Постановка и анализ задач проектирования научного эксперимента

И.А. Туркин, С.А. Суворов

 

ПРОБЛЕМНО-ЦЕЛЕВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАУЧНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА В МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ
МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

 

 

Методические указания

 

 

Санкт-Петербург

УДК 666.782

Туркин, И.А. Проблемно-целевое проектирование научного эксперимента в материаловедении высокотемпературных наноструктурированных материалов и изделий: методические указания / И.А. Туркин, С.А. Суворов – СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2014 – 45с.

 

В методических указаниях приведены основы постановки задач проектирования научного эксперимента в материаловедении высокотемпературных наноструктурированных материалов и изделий.

Методические указания предназначены для магистрантов, обучающихся по программе профессиональной подготовки в области материаловедения и высокотемпературных наноструктурированных конструкционных материалов и изделий (направление подготовки 150100 «Материаловедение и технологии материалов»), модуль Б «Материаловедение и технологии высокотемпературных наноструктурированных материалов и изделий», дисциплина «Проблемно-целевое проектирование научного эксперимента в материаловедении высокотемпературных наноструктурированных материалов и изделий» с освоением профессиональных компетенций в соответствии с ФГОС ВПО направлению 150100.68 «Материаловедение и технологии материалов»: ПК-4, ПК-5, ПК- 6, ПК-7.

 

Библиогр. 9 назв.

 

Рецензент: Мякин С.В., доцент кафедры теоретических основ материаловедения СПбГТИ(ТУ), канд.тех.наук

 

Утверждено на заседании учебно-методической комиссии факультета химии веществ и материалов «21» ноября 2013 г.

 

Рекомендовано к изданию РИСо СПбГТИ(ТУ)

Методические указания изданы при поддержке Фонда инфраструктурных и образовательных программ РОСНАНО и ООО «Вириал».

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

	Принятые обозначения…………………………………….
	Введение…………………………………………………….
	Постановка и анализ задач проектирования научного эксперимента……………………………………………………
1.1	Инвариантные понятия техники…………………………
1.1.1	Характеризация технических объектов и нанообъектов..
1.1.2	Систематика задач поиска и выбора технологических решений…………………………………………………….
1.2	Критерии развития техники и технических объектов …
1.2.1	Условия выбора и характеристики критериев………….
1.2.2.	Функциональные критерии………………………………
1.2.3	Технологические критерии………………………………
1.2.4	Экономические критерии………………………………..
1.2.5	Антропогене критерии……………………………………
1.3	Законы строения и развития техники…………………..
1.3.1	Закон прогрессивной эволюции техники……………….
1.3.2	Закон соответствия между функцией и структурой……
1.3.3	Закон стадийного развития техники…………………….
1.4	Списки недостатков и требований при разработке технических объектов……………………………………
	2. Функциональный анализ технических объектов……….
2.1	Описание функциональной структуры технического объекта……………………………………………………..
2.1.1	Построение функциональной структуры технического объекта…………………………………………………….
2.1.2	Описание физической операции, реализуемой с помощью технического объекта ………………………
2.1.3	Описание принципа реализации физико-химических эффектов……………………………………………………
2.2	Методика постановки задачи по улучшению характеристик прототипа………………………………
2.3	Системный выбор конкурентоспособных решений при разработке новых технических объектов………
	Проектирование научного эксперимента в материаловедении и технологии высокотемпературных наноструктурированных материалов …
3.1	Основные функции и критерии развития высокотемпературных наноматериалов ……………….
3.1.1	Элементы функциональной наноструктуры высокотемпературных наноструктурированных материалов ……………………
3.1.2	Физико-химические и размерные эффекты при изготовлении и эксплуатации высокотемпературных наноструктурированных материалов …
3.1.3	А Анализ технических решений при разработке высокотемпературных наноматериалов……………
3.2	Схемы экспериментального анализа наноматериалов
3.2.1	Порядок экспериментального анализа наноматериалов при заданной функции и прототипе…………….
3.2.2	Порядок экспериментального анализа наноматериалов при заданной функции………………………
3.2.3	Порядок экспериментального анализа при разработке новых наноматериалов ………………………….
	За Заключение ………………………………………………….
	Л Литература……………………………………………….

 

 

.

Принятые обозначения

 

ВТМ – высокотемпературные материалы

ИТР – идеальное техническое решение

КТВ – критерий технологических возможностей

КР – критерии развития

НД – нормативная документация

НТ – научно-технический

ПР – принцип реализации

СТ – список требований

СЭЛ – структурный элемент

ТЗ – технологическое задание

ТКР – технологические критерии

ТО – технический объект

ТП – технологический процесс

ТР – техническое решение

ТФ – техническая функция

ФКР – функциональные критерии

ФО – физическая операция

ФС- функциональная структура

ФФ- физическая функция

ФХЭ – физико-химический эффект

 

Введение

 

Современная технология высокотемпературных наноструктурированных материалов относится к числу наукоемких и предполагает использование самых современных методов, способов и средств для управления формированием целевых функциональных свойств продукции, исполненной в виде материалов, изделий и конструкций. Высокий уровень показателей свойств и потребительских качеств нанопродукции достигается устойчивым воспроизведением обоснованных теоретическими, экспериментальными и промышленными исследованиями технологических параметров. Значения показателей технологических параметров составляют главное содержание нормативно-технической документации в виде технологических регламентов, стандартов, инструкций и т.п.

Методические указания предназначены для магистрантов, обучающихся по программе профессиональной подготовки в области материаловедения и высокотемпературных наноструктурированных конструкционных материалов и изделий (направление подготовки 150100 «Материаловедение и технологии материалов»), модуль Б «Материаловедение и технологии высокотемпературных наноструктурированных материалов и изделий», дисциплина «Проблемно-целевое проектирование научного эксперимента в материаловедении высокотемпературных наноструктурированных материалов и изделий»

Методические указания имеют целью способствовать развитию творческих навыков постановки и решения задач поиска (изобретения) новых, более эффективных проектно-технологических решений, в том числе решений, превосходящих мировой уровень. Такие задачи возникают при разработке новых материалов, изделий, технологических операций при выполнении заданий по модернизации процессов и реконструкции оборудования, решении творческих инженерных задач, связанных с экономией трудовых, материальных и энергетических ресурсов.

Особенность настоящей дисциплины состоит в том, что процесс приобретения опыта в проектировании научного эксперимента при решении учебных задач совмещен с выполнением магистрантом начальных этапов выпускной квалификационной работы.

Результаты освоения учебной дисциплины являются ресурсом для формирования следующих профессиональных компетенций в соответствии с ФГОС ВПО направлению 150100.68 «Материаловедение и технологии материалов»:

ПК-4 – способен к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного, научно-педагогического и производственного профиля своей профессиональной деятельности.

ПК-5 – владеет умением и навыками самостоятельного использования современных информационно-коммуникационных технологий, глобальных информационных ресурсов;

ПК-6 – умеет использовать методы моделирования и оптимизации, стандартизации и сертификации для оценки и прогнозирования свойств материалов и эффективности технологических процессов;

ПК-7 – понимает и самостоятельно использует физические и химические основы, принципы и методики исследований, испытаний и диагностики веществ и материалов, имеет навыки комплексного подхода к исследованию материалов и технологий их обработки и модификации, включая стандартные и сертификационные испытания материалов, изделий и процессов.

 

 

 

Решений

При разработке любого ТО, когда ставится задача получить изделие с параметрами, не уступающими лучшим мировым образцам, технологу необходимо решать иерархическую последовательность задач выбора и оптимизации технического решения. Систематика поиска основывается на поэтапном анализе альтернативных вариантов для каждого компонента, характеризации ТО в их иерархической последовательности:

Этап 1 – составление описания потребности (технической функции). Кроме качественного описания, указывают основные количественные характеристики реализуемой функции и условий (ограничений) накладываемых на ее реализацию.

Этап 2 – выбор физической операции. Для реализации одной и той же потребности практически всегда можно использовать несколько альтернативных вариантов операций.

Например, для реализации потребности в консолидации порошкообразной смеси могут быть применены несколько способов (физических операций): высокотемпературная обработка, отверждение с использованием цемента, пропитка полимерными композициями и др.

Этап 3 – выбор принципа реализации функции. При реализации процесса высокотемпературной обработки могут быть задействованы различные физико-химические эффекты, обеспечивающие достижения заданного уровня прочности:

спекание –термодиффузия

горячее прессование – вязкое течение

литье расплава – кристаллизация

Этап 4 – выбор технического решения. Один и тот же принцип реализации функции может быть выполнен несколькими практически приемлемыми вариантами ТР. Например, спекание может быть осуществлено разогревом объекта за счет конвективной передачи тепла от внешних источников, прямым пропусканием электрического тока через объект или теплом химических реакций между компонентами объекта.

Выделенные для поиска компоненты характеризации и их последовательность имеют определенную условность, поскольку на практике выбор оптимального технологического решения ведут итерационным путем, а решение смежных этапов часто совмещают.

Перечисленные этапы поиска и выбора технологического решения имеют важную закономерность. Относительное влияние этапов поиска на технико-экономический эффект всей разработки значительно возрастает от четвертого (выбор ТР) к первому (выбор ТФ). Наиболее важным с этой точки зрения является изобретение новых ФО и прогнозирование новых потребностей.

 

Функциональные критерии

Для каждого ТО ФКР представляют количественную характеристику основных показателей реализации функций ТО и выявляются на основе их анализа и описания. Поскольку функции ТО, в том числе и высокотемпературных материалов, характеризуют значительным набором различных показателей, затруднительно дать исчерпывающий перечень функциональных критериев. Наиболее часто действующие ФКР можно объединить в три группы:

· критерии производительности (всегда может быть измерен или вычислен) – интегральный показатель уровня развития техники который зависит от ряда параметров, влияющих на производительность труда. Эти параметры представляют собой частные функциональные критерии:

физические и химические параметры (температура, давление, напряжение и др.), определяющим образов влияющие на интенсивность обработки объекта (порошка, массы, заготовки)

скорость обработки объекта (протекания химических реакций, измельчения порошка, прессования заготовок или число операций в единицу времени)

степень автоматизации, компьютеризации, непрерывности процесса являются комплексными и в свою очередь зависят от многих факторов. критерий непрерывности процесса устанавливает связь между числом операций в непрерывном процессе (поточное производство) и общим числом операций в технологическом цикле.

· критерии точности обработки материала, потока энергии, информации, измерений. Показатели критерия точности обработки материалов указывают в нормативной документации на этапы технологического процесса и конечной продукции в виде допустимых отклонений величины соответствующего параметра (содержание компонентов в смеси, фракционный состав порошка, размеры и геометрия изделия и др.).

· критерии надежности – долговечность, безотказность, ремонтопригодность в большей мере относится к сфере эксплуатации высокотемпратурных изделий и конструкций (футеровок). Например, долговечность (срок эксплуатации) огнеупорных футеровок и их узлов, безотказность работы дозирующих устройств (стопор моноблок, шиберный затвор, стакан дозатор) в операции разливки металла, ремонтопригодность футеровок.

Критерии производительности, точности, надежности представляют собой монотонно возрастающие функции, актуальность которых всегда выше по сравнению с другими группами КР.

 

Технологические критерии

Группа ТКР главным образом обеспечивает всестороннюю экономию живого труда с точки зрения количества и качества перерабатываемых материалов, энергии и информации при изготовлении ТО и подготовке их к эксплуатации.

Критерий технологических возможностей. Любой ТО, разработанный с учетом функциональных и антропогенных критериев может содержать не более пяти типов элементов:

Ас – стандартные (покупные),

Ау – унифицированные, заимствованные из существующих ТО,

Ан1 - новые, изготовление которых не требует разработки новой технологии,

Ан2 - новые, изготовление которых требует разработки новой технологии

Ан3 - новые, изготовление которых вызывает непреодолимые на данном этапе трудности – отсутствуют необходимые материалы, оборудование и т.д..

Критерий технологических возможностей, который должен отражать простоту и принципиальную возможность изготовления ТО можно оценить по формуле:

 

КТВ =Е (1),

где Кс, Ку, Кн1, Кн2, Кн3 – весовые коэффициенты. Кс=1 и Кс>Ку>Кн1>Кн2;

Аi – число соответствующих элементов в ТО.

причем: если Ан3=0, то Е=1, если Ан3=1, то Е=0 и КТВ= 0

Форма представления критерия стимулирует исключение абсолютно нетехнологичных Ан3 и уменьшение новых Ан1 и Ан2 элементов. КТВ отражает фактор наследования в мире техники и при переходе от одного поколения ТО к другому заставляет в наибольшей мере сохранять и использовать проверенные практикой функциональные элементы, отработанную технологию их изготовления и существующее технологическое оборудование. КТВ имеет отношение к любому классу ТО однако не является монотонно возрастающим, т.к. часто в новых поколениях ТО для улучшения более важных КР приходится ухудшать критерии технологических возможностей.

Практика разработки и изготовления широкого класса ТО позволила сформулировать некоторые общие способы и средства повышение технологичности:

упростить форму изделия и конструкцию узла при применении наиболее производительного технологического оборудования

осуществить технологическую унификацию конструкций, формы и размеров изделий при максимальном использовании стандартных элементов

применить модульный принцип конструирования, когда из небольшого числа стандартных элементов можно изготовить множество изделий (конструкций) в заданном классе объектов

выбрать наиболее рациональное расчленение объекта на блоки, узлы и детали из материалов, обеспечивающих минимальную трудоемкость их изготовления.

Критерий использования материалов. Для изготовления ТО и его элементов используют различные природные материалы, техническое сырье, полуфабрикаты и др. В процессе переработки исходных материалов появляются отходы, в результате чего масса готовых изделий получается меньше массы сырья, поступившего на переработку. Доля отходов в большой мере зависит от состояния технологических процессов и технологического оборудования. Производство огнеупоров относят к разряду безотходных в связи с возможностью повторной переработки изделий, не соответствующих заданным технологией параметрам. Однако увеличение доли переработки приводит к снижению экономических параметров производства.

Критерий разделения ТО на элементы. Почти каждый ТО можно выполнить из меньшего числа элементов. Оптимальное разделение ТО на узлы и детали упрощает изготовление, установку, ремонт и модернизацию, являясь основой для унификации и стандартизации. КР ориентирует на приближение к оптимальному разделению ТО на элементы для каждого нового поколения изделий и имеет отношение к любому классу ТО.

Огнеупорные футеровки, в зависимости от условий их эксплуатации, конструкций и массы могут быть выполнены из штучных изделий, блоков или в виде единого элемента (монолитные футеровки). В то же время практика эксплуатации футеровок показала целесообразность одновременной замены всех элементов отработавшей футеровки на новые, что обеспечивает преимущество при использовании комбинированных футеровок.

 

Экономические критерии

Критерий расхода материала. Основной потребностью уменьшения расхода материалов является снижение стоимости ТО, транспортных расходов при перевозке сырья и изделий, экономия энергии на их обработку. Критерий расхода материала равен отношению массы технической системы к ее главному показателю эффективности, представляет собой монотонно убывающую функцию и относится к любому классу ТО. Уменьшение расхода футеровочных материалов на единицу продукции за кампанию достигают разработкой и использованием схем рациональной раскладки огнеупоров, обеспечивающих эффективное снижение расхода огнеупоров в стоимостном исчислении на единицу выработанной продукции.

Критерий расхода энергии. При изготовлении и эксплуатации ТО, как правило, расходуется определенное количество энергии, которое, в связи с ограниченными энергетическими возможностями, всегда стремятся свести к минимуму. Количественно критерий расхода энергии определяют как отношение суммы затрат энергии при изготовлении и эксплуатации ТО к произведению времени эксплуатации и эффективности ТО. Используют модификацию КР-КПД – отношение полезной работы к затраченной. КР представляют собой монотонно убывающие функции и проявляют свое влияние на любой класс ТО. Актуальность этого критерия на протяжении всей истории техники была и остается весьма высокой и неизменной. Создание и развитие производства высокотемпретурных материалов главным образом связано с необходимостью снижения затрат энергии на проведение промышленных процессов при высоких температурах.

Критерий затрат на информационное обеспечение. Широкое использование вычислительной техники для подготовки и обработки информации при создании и эксплуатации ТО привело к стремительному росту этого вида затрат. В настоящее время затраты на информационное обеспечение становятся сопоставимы с затратами на материалы и энергию при создании ТО, в то же время прибыть от них быстро возрастает.

 

Антропогенные критерии

Антропогенные критерии обеспечивают наибольшее соответствие и приспособление ТО к человеку.

Критерий эргономичности ТО – свойство системы человек – машина изменять свою эффективность в зависимости от степени использования возможностей человека – оператора. Эффективность такой системы выражается через функциональные критерии: производительность, надежность, точность. Актуальность и значимость критерия возрастает, что привело к формированию новой дисциплины – эргономики и разработке оптимальных по эффективности, сложных человеко-машинных систем.

 

Критерий безопасности, под действием которого ТО в своем развитии имеет тенденцию снизить или исключить вредные и опасные воздействия на людей. Для каждого нового класса ТО требуется проведение специальных исследований и обоснований для выбора совокупности вредных и опасных факторов, вызываемых в процессе изготовления и использования ТО.

Критерий экологичности – должен регулировать взаимоотношения между естественной природой и ТО с точки зрения комфортности и возможности жизни людей. В вопросах сохранения окружающей среды, решающее значение имеет психологический фактор.

 

Объекта

 

Объекта

Построение ФС основывается на законе соответствия между функцией и структурой ТО.

В основу анализа ТО и построения ФС положен принцип выделения и рассмотрения структур двухуровневой иерархии, при этом рассматриваемый ТО представляет верхний уровень (огнеупорная футеровка печи), а выделяемые функциональные элементы – нижний (огнеупорное изделие).

На следующем этапе рассмотрения элемент нижнего уровня рассматривают как самостоятельный ТО (огнеупорное изделие), который также можно разделить на функциональные элементы (зерна, связка, поры). Двухуровневые системы могут быть использованы как модули при синтезе более общих многоуровневых систем (футеровка –огнеупорное изделие – элементы микроструктуры – элементы фаз и т. д.). Глубина многоуровневого разделения ТО на элементы определяется характером поставленной задачи. Предельное разделение ТО на элементы осуществляют до выделения неделимых элементов – с минимальным числом функций, обеспечивающих работу других элементов ТО или ТО в целом, при дальнейшем делении которых появляются элементы без самостоятельных функций или с одинаковыми функциями. Примерами неделимых элементов на различных уровнях описания ТО могут являться зерна порошка для получения шихты, отдельные изделия для создания конструкции и т.д.

Среди выделяемых элементов при анализе ТО особое внимание уделяют главным элементам, имеющим следующие свойства:

§ функция главных элементов, как правило, совпадает с функцией ТО,

§ внешние факторы для главных элементов, как правило, совпадают с объектами, на которые направлено действие ТО.

Результаты разделения ТО на элементы и описание их функций оформляют в виде таблицы анализа функций ТО (табл. 2).

 

Таблица 2

 

Обозначение элементов	Наименование элементов	Описание функций	Критерии
Главный	Кластер наноразмерных зерен муллита	Сопротивление факторам внешнего воздействия	Тугоплавкость, механическая прочность,
Второстепенный	Аморфные включения (стеклофаза)	Заполнение кластера	Содержание, распределение по объему
Сопутствующий	Газовые включения (поры)	Формирование поровой структуры	Газопроницаемость

 

Эффектов

При описании ПР вводят понятие элементарной физической операции, под которой понимают ФО, реализуемую с помощью одного физико-химического эффекта.

Решение задач по созданию новых и улучшению существующих ТО связано с использованием различных ФХЭ. Результатами воздействий могут являться новые физические поля и изменение параметров ТО.

Схема ФХЭ включает: воздействие→физический объект→результат воздействия.

Физический объект воспринимающий и передающий ФХЭ называют структурным элементом(СЭЛ) ТО. Совокупность взаимосвязанных СЭЛ представляет собой вариант ТР на основе физической структуры. Для оценки вариантов конструктивного исполнения объектов используют несколько критериев оценки СЭЛ:

§ агрегатное состояние,

§ фазовый состав,

§ параметры микроструктуры,

§ состояние поверхности,

Выделение структурных элементов ТО целесообразно при физико-химическом анализе процессов внутри ТО для оценки возможных результатов воздействий на разных иерархических уровнях структуры ТО. Результат воздействия зависит от суммы параметров материала, поэтому на практике ведут поиск композиций дающих максимальный реализуемый эффект и удовлетворяющих критериям развития ТО.

Закономерности проявления ФХЭ:

§ при одном воздействии на ТО может проявиться несколько результатов число которых зависит количества и параметров СЭЛ. Это основа многофункционального использования ТО и их элементов. Любые два ФХЭ проявляющиеся на одном ТО оказывают взаимное влияние (влияние структурных элементов).

§ на один объект может быть оказано несколько воздействий \основные, когда результатом является новое физическое поле, дополнительные - количественные изменения параметров СЭЛ и постоянные – гравитационное, электромагнитное и тепловое поля, атмосфера и материальные объекты окружающей среды.

§ величину результатов воздействия можно регулировать количеством и качеством полей, набором и параметрами СЭЛ ТО.

§ при постоянстве условий воздействия и свойств СЭЛ ТО проявляются одни и те же результаты–основа воспроизводимости свойств ТО и результатов физических операций.

Условия взаимосвязи ФХЭ.

ТО представляют сложные иерархические системы со множеством элементов и функциональных связей, что обуславливает множество взаимосвязанных ФХЭ. Совокупность ФХЭ представляет собой физическую структуру ТО. Элементами структуры являются физические объекты на которых проявляются ФХЭ. Взаимосвязи между элементами физической структуры характеризуют типы преобразований. Элементы физической структуры являются элементами низших иерархических уровней, поэтому физическая структура является более детальный, чем ФС.

Для каждого ФХЭ может быть составлен набор элементов, обеспечивающий максимальное проявление результатов воздействия или максимальную передачу энергии от одного ФХЭ к другому в цепи ФХЭ.

Структура описания ФХЭ.

Основные закономерности проявления ФХЭ, условия их взаимосвязи, принципы технической реализации в ТО предопределяют структуру описания ФХЭ:

§ наименование ФХЭ - характеристика воздействия и параметров структурных элементов,

§ характеристика результатов воздействия прямых и косвенных,

§ характеристика функциональной взаимосвязи между структурными. элементами ТО,

§ сущность и условия появления ФХЭ,

 

Материалов

 

Наноматериалов

Структура обобщенного эвристического метода описания процесса поиска эффективного ТР состоит в поэтапном рассмотрении иерархически соподчиненных последовательных задач технологического проектирования. Каждый этап включает несколько процедур подготовки, получения и обработки информации.

Этап 1. Предварительная постановка задачи

1.1 Формулировка функции нового ТО на качественном и количественном уровнях;

1.2 Выбор существующих ТО, в наибольшей степени удовлетворяющих сформулированную функцию. Составление списка недостатков выбранных ТО;

1.3 Предварительная формулировка задачи. Возможно два направления:

усовершенствовать существующие ТО,

разработать принципиально новый ТО, удовлетворяющий количественному описанию функции.

Этап 2. Изучение и анализ задачи.

2.1 Выявление тенденций и основных факторов, решающим образом влияющих на развитие рассматриваемого класса ТО, путем патентных исследований;

2.2 Выделение главных недостатков и причин их возникновения, устранение которых можно считать целью поставленной задачи. Оценка технической и технологической осуществимости поставленной задачи;

2.3 Построение вышестоящей иерархической системы и установление функциональных взаимосвязей разрабатываемого объекта со смежными объектами системы. Оценка эффективности решения поставленной задачи путем внесения изменений в смежные объекты в составе вышестоящей системы;

2.4 Описание параметров идеального технического решения для рассматриваемого класса ТО.

Этап 3. Разработка технических требований.

3.1 Составление списка требований к существующим и разрабатываемому ТО;

3.2 Выделение главных требований к разрабатываемому ТО и требований, которые заведомо нельзя изменять при решении задачи;

3.3 Выявление противоречий развития, когда предлагаемые пути улучшения главных показателей приводят к нежелательным изменениям других показателей разрабатываемого и взаимосвязанных с ним ТО, окружающей среды и человека.

Этап 4. Поиск технических решений и принципов их реализации.

4.1 Анализ путей преобразования в искомое ТР аналогичных решений в данном классе ТО, в ведущем классе ТО, лучших мировых образцов;

4.2 Оценка возможности изменения элементов вышестоящей по иерархии системы для устранения причин возникновения недостатков прототипа;

4.3 Разработка новых принципов реализации ТО и его элементов.

Этап 5. Выбор наилучших ТР.

5.1 Анализ разработанных ТР по критерию технологических возможностей;

5.2 Оценка выбранных ТР по полноте реализации сформулированной функции, главных целей и требований, полноты устранения противоречий развития;

5.3 Проведение экспериментальной проверки наилучших ТР. Оценка эффективности и областей практического применения.

Результаты последовательного решения задач технологического проектирования формулируют в виде списка иерархически взаимосвязанных технических требований, что составляет основу технического задания на разработку проектно-технологической и нормативной документации и отражено в порядке построения и содержании разделов стандартов на продукцию и методы испытаний.

 

Заключение

Системное решение технико-экономических проблем с использованием методов функционального анализа путей поиска новых проектно-технологических решений направлено на разработку технологий производства конкурентоспособных объектов техники, превосходящих мировой уровень и обеспечивающих заданные темпы научно-технического развития.

Эффективный способ поиска наилучших проектно-технологических решений базируется на совместном использовании набора взаимоусиливающих методов анализа научно-технических задач. Предлагаемый вариант технического решения целесообразно оценить на соответствие закономерностям развития данного класса техники. Перспектив расширения многофункциональности разработанных объектов с точки зрения закона соответствия между функцией и структурой ТО; уровня исчерпания возможностей структуры нового ТО с точки зрения закона прогрессивной эволюции.

Современный уровень системного анализа техники состоит в создании и использовании автоматизированных банков инженерных знаний на базе компьютерного обеспечения. В основе структуры информационного обеспечения методов поискового проектирования лежит методология системного иерархического выбора глобально-оптимальных проектно-технологических решений: сначала синтезируют оптимальную функциональную структуру объекта, для которой находят наиболее эффективный принцип реализации, и на их основе разрабатывают рациональное техническое решение с последующим моделированием и оптимизацией его параметров. При достаточно полном информационном наполнении методология функционального анализа обеспечивает разработку технологий и изделий, превосходящих мировой уровень.

Л итература

1. Ларичев, О.И. Теория и методы принятия решений, а также Хроника событий в Волшебных странах: учебник для вузов / О.И. Ларичев.- 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Физматкнига; ЛОГОС, 2006. - 391 с.

2. Новиков, А.М. Методология научного исследования./ А.М.Новиков, Д.А. Новиков.- М.: Либроком, 2010. - 281 с.

3. Бегунов, А.А. Метрологические основы аналитики/А.А.Бегунов.- СПб.: [б. и.],2004.- 415 с.

4. Основы научных исследований/ В.Г.Кучеров, О.И.Тужиков, О.О.Тужиков, Г.В.Ханов; Под ред. В.Г.Кучерова; Волгогр.гос. техн. ун-т.- Волгоград: "Политехник", 2004.- 303 с.

5. Черный, А.А. Основы изобретательства и научных исследований: учебное пособие.- Пенза: Изд-во ПГУ, 2010.- 253 с.

6. Андриевский, Р.А. Наноструктурные материалы./Р.А. Андриевский, А.В. Рагуля - М.: Академия. 2005. 192 с.

7. Гаршин, А.П. Керамика для машиностроения./ А.П.Гаршин, В.М. Гропянов, Г.П. Зайцев, С.С. Семенов - М.: Научтехлитиздат. 2003. 384 с.

8. Кащеев, И.Д. Химическая технология огнеупоров./ И.Д.Кащеев, К.К. Стрелов, П.С. Мамыкин - М.: Интермет, 2007. 752 с.

9. Огнеупоры: материалы, изделия, свойства и применение /Под ред. И.Д. Кащеева. М.: Теплотехник. 2004 г. 333 с.

 

 

Кафедра химической технологии высокотемпературных материалов

 

 

Методические указания

 

Процессы разрушения, оптимизация свойств и выбор

высокотемпературных наноструктурированных материалов

 

 

Туркин Игорь Алексеевич

Суворов Станислав Алексеевич

____________________________________________________________________

Отпечатано с оригинал-макета. Формат 60х90 ¹/₁₆

Печ.л. 2,9 Тираж 20 экз. Зак № от

 

 

_______________________________________________________________

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего специального образования

Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)

 

_______________________________________________________________

190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26

Типография издательства СПбГТИ(ТУ) т.49-49-365

 

 

И.А. Туркин, С.А. Суворов

 

ПРОБЛЕМНО-ЦЕЛЕВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАУЧНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА В МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ
МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

 

 

Методические указания

 

 

Санкт-Петербург

УДК 666.782

Туркин, И.А. Проблемно-целевое проектирование научного эксперимента в материаловедении высокотемпературных наноструктурированных материалов и изделий: методические указания / И.А. Туркин, С.А. Суворов – СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2014 – 45с.

 

В методических указаниях приведены основы постановки задач проектирования научного эксперимента в материаловедении высокотемпературных наноструктурированных материалов и изделий.

Методические указания предназначены для магистрантов, обучающихся по программе профессиональной подготовки в области материаловедения и высокотемпературных наноструктурированных