Методология научных исследований и исследовательского проектирования

Теоретической основой научных исследований является методология.

Под методологией научных исследований и исследовательского проектирования следует понимать учение о структуре, логической организации, методах и средствах поиска и принятия решений о принципах действия и составе еще не существующего объекта, наилучшим образом удовлетворяющего определенные потребности, а также составление описания, необходимого для его создания в заданных условиях. Методологию как самостоятельную науку следует отнести к практическим наукам, так как она тесно связана с технологическими науками, системным анализом, организацией труда и производства, с управлением проектами и т.д.

Коротко, для технологии машиностроения, методологию можно представить как рекомендуемую последовательность выполнения работ по поиску наиболее рационального варианта обработки изделия, которая может иметь следующий вид:

  • 1. Постановка задачи исследования или проектирования.
  • 2. Систематизация и анализ существующих решений поставленной задачи.
  • 3. Поиск вариантов решения задачи, обеспечивающих достижение заданных параметров технологического процесса обработки изделия.
  • 4. Выбор и обоснование предлагаемого решения.
  • 5. Предложение варианта практической реализации принятого решения.

Постановка задачи включает в себя уточнение исходной проблемы. При построении основной матрицы используется определением цели, критериев выбора решения, граничных условий и ожидаемого результата. При этом следует четко сформулировать задачи работы, выделив главные из них, оценить их взаимосвязь со всеми остальными задачами.

Для составления план-программы выполнения работы целесообразно использовать «дерево графов», позволяющего наглядно показать связи между проблемой, целями и путями их достижения.

В вершине «дерева» указывается общая цель, которую нужно достигнуть. От вершины отходят «ветви» - пути достижения этой цели с направлением решения проблемы (при этом описывается средство для предыдущего и цель для последующего уровней). На самом нижнем уровне располагаются возможные конкретные решения. Если на схемы нанести граничные условия, то получим множество решений, одно из которых является предпочтительным.

Поиск вариантов решения задачи, обеспечивающих достижение заданных параметров технологического процесса обработки изделия, включает в себя систематизацию и анализ существующих конструкторско-технологических решений, выбор варианта известного решения, анализ возникающих противоречий и предложение варианта решения задачи. Варианты существующих решений могут быть найдены в процессе анализа научно-технической и патентной литературы.

Систематизация и анализ конструкторско-технологических решений может выполняться различными методами, одним из которых является построение структурных матриц. При построении основной матрицы используются две наиболее важные функции: по одной оси матрицы размещаются признаки, предназначенные для выполнения одной из двух функций, по другой оси размещают признаки, предназначенные для выполнения второй функции. Признаки выявляются по данным научно-технической и патентной литературы. При построении матрицы ранжирование признаков осуществляется по степени важности, т.е. самый важный признак примыкает к началу координат, а менее важный находится на максимальном удалении от оси координат.

Затем для выявленной функции определяется частота использования признаков, предназначенных для выполнения этой функции. В списке используемой литературы и приложений приводятся год их публикации. Это необходимо для того, чтобы при анализе опубликованных материалов учитывать то обстоятельство, что соответствующая тематика могла утратить актуальность, при возрастании значимости других направлений в технических науках.

Матрицы желательно выполнять двух видов: на одной указывать формулировку признака, а на другой для компактности и удобства работы с ней- только источник информации (страна, номер патента, название журнала, его номер, страницу, название книги, номер рис. и пр).

Наличие «пустых клеток» в матрице может свидетельствовать либо о том, что не найдены материалы, раскрывающие данные решения, либо до настоящего времени еще не разработаны такие решения, и это может быть принципиальной возможностью создания нового решения

При выборе вариантов новых конструкторских решений целесообразно использовать метод фотографических графиков, которые строятся по двум наиболее важным параметрам, определяющим эффективность технического решения. При этом, в соответствующих координатах указываются библиографические данные документов. Построение таких графиков позволяет концентрировать и классифицировать информацию об альтернативных вариантах технических решений, систематизировать и редактировать информацию по процессам, по которым проводится информационное и патентное исследование. С помощью фотографических графиков можно проводить оценку вариантов новых технических решений, что облегчает процесс выбора окончательного решения.

Для примера рассмотрим проблему концентрации элементарных операций при обработке изделия. Использование параллельной концентрации технологических операций приводит к увеличению числа одновременно используемых в работе инструментов, но ведет к усложнению процесса размерной наладки станка. Это вызывает конструкторско-технологическое противоречие, преодолевая которое необходимо один параметр улучшить, но остальные при этом не должны ухудшаться. Такое единство улучшения и ухудшения, которое можно считать единством положительных и отрицательных эффектов, обусловленным изменением некоторой части технологической системы, называют противоречием.

Между улучшаемой и ухудшаемой сторонами системы необходимо построить причинно-следственную цепочку. При выявлении технических противоречий и построении причинно-следственной цепочки намечают пути их решения. К примеру, если уменьшить шаг между зубьями протяжки, то это позволит повысить производительность обработки за счет уменьшения длины инструмента, улучшить качество обработки за счет увеличения числа зубьев, участвующих в работе, и повышения жесткости и плавности работы инструмента.

Однако уменьшение шага между режущими зубьями протяжки может привести к уменьшению коэффициента размещения стружки, снижению подъема на зуб, а следовательно, и необходимости увеличения числа зубьев инструмента. Это неизбежно скажется в свою очередь на увеличении длины протяжки.

В то же время повышение качества обработки за счет обеспечения более плавной работы инструмента может быть достигнуто за счет расположения режущих зубьев под углом к обрабатываемой поверхности. Это условие обеспечивает и повышение производительности при той же длине инструмента.

По оставшимся вариантам при построении причинно- следственных звеньев определяются пути разрешения противоречий. Используя систематизированную информацию по каждому из возможных направлений, можно синтезировать предпочтительное решение.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >