проблемной ситуации, синтез решений, оценка и выбор альтернатив, моделирование, корректировка и реализация решения.

Важной частью инженерной деятельности является техническое знание. Оно обладает спецификой, определяемой задачей объективно отражать реальность с целью повышения эффективности производства. В отличие от естествознания, отражающего природные явления как таковые, техникознание ориентировано на способ применения изучаемых объектов в технике и технологических процессов.

Важным свойством технического знания является нормативность. Поэтому его необходимыми компонентами являются стандарты. Это проявляется и в описании технических объектов, которые характеризуются на основе совокупности технических требований.

Различают следующие виды технических требований: технологические, эксплуатационные, эргономические, эстетические, экологические. Несколько условно их можно также подразделить на общие и специфические. основные и дополнительные. Все эти требования выражаются как в позитивной форме (необходимость обеспечения новых возможностей), так и в негативной (предписание о недопущении вредных последствий научно-технического прогресса).

Техническое знание характеризуется и формальными признаками. Наиболее существенный из них – использование графического языка. Чертеж – язык техники, осуществляющий функции хранения и передачи информации на основе единства чувственного и логического познания.

Вырабатывая методы и средства теоретизации, инженеры-иссле-дователи способствуют не только развитию технического познания, но и создают возможность эффективного участия естественных наук в решении инженерных.

Техническая теория направлена на описание объектов, возникающих в результате целенаправленной деятельности человека. Од-ной из важнейших задач, решаемых техническим знанием, является разработка методик проектирования инженерных объектов.

Содержание рецептурного слоя составляют методы, расчеты по конструированию конкретных типов технических объектов. В дотео-ретической форме этот слой реализовался в виде эмпирических навыков, рецептов, приемов. С возникновением технической теории он выделяется в качестве особого элемента знания, связанного с областью непосредственного практического воздействия на объектную среду. Через эти слоя знания осуществляется связь абстрактно-тео-ретических моделей с реально функционирующими деятельностными схемами. Через него производственные потребности, условия экспериментального исследования и другие формы практики влияют на организацию теоретического знания.

Чем сложнее становятся технические объекты, тем острее возникает необходимость в обосновании рецептов, методик технической деятельности. Для того чтобы знать, как конструировать технические объекты, необходимо понимать, что они собой представляют, каково их строение, какие процессы в них совершаются, как они функционируют. Познание одних лишь природных закономерностей не может формировать такого рода знание. При неизменных естественно-научных характеристиках артефактов применение собственно технических знаний ведет к самым разнообразным технологическим эффектам. Содержанием предметного слоя технических наук является зафиксированное в теориях представление об идеальных артефактах, т.е. искусственно созданных объектах.

Гуманитарный слой реализуется в ряде социально-технических теорий (эргономика, дизайн и др.).

Для выполнения социального заказа его необходимо выразить в такой форме, которая позволила бы связать техническую потребность с возможными средствами ее удовлетворения. Эту роль выполняет техническая задача.

С учетом основных требований к технической задаче ее формулировка должна содержать следующие основные компоненты:

1) характеристику наличной ситуации (на данном рабочем месте, на предприятии, в отрасли и т.д.);

2) назначение разрабатываемого технического объекта;

3) технические требования;

4) ожидаемый технический, экономический и социальный эффект;

5) допустимые и недопустимые средства решения задачи.

Техническая задача содержит в своей формулировке самый необходимый материал для создания нового технического объекта. Дальнейшее продвижение к цели предполагает как познавательные, так и практические действия. Важнейший пункт на этом пути – техническая идея.

Идея есть особая форма организации знания, заключающая в себе перспективы дальнейшего познания и практической деятельности. Действительность отражается в ней не в ее непосредственном виде, а в закономерных связях и развитии. Идея зависит от мыслительного материала, из которого она формируется и который она систематизирует.

В инженерной деятельности используются идеи:

1) возникшие непосредственно в ходе решения данной технической задачи;

2) заимствованные из науки и искусства, опыта повседневной жизни.

Для идеи первоначальным материалом выступает условие задачи. В дальнейшем сюда подключаются все имеющиеся и постоянно пополняемые знания и представления, которые уточняются и реорганизуются в соответствии с поставленной целью.

Характер технических требований и их взаимоотношений имеет большое значение для определения направления поиска. По отношению друг к другу технические требования могут быть: 1) взаимозаменяемыми; 2) взаимодополняющими; 3) взаимоисключающими.

Трудность материального воплощения идеи в техническом объекте обуславливает необходимость технического решения.

Техническое решение должно удовлетворять определенным содержательным и формальным критериям. Оно должно обеспечивать достижение положительного эффекта.

К техническому решению предъявляются и некоторые формальные критерии оценки: оно должно быть изложено четко и ясно для всех, от кого зависит признание и дальнейшее практическое воплощение замысла (эксперты, административные службы и пр.).

По степени разработанности выделяют принципиальные (предварительные) и окончательные технические решения. Такое различие определяется дистанцией, отделяющей их от технической идеи и технического объекта. Принципиальное решение характеризует лишь некоторые существенные черты того или иного варианта. Окончательное решение заключает в себе развернутую программу действий по материализации технического объекта, что предполагает детальное обоснование замысла и тщательную разработку технической документации. Техническое решение создает основу для перехода к практическому воплощению нового технического объекта.

