Задать вопрос:





Статьи

Статьи>> Виды и задачи научных исследований в машиностроении

Виды и задачи научных исследований в машиностроении

В последнее время в системе инженерной подготовки неизмеримо выросла значимость курса "Основы научных исследований". Ведение курса обычно поручается молодым преподавателям, кандидатам и докторам наук, у которых еще свежа в памяти собственная диссертация, в первую очередь — стендовые эксперименты и математическая обработка полученных данных.

Поэтому вольно или невольно материалы лекций тяготеют к повторению основных положений теории вероятностей и математической статистики (что абстрактно прочитано ранее в цикле высшей математики). И далее — подробное изложение методов статистической обработки экспериментальных исследований и их трактовки с иллюстрациями, как правило, на личном материале и опыте.

Аналогичная тенденция прослеживается и в ряде учебников и учебных пособий по данному курсу [1, 2].

Не вина, а беда многих преподавателей нового поколения в том, что они слабо представляют себе специфику реального производства, тем более - правильно организованного, стабильно работающего. Иначе они понимали бы, что трудоемкость и значимость научных исследований в инженерном деле гораздо выше и разнообразнее, нежели грамотная статистическая обработка стендовых экспериментов. Поэтому данный учебный курс следует рассматривать более широко. Любые научные исследования — это теоретические и экспериментальные работы в целях поиска истин и закономерностей за пределами очевидности. В машиностроении это — более эксперимент, нежели теория.

Если проводимые экспериментальные работы ставят целью лишь установление численных значений каких-либо параметров, процессов и конструкций известными методами и средствами без дальнейших обобщений — это не научные, а инженерные исследования или испытания (пример — подбор скоростей резания по стойкости инструмента или погрешностям обработки).

Среди научных исследований в технических областях следует различать:

A. Поисковые научные исследования. Их цель — нахождения новых, перспективных методов и процессов, конструктивных решений, методов расчета и выбора. Итог — научные отчеты, диссертации, а также макеты, лабораторные стенды и т.п.

Б. Прикладные научные исследования и опытно-конструкторские разработки (НИОКР). Их цель - отработка новых технических решений, что предшествует созданию процессов и конструкций производственного применения. Итог — опытные и опытно-промышленные конструкции; техническая, в том числе паспортная документация.

B. Производственные испытания и научные исследования процессов и конструкций в реальных условиях эксплуатации. Их цель — комплексная оценка материализованных технических решений, сопоставление реальной их эффективности с ожидаемой. Итог — сдача—приемка, модернизация или замена действующего оборудования, рекомендации для последующего проектирования.

По всем этим видам исследований последовательность действий в основном идентична:

  1. Постановка цели и задач, разработка методик, программ, планов исследований, оценка необходимого их объема.
  2. Подготовка материальной базы, в том числе создание специальных стендов и комплекса контрольно-измерительных средств.
  3. Проведение наблюдений и замеров по намеченному перечню параметров, накопление массива первичной информации.
  4. "Свертка" полученной информации методами теории вероятностей и математической статистики, включая оценку достаточности и достоверности; расчет численных значений исследуемых параметров, выявление их взаимосвязей.
  5. Формулировка выводов и рекомендаций, как по исследованным, так и по перспективным техническим решениям.

Многократные исследования в процессе отработки новых процессов и конструкций позволяют достоверно судить об их прогрессивности и перспективности.

Лабораторные (стендовые) и производственные исследования существенно отличаются по условиям и возможностям. Первые проводятся в условиях активного эксперимента, с возможностями изменения значений определяющих параметров и получения функций отклика. Однако перечень параметров, исследуемых в лабораторных условиях, невелик: некоторые показатели качества изделий, технологические режимы, быстродействие и безотказность конструктивных компонентов, прочность, геометрическая точность и т.п.

Производственные испытания и исследования проводятся в условиях пассивного эксперимента с весьма ограниченными возможностями варьирования условий по желанию исследователей. Получаемая информация — лишь "фиксация" численных значений, характерных для периода исследований [8]. Зато перечень исследуемых факторов весьма широк: качество выпускаемой продукции по любым параметрам, производительность и надежность в работе производственных объектов и их систем, комфортность обслуживания, а также влияние на окружающую среду, эксплуатационные затраты и себестоимость продукции, экономическая эффективность внедрения и т.д.

Производственные испытания и исследования одних и тех же объектов проводятся многократно: при сдаче-приемке у изготовителя и заказчика, в периоды стабильной эксплуатации и старения оборудования. При индивидуальной поставке оборудования, когда завязаны интересы разработчика, изготовителя, заказчика, потребителя (число сторон от двух до четырех) типична следующая последовательность:

  1. У изготовителя испытываются, как правило, конструктивные компоненты (узлы) и реже — технические средства в целом по параметрам: быстродействия, безотказности, шума, вибрации, равномерности перемещений, жесткости, геометрической точности и т.д. Испытания на основную функцию (получение продук­ции и т.п.) проводятся редко, так как изготовитель оборудования не имеет необходимого числа заготовок; кроме того, трудно воспроизвести условия эксплуатации у потребителя (заказчика). Основная заинтересованная сторона — разработчики и изготовители, которым дорого обходится возврат от заказчика явно недоработанных конструкций, в том числе — реализующих "сырые" новые технологии.
  2. У заказчика (потребителя) проводятся приемосдаточные испытания, прежде всего на соответствие предъявленного оборудования требованиям ТЗ по параметрам: а) качества продукции; б) производительности; в) надежности (безотказность и восстанавливаемость); г) функционирования САУ и т.д. Основная заинтересованная сторона — заказчик, который пока может "держать на поводке" разработчиков и изготовителей, не подписывая документы о приемке и не выплачивая деньги под окончательный расчет. Цель испытаний — достижение максимально возможного уровня работоспособности (полезной отдачи) оборудования и минимума хлопот при его производственной эксплуатации. Результаты вариантны: принять оборудование, устранить недостатки на месте, отправить на доработку.
  3. У потребителя в процессе стабильной эксплуатации производятся также повторные исследования работоспособности по аналогичным параметрам (см. п. 2) плюс экономический анализ факторов реальной эффективности. Основная заинтересованная сторона - разработчик, для которого это обратная связь "от реализации к последующему проектированию". Позиция потребителя, как правило, "пассивно-положительная" (деньги за неудачные приобретения не вернешь!). Если потребитель приобретает уже готовое типовое оборудование, цепочка исследования разрывается во времени.

Исследования по п. 1 проводятся в процессе создания новой техники безотносительно к конкретным заказчикам.

В процессе приобретения типового оборудования приемосдаточные испытания проводятся, как правило, в усеченном объеме (покупку предопределяет репутация), исследования в процессе эксплуатации также необязательны и определяются лишь политикой фирмы-поставщика (иногда это просто сбор информации).

В последние годы реализация "обратной связи" во всех дальновидных заинтересованных машиностроительных фирмах приобретает более активный характер. А именно: фирма-поставщик принимает на себя (за дополнительное вознаграждение, разумеется) техническое сопровождение поставленного оборудования по всему жизненному циклу эксплуатации — от пуска до списания. Подразумевается постановка технической диагностики, организация системы обслуживания, ремонт, перестройка на новую продукцию, модернизация, доукомплектование или расширение и т.д. и т.п. В этих условиях роль фундаментально поставленных, серьезных исследований работоспособности в условиях эксплуатации значительно возрастает.

Литература

  1. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химических технологиях. М.: Высшая школа, 1978.
  2. Блохин В.Г., Глудкин О.П., Гуров А.И., Ханин М.А. Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов. М.: Радио и связь, 1997.
  3. Белый И.В., Власов К.П., Клепиков В.Б. Основы научных исследований и технического творчества. Учебное пособие для вузов. Харьков. Выща школа, 1989.
  4. Комаров М.С. Основы научных исследований. Учебное пособие. Львов. Выща школа, 1982.
  5. Кринецкий И.И. Основы научных исследований. Учебное пособие. Киев-Одесса. Выща школа, 1981.
  6. Кругов В.И., Глушко И.М., Попов В.В. Основы научных исследований. Учебник. М.: Высшая школа, 1989.
  7. Чкалова О.Н. Основы научных исследований. Учебное пособие. Киев. Вища школа, 1978.
  8. Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов. М.: Машиностроение, 2005.

Л.И. ВОЛЧКЕВИЧ (МГТУ имени Н.Э. Баумана)
Справочник. Инженерный журнал № 3, 2006, стр. 61-63.

Статьи партнеров