CC BY
102
УДК 60:62:167.7
А. А. Носенков, В. И. Медведев, А. М. Муллин НЕКОТОРЫЕ ВИДЫ И ПРОБЛЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ СОВМЕСТИМОСТИ
Обзорно рассматриваются некоторые основные виды и проблемы совместимости современной техники на примере космических аппаратов.
Среди множества различных видов технической совместимости (ТС), находящихся в центре внимания исследователей, приоритетное значение имеют конструктивная, технологическая, эксплуатационная, механическая, тепловая, экологическая, размерная совместимости и совместимость систем «человек-машина» (СЧМ). Дело в том, что эти виды ТС, как правило, наиболее проблематичны и характерны для большинства представителей современной техники.
Конструктивная совместимость (КС) технических устройств (ТУ) является предметом рассмотрения как в научных и инженерных работах, так и в нормативных документах. Например, в ГОСТ 22315-77 КС определена как согласованность состава и структуры ТУ, которая достигается установлением и применением единых форм конструктивных элементов, единых рядов габаритно-установочных и присоединительных размеров и допускаемых для этих размеров предельных отклонений [1]. В работе [2] под КС понимается свойство ТУ, обеспечивающее согласованность конструктивных параметров, эргономических, эстетических требований и механических совмещений (сопряжений) этих средств при совместном применении.
Для космических аппаратов (КА) задача обеспечения КС как самостоятельная не ставится, но тем не менее она представляет собой главную часть процесса разработки. Так, при проектировании КА в исходных данных особое место непременно занимает априори А*п] в виде многокомпонентной совокупности физических связей параметров отдельных бортовых систем, характеристик конструкции, орбиты полета и программы работы аппарата [3]: аМ = {АМ, А2[п], ..., А[п1}, (1)
где п - количество компонент множества А[п], п > 20.
При учете зависимости параметров всех систем от параметров орбиты, программы работы и конструкции КА задача обеспечения КС на строго оптимальном уровне становится практически невозможной. В этой связи речь идет о рациональном проектировании, когда в процессе разработки проекта КА достаточно глубоко анализируются его физические связи и реализуются хотя бы некоторые оптимальные или близкие к оптимальным сочетания параметров и характеристик.
Кроме рассмотренных выше аспектов, разработчикам КА приходится решать вопросы эргономического и эстетического содержания. Во-первых, КА являются объектами управления, тесно связанными с человеческим фактором (особенно при заводской отработке и наземной эксплуатации). Во-вторых, разработчики стремятся, чтобы КА не был результатом выполнения только компоновки, обеспечивающей согласованность параметров и характеристик устанавливаемых приборов и узлов, а содержал бы элементы дизайна и был привлекателен в технико-эстетическом отношении.
Таким образом, конструктивная совместимость КА может рассматриваться как частный вид ТС лишь чисто условно, так как она интегрирует в себе ряд более частных видов совместимости техники и представляет собой важнейшую часть выполняемых проектно-конструкторских задач. Более того, КС - потенциально огромное поле для творческой деятельности, в результате которой могут появляться принципиально новые, конкурентоспособные образцы техники.
Технологическая совместимость (ТхС) наиболее полно рассмотрена в работе [4]. Принципу ТхС здесь дана следующая формулировка: технологические объекты и оборудование могут быть совокупно объединены в систему, если они обладают свойством совместимости по наиболее существенным видам связей и отношений, т. е. такой общностью по выполняемым функциям, структурным и функциональным свойствам, благодаря которым обеспечивается их совместное функционирование как единой технологической системы в соответствии с заданными техническими требованиями. Этот принцип ТхС достаточно унифицирован и приемлем для технологических систем любого вида и масштаба [4; 5]. Так, фреза и шпиндель станка совместимы, если форма и размеры хвостовика фрезы соответствуют форме и размерам инструментального конуса шпинделя. Индуктор и контактные пластины станка для пайки радиодеталей токами высокой частоты (ТВЧ) совместимы, если геометрические и электрические параметры индуктора соответствуют геометрическим и электрическим параметрам пластин. Операции технологического процесса (ТП) совместимы, если состояние обрабатываемой детали на выходе одной операции будет исходным для других операций.
Методологическую концепцию ТхС можно обобщенно представить совокупностью нескольких основных положений. Определяющим моментом в обеспечении ТхС является проектирование ТП изготовления деталей, узлов и комплектующих изделий. Для ТП характерны материальные, энергетические и информационные связи с системами окружающей среды (рис. 1). В кибернетическом аспекте ТП представляет собой объект управления (рис. 1, а).
Математической моделью, отражающей множественный характер связей ТП с внешними системами, служит мультиграф (рис. 1, б). Множеству его вершин соответствуют рассматриваемый ТП и взаимодействующие с ним системы, а множеству дуг - связи и отношения между ТП и системами. В мультиграфе каждую пару вершин ТП и систем связывает не одна, а несколько дуг в соответствии с количеством связей между ними.
Совместимость подсистем технологической системы может осуществляться различными способами, каждый из которых характеризуется различной величиной затрат
на его реализацию. Это говорит о необходимости решения задачи по их системной оптимизации.
тпп
а) б)
Рис. 1. Технологический процесс как объект управления (а) и его мультиграф (б): Пл - план; От - отклонения;
РВ - регулирующие воздействия; ТД - технологическая документация; ТО - технологические отклонения; АСУ-уч. - АСУ участка; ТПП - технологическая подготовка производства; ЗУ - заготовительный участок; МЦ -механический цех; СЦ - сборочный цех; Зг - заготовки.
Оптимальным Ь* среди множества возможных Ш = {¿} будет такой способ внешней (с окружающей средой) или внутренней (структурных элементов между собой) совместимости системы, который обеспечивает заданные технические требования к взаимосвязи и взаимодействию совмещаемых объектов 5? > 8. доп при минимальных суммарных затратах на совместимость по всем видам связей е:
Ь*=тіпVв-, 5 >5.
Гє 3 ч м
использовании. Здесь ТТХ непосредственно не упоминаются, однако любое изделие не может не иметь ТТХ, так как они являются целеобразующими характеристиками. Устойчивость этих характеристик в пространстве и во времени обеспечивается ЭТХ.
Надежность относится к основным ЭТХ. Если в начале становления теории надежности этим понятием охватывалась только безотказность, то в современном понимании к надежности относят еще долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность. При этом заслуживает внимание схема их взаимосвязи (рис. 2) [7].
^Надежност^І
|Сохраняемость| [Долговечность] |Безотказност^| [Ремонтопригодности]
Транспорт ировка Хранение Эксплуатация (применение) Текущий ремонт Техническое обслуживание Капитальный ремонт
(2)
Так, с точки зрения этого утверждения, оптимальным по затратам на ТхС будет такой вариант ТП, который при обеспечении заданных производительности и точности обработки определяет минимальные затраты на специальные приспособления, вспомогательный инструмент, операции подготовки установочных баз и другие элементы, выполняющие функции совместимости.
Эксплуатационная совместимость (ЭксС) по ГОСТ 22315-77 - это согласованность технических характеристик, определяющих сохраняемость свойств техники в условиях эксплуатации [1]. В работе [2] под ЭксС понимается свойство технических средств, обеспечивающее согласованность эксплуатационных параметров этих средств при совместном применении в определенных условиях эксплуатации.
Первое из этих определений представляется несколько неоднозначным и усложненным, второе - достаточно конкретным, но не совсем корректным. Дело в том, что технические характеристики изделий подразделяются на тактико-технические (ТТХ) и эксплуатационно-технические (ЭТХ) [6]. При этом ТТХ (точность, мощность, скорость, чувствительность и т. п.) непосредственно связаны с целевым назначением ТУ, а ЭТХ (надежность, эксплуатационная технологичность, готовность и др.) - с процессом поддержания ТТХ на должном уровне в течение всего срока службы ТУ.
Следовательно, в первом определении ЭксС речь идет о согласованности ЭТХ во имя сохраняемости ТТХ. Во втором определении указывается, что ЭкС - свойство ТУ обеспечивать согласованность их ЭТХ при совместном
Рис. 2. Схема взаимосвязей надежности и жизненного цикла техники
Эксплуатационная технологичность (ЭТ) - совокупность свойств конструкции ТУ, определяющих их приспособленность к проведению мероприятий по переводу в заданное состояние и к ТО. ЭТ характеризуется пятью параметрами: доступностью, контролепригодностью, взаимозаменяемостью