Подвергая техническое новшество проверке, материальное производство одновременно способствует дальнейшему совершенствованию технического решения. Так, приходится считаться с недостаточно учтенными ранее факторами, что обуславливает, в частности, отрицательный результат инженерной деятельности. Это, в свою оче-редь, вызывает необходимость корректировки формулировки задачи и самих решений. В процессе практического использования более точно определяется и сфера применимости новшества, которая может быть шире или уже, чем первоначально предполагалось.

Этому и призваны способствовать научно-технические исследования, связанные с возможностями технической теории и экспериментально-лабораторной базы.

Эвристика – наука о закономерностях и методах креативно-иссле-довательской деятельности.

Использование эвристических методов (эвристик) сокращает вре-мя решения задачи по сравнению с ненаправленным перебором воз-можных альтернатив. В психологической и кибернетической литературе эвристические методы понимаются как любые методы, направленные на сокращение перебора, или как индуктивные методы решения задач.

Эвристика – это наука о творческом мышлении. Основой для нее служат законы развития техники и психологические особенности творческого процесса.

Основой для нее служат законы развития техники и психологические особенности творческого процесса. Под каждую задачу ищет-ся свой метод решения, состоящий из набора известных методов и неизвестных, так как постоянно меняются условия, цели, а, следовательно, и задачи. Основной проблемой в поиске решения задачи является выход на область поиска, в которой находится решение. Классификация методов поиска решений:

1) эвристические методы (стратегия случайного поиска);

2) методы функционально-структурного исследования объектов;

3) класс комбинированных алгоритмических методов (стратегия логического поиска).

В число эвристических методов входят:

– «мозговой штурм» (А. Осборн);

– синектика (У. Гордон);

– фокальные объекты (Ч. Вайтинг);

– гирлянды случайностей и ассоциаций (Г. Буш);

– списки контрольных вопросов (Д. Пойа, А. Осборн, Т. Эйлоарт).

К классу функционально-структурного исследования относятся:

– морфологический анализ (Ф. Цвикки);

– матрицы открытия (А. Моль);

– десятичные матрицы поиска (Р. Повилейко);

– функциональное конструирование (Р. Коллер);

– морфологическое классифицирование (В. Одрин).

К классу комбинированных алгоритмических методов относятся:

– алгоритм решения изобретательских задач – АРИЗ (Г. Альтшуллер);

– обобщенный эвристический метод (А. Половинкин);

– комплексный метод поиска решений технических проблем (Б. Голдовский);

– фундаментальный метод проектирования (Э. Мэтчетт);

– эволюционная инженерия (С. Пушкарев).

Поиск решений с использованием этих методов является системным и целенаправленным. Таким образом, решение задачи зависит от характера задачи, от степени полноты и достоверности ис-ходной информации и от личных качеств разработчика: от его способности умело ориентироваться в информационной среде, от степени владения методологией познания и творчества. Помимо прямого продукта творческой деятельности, отвечающего поставленной цели, возникает и побочный. В удачный момент этот побочный продукт может проявиться в виде подсказки, ведущей к интуитивному решению.

Инженерная деятельность связана с целым комплексом научно-технических дисциплин, опирающихся на ряд естественно-научных концепций, связанных с физическими, химическими, геологическими, биологическими, астрофизическими свойствами вещества, пространства, энергии, поля.

Речь идет о следующем:

– оптике, имеющей выход в приборостроение, лазерные технологии;

– термодинамике, имеющей выход в энергетику;

– квантовой механике, связанной с приборостроением, лазерными технологиями;

– ядерной физике, имеющей выход в энергетику, военное производство;

– генетике, имеющей выход в генную инженерию;

– органической и неорганической химии, связанной с химическими производствами, экологией, металлургией;

– геологической теории, ориентированной на горно-добывающие отрасли, включая нефтегазовую.

Для инженерной деятельности всегда была важна материаловедческая часть естественно-научных знаний, тепло- и энергодинамическая, геологическая, природно-ландшафтная, климатическая.

Естественно-научные знания трансформируются в инженерии на уровне функциональных, паточных и структурных схем.

Функциональная схема отображает общее представление о технической системе независимо от способа ее реализации и является продуктом идеализации этой системы на основе принципов определенной теории. В технической науке функциональные схемы акцентированы на определенном типе физического процесса и чаще всего отождествлены с какой-либо математической схемой или уравнением. Так, например, при расчете электрических цепей с помощью теории графов элементы электрической схемы – индуктивности, емкости и сопротивления – заменяются по определенным правилам особым идеализированным функциональным элементом – унистором, который обладает только одним функциональным свойством – пропускает электрический ток только в одном направлении. К полученной после такой замены однородной теоретической схеме могут быть применены топологические методы анализа электрических цепей. На функциональной схеме проводится решение математической задачи с помощью стандартной методики расчета на основе применения ранее доказанных теорем. Для этого функциональная схема по определенным правилам приводится к типовому виду.

Поточная схема, или схема функционирования, описывает естественные процессы, протекающие в технической системе и связывающие ее элементы в единое целое. Такие схемы строятся исходя из естественно-научных представлений. Так, для различных типов функционирования системы элементы цепи, например электрической, меняют вид.

Структурная схема технической системы фиксирует конструктивное расположение ее элементов и связей, то есть ее структуру, с учетом предполагаемого способа реализации, и представляет собой теоретический набросок этой структуры с целью создать проект будущей технической системы: с одной стороны, результат технической теории, а с другой – исходный пункт инженерно-проектной деятельности по разработке на ее основе новой технической системы.