Анализ взаимосвязей устройства с внешним окружением

Анализ целесообразно представить в виде схемы взаимосвязей некоторого технического устройства с внешним окружением. Под внешним окружением понимается вся та материальная среда, которая, находясь вне устройства, оказывает на него какое-либо воздействие или испытывает их со стороны устройства. Окружение устройства разбито на отдельные группы, в соответствии с которыми сгруппированы и взаимовоздействия (взаимосвязи). Под воздействиями, названными на схеме входными, понимаются такие воздействия на устройство, которые необходимы для его функционирования, т. е. для формирования таких выходных воздействий (параметров), ради которых и создается устройство. Все остальные взаимосвязи устройства с внешним окружением в большинстве случаев необязательны и нежелательны.

Каждая группа взаимосвязей условно изображена разнонаправленными стрелками, что иллюстрирует двоякий характер воздействий внутри группы (со стороны окружения на устройство и наоборот). Таким образом, каждая группа взаимосвязей состоит в общем случае из двух подгрупп. Пунктирные линии со стрелками символизируют связи с внешним окружением, предусмотренные принципиальной схемой устройства.

 

Картина взаимосвязей любого устройства с внешним окружением может быть изображена аналогичным образом. Правда, не исключена возможность некоторых затруднений; в частности, не всегда бывает очевидным, какие воздействия принять за входные, какие за выходные. Точно так же не всегда входы и выходы могут считаться однонаправленными, не всегда их легко отделить от остальных воздействий, не вводя те или иные условности. Но для наших целей уточнения и дополнения технических требований задания подобные затруднения в большинстве случаев несущественны, так как любая структурная форма схемы, позволяющая выявить взаимосвязей с достаточной для поставленных задач полнотой, является приемлемой.

Очевидно, что широта охвата картины взаимодействий устройства с внешним окружением, так же как и глубина анализа связей, зависят и от располагаемой информации и от потраченного на работу времени. Время, которое конструктор может затратить на выполнение рассматриваемого этапа работы, всегда ограничено; так же обычно ограничены и возможности получения информации. Это означает, что часть существенных для кон­струирования взаимосвязей может остаться необнаруженной или недостаточно раскрытой.

Если считать, что раскрытие взаимосвязей устройства с окружением является необходимым условием для решения задач собственно конструирования, то стано­вится ясным их отличие (в отношении начальных условий) от строго поставленных задач математического характера. Насколько четко заданы условия в последних (известно что дано), настолько во многих случаях неопределенны исходные условия задач конструирования. Конструктор сам должен определить “что дано”, не только представив заранее картину функционирования еще не созданного устройства, но и описать ее техническим языком с достаточной для данной конкретной задачи полнотой.

На что может повлиять недостаточная полнота раскрытия взаимосвязей? Прежде всего, на надежность будущего устройства. Надежность прямым образом зависит от полноты учета взаимосвязей с окружением. Упустить из виду какое-либо воздействие на устройство, существенное с точки зрения его безотказности или долговечности, не принять конструктивных мер по защите устройства — значит понизить его надежность.

Как известно, требования к надежности многих классов устройств, в частности к устройствам используемым в процессах ТО и Р, непрерывно повышаются. Это вызывается усложнением задач, стоящих перед подобными устройствами. Причины, вызывающие возможность отказа устройства, далеко не всегда обнаруживаются при испытаниях готовых образцов на надежность. Особенно это относится к испытаниям аппаратуры, к которой предъявляют требования весьма высокой надежности (речь идет об испытаниях именно на надежность). Про­ведение таких испытаний часто требует решения ряда сложнейших проблем: здесь и очевидная невозможность точного воспроизведения условий эксплуатации, и необходимость в многократности испытаний, и связанные с этим затраты.

По указанным причинам, а также потому, что обнаруженные при испытаниях дефекты не всегда легко исправить, проблема обеспечения надежности в процессе разработки, в частности при конструировании для многих классов устройств, является далеко немаловажной. Это до крайности усложняет работу конструктора на рассматриваемом этапе. Ведь в дальнейшем конструктор не сможет уделить время для повторного подробного рассмотрения взаимосвязей; все результата проделанного анализа могут оказаться заложенными в конструкцию без последующей проверки. Не упустить из виду ни одного существенного воздействия — главное в рассмотрении взаимосвязей окружения с устройством, если к последнему предъявляются высокие требования по надежности.

Неполнота информации в отношении тех или иных взаимосвязей всегда имеет место, что углубляет проти­воречие между требованиями высокой надежности к устройству и возможностями выявления взаимосвязей.

Можно сделать следующие выводы относительно особенностей рассмотрения взаимосвязей применительно к устройствам с высокими требованиями по надежности.

Планомерность обзора. Чтобы не упустить ничего существенного при анализе взаимосвязей устройства с внешним окружением, конструктор должен вести просмотр взаимосвязей с возможно большей планомерностью. Это не значит, однако, что он может рассматривать отдельные группы связей (и отдельные воздействия внутри групп) только поочередно и полностью не­зависимо друг от друга. Нельзя забывать об условном характере разбиения окружения, выполненного на схеме (см. рис. 2.1). Реально существующие воздействия могут совпадать по времени и зависеть друг от друга. Только их комплексное рассмотрение способствует выявлению наиболее неблагоприятных комбинаций.

Разнообразие методов выявления взаи­мосвязей. Многоплановость, разнообразие эксплуатационной картины требуют от конструктора столь же разнообразного подхода к анализу взаимосвязей. Обратимся вновь к схеме, приведенной на рис. 2.1, и попы­таемся их мысленно “раскрыть”, не смущаясь слабым знакомством с исследуемым окружением. В поле нашего зрения будут попеременно попадать то изменчивость воздействия окружающей среды, то человек с его особенностями физиологии и психики, то искусственный мир аппаратуры, входящей в состав устройства.

Для успешного выявления взаимосвязей устройства с каждой из этих областей конструктор должен достаточно развитым воображением (понимае­мым, конечно, в инженерном смысле). Прежде всего, он должен зримо представлять себе поведение будущего устройства не только в знакомом, но и в непривычном конструктору окружении. Вместе с тем анализ взаимо­связей должен вестись направленно и избирательно. Конструктор должен уметь отбросить излишние подробности, ненужные связи и концентрировать свое внимание на существенных. Наконец, раскрытие и последующая формализация взаимосвязей не могут быть успешными без применения математического аппарата. Такая работа в той или иной степени также должна быть по силам конструктору.

Организация работ. Для обеспечения качественного выполнения технического задания конструктор должен располагать всей необходимой на рассматриваемом этапе информацией по разрабатываемому устройству и системе в целом и иметь постоянную связь с производством, проектировщиками и эксплуатационниками и конструкторами, работающими над смежными устройствами.