Системный подход при исследованиях. Разработка и исследование сельскохозяйственных машин и агрегатов и комплексов, как и других сложных систем, предполагают рассмотрение вопросов:

1) связанных с синтезом системы объектов, который заключается в выборе структуры объектов и условий их применения;

2) касающихся анализа системы, заключающегося в изучении ее свойств в зависимости от значений основных параметров и структуры.

Ввиду разнородности отдельных машин и оборудования, входящих в агропромышленные комплексы, совершенствования способов их применения, быстрых темпов морального старения машин наиболее важными задачами являются:

- разработка методов создания техники на базе достижений фундаментальных наук;

- использование достижений весьма отдаленных областей техники;

- ускорение темпов поиска новых технических решений и их реализации в народном хозяйстве;

- своевременная постановка перед наукой новых прикладных задач.

  Реализация указанных положений в инженерной практике требует научной организации процесса создания новой техники, которая на современном этапе развертывается на базе системного анализа (рис. 2.3), составляющего основу новой прикладной науки – системотехники. Содержание системного анализа включает вопросы формирования методов формализации сложных неопределенных задач и представление их в виде, доступном для решения на ЭВМ с широким привлечением методов моделирования.

Понятие моделирования тесно связано с понятием информации, характеризующей воздействия, получаемые системой и ее отдельными элементами, а также изменения, происходящие в системе и в среде, взаимодействующей с системой, в результате этих воздействий.

  Моделирование позволяет учитывать на этапе синтеза и анализа объектов проявление в системе как неформальных человеческих факторов, так и формальных технических характеристик и закономерностей поведения объектов.       

Системный анализ ставит и решает задачи по созданию простых качественно-количественных описаний сложных систем: социальной, экономической, производственной, технической и комбинированной структуры; для исследования и создания целенаправленных систем, обладающих заданными свойствами, более сложными, чем их модели-описания.

Система задается системными объектами, их свойствами и связями. Системные объекты характеризуются входом, процессом, выходом, обратной связью и ограничением. Входом называется то, что изменяется при протекании данного процесса; выходом – то, что получается в результате такого изменения. Объединение подсистем в систему строится с помощью прямых и обратных связей (рис. 2.4).  

Наиболее важными вопросами, решаемыми методами системного анализа при проектировании, являются:

- исследование эффективности новых методов воздействия на среду;

- разработка перспективных образцов техники и комплексов машин;

- анализ взаимодействия различного оборудования и комплексов в производственной технологии и с окружающей средой;

- распределение ресурсов и др.

Этапы решения задач системного анализа следующие:

1) формирование проблемы, целей, задач и показателей оценки эффективности процессов, объектов и систем;

2) установление потребностей и ограничений;

3) выявление соответствия затрат имеющимся ресурсам и выявление альтернатив с их анализом на моделирующих системах;

4) оценка и сравнение результатов решения по выявленным альтернативам;

5) формирование вариантов решения;

6) исследование возможной эффективности применения решения в конкретных условиях эксплуатации и оценка результатов; при получении неудовлетворительного результата – повторение этапов решения.

    

 

Рис.2.3. Применение моделей в научной и инженерной деятельности

 

  Практика решения задач методами системного анализа показывает, что наибольшую сложность представляют первый и третий этапы, так как ошибки, допущенные на этих этапах, не могут быть исправлены на последующих. Упущенная альтернатива приводит к неправильному выводу.

Постановка или формирование проблемы включает составление системного описания или модели системы, которая должна отражать три основные стороны объекта во взаимосвязи его со средой или другими системами:

1) функциональные свойства, которые характеризуют назначение и содержание деятельности объекта; соответствующее описание строится на основании критерия эффективности и должно выражать сущность процесса;

2) морфологические свойства, которые характеризуют составные части объекта и связи между подсистемами и их устройство;

3) информационные свойства, которые характеризуют оценку управляемости и неопределенности объекта, например, посредством определения энтропии.

Рис.2.4. Схема системного подхода к проектированию сельскохозяйственной машины, агрегата

  Реализация проекта должна соответствовать показателям по функциональному назначению, ресурсам и срокам исполнения. Чем сложнее система, тем труднее путь ее реализации, больше затраты на ее создание, но тем значительнее ее преобразующее действие. Требование всесторонней проверки принимаемых при проектировании сложных решений и минимизации затрат делает необходимым широкое использование методов моделирования на всех этапах создания системы. Поэтому моделирование физическое, математическое, интеллектуальное, социальное является одной из важнейших составных частей системного анализа.

  Моделирование в системном анализе обусловлено тем, что такая методология позволяет наиболее экономично дать представление об объекте, цели и способе действий. Моделирование может осуществляться человеком с помощью ЭВМ или других физических устройств. Модель, несмотря на ряд присущих ей ограничений, является оперативным и удобным объектом познания и исследования. Наиболее эффективным считают комбинированный метод исследования, сочетающий изучение систем на моделях с производственным экспериментом. Моделирование наиболее эффективно при оптимизации решения на этапе поиска. Представление результатов анализа моделями различного вида и назначения является современным и перспективным методом исследования и оценки эффективности систем.

Одним из важнейших методов исследований в области сельхозмашиностроения являются экспериментальные НИР, позволяющие на основе специальных экспериментов в контролируемых и управляемых условиях выявить собственные закономерности системы рабочих органов, машин, агрегатов и закономерности функционирования технологических операций и процессов ими реализуемые. При этом различают пассивный и активный эксперименты.

Пассивный эксперимент предусматривает измерение только выбранных показателей (параметров, переменных) в результате наблюдения за объектом без искусственного вмешательства в его функционирование (протекание процесса). Он, по существу, является наблюдением, которое сопровождается инструментальным измерением выбранных показателей состояния объекта исследования.

Активный эксперимент связан с выбором специальных входных факторов (аргументов вектора входных воздействий) и предусматривает контроль входных факторов и выходных показателей функционирования объекта исследований.

Однофакторный эксперимент предусматривает выделение группы основных факторов, стабилизацию факторов на заданных уровнях (кроме одного - влияние на объект), исследование которых проводится поочередно.

Многофакторный эксперимент состоит в том, что при реализации эксперимента все выделенные факторы варьируются сразу в пределах заданных соответствующих уровней, и эффект каждого фактора и совокупный оцениваются по результатам всех опытов, проведенных в заданной серии экспериментов.

  В первую очередь при проектировании представляют интерес результаты исследований, связанных с объектом проектирования, и наличие математических моделей, описывающих условия эксплуатации, свойства обрабатываемых материалов, функционирование рабочих органов машин как систем рабочих органов, механизмов передачи движения и управления, рамных и опорных элементов машин, силового нагружения элементов конструкции, расчета на прочность и жесткость, кинематического анализа, синтеза, процессов изготовления и др.

Технику целесообразно характеризовать сведениями:

1) о машинах-аналогах;

2) о машинах, взаимодействующих с проектируемой машиной при ее функционировании;

3) о различных технических решениях из других областей техники.

Машины-аналоги должны рассматриваться как варианты схемного и конструктивного решений объекта проектирования в целом, рабочих органов, механизмов и других элементов, которые позволяют иметь данные для построения эмпирических математических моделей и анализа вариантов по показателям назначения, показателям технологичности, надежности, долговечности, ремонтопригодности, эстетических и эргономических показателей, техники безопасности и промышленной санитарии, экономической эффективности и др., а также синтеза новых вариантов рабочих органов и всего объекта проектирования.

Сведения о машинах, взаимодействующих с проектируемой машиной, как правило, представляются технической характеристикой, дополненной некоторыми данными в зависимости от решаемой задачи. Например, присоединительными размерами механизмов навески, координатами и размером вала отбора мощности и пр.

Значение технических решений из других областей техники увеличивает возможности выбора рационального варианта конструкции, а также рост показателей унификации.

Производство сельскохозяйственных машин. При проектировании предполагается предприятие – изготовитель создаваемого объекта проектирования. Учет результатов анализа производства машин-аналогов позволяет снизить затраты на изготовление проектируемой машины. К необходимым знаниям о производстве данных машин следует отнести: технологии изготовления деталей; сборки сборочных единиц; методы упаковки и транспортирования изделий производства потребителю в зависимости от предполагаемого масштаба их производства; стандарты предприятия, обусловливающие применимость мерительного инструмента, крепежа, сортамента материалов и т.п.; наличие технологического оборудования; производственных площадей; квалификации рабочих. Это позволяет обеспечить преемственность конструкций, снизить затраты и время на освоение производства, обеспечить рациональную расчлененность машин на сборочные единицы, повысить технологичность объекта проектирования.

Эксплуатация. Условия эксплуатации машин предопределяются характеристиками природно-климатических зон, технологическими и организационными факторами. К ним следует отнести: опыт подготовки машин-аналогов к эксплуатации и хранению; наличие технической базы для проведения технического обслуживания и ремонта; рациональную организацию их проведения, а также организацию движения агрегата в поле; обеспечение агрегатов сельскохозяйственными и эксплуатационными материалами или транспортом; квалификацию обслуживающего персонала.

Природно-климатические зоны характеризуются наименованием, площадью, рельефом, метеорологическими условиями, соотношением возделываемых культур, средней площадью полей, длиной гонов, типом почвы, расстоянием внутрихозяйственных перевозок, урожайностью культур и продуктивностью животноводства. В случае резкого различия этих признаков зона делится на подзоны с теми же характеристиками.

Технологические процессы сельскохозяйственного производства. Каждой зоне присущи типовые технологические процессы получения определенного вида сельскохозяйственной продукции. Технологический процесс, в котором предполагается применение проектируемой машины, должен характеризоваться:

- перечнем наименований операций;

- объемом работ на каждой операции;

- календарным сроком выполнения каждой операции;

- нормой внесения, потребления сельскохозяйственных материалов или количеством вывозимого продукта (основного или побочного);

- особенностями агро- и зоотребований к выполнению операций.

Свойства обрабатываемых материалов. В сельскохозяйственных машинах и установках могут осуществляться разнообразные механические, тепловые, химические и другие процессы по обработке различных материалов. Поэтому, обобщая опыт, накопленный в проектировании о материалах, можно сказать, что они должны характеризоваться сведениями:

- об исходных (технологических) свойствах материала, выраженных физико-механическими величинами (размерные характеристики, скорости витания, коэффициент трения, плотности и т.д.);

- о свойствах, проявляющихся под действием рабочих органов, которые могут повлиять на внутренние критерии функционирования машины (усилие на деформацию и разрушение, усилие резания и т.д.);

- о свойствах, приданным материалу в процессе обработки (размер, форма, плотность и т.д.).

Таких свойств должно быть минимальное, но достаточное количество для решения поставленных задач.

Основные задачи решаемые при проектировании.В процессе проектирования необходимо получить данные о рациональной функциональной схеме, структуре и композиции построения объекта проектирования, удовлетворяющие всем требованиям технического задания. Это требует решения ряда соподчиненных задач. При решении этих задач необходимо формулировать и реализовывать их основные части: 1- цель; 2 – исходные данные; 3 - рациональный путь достижения цели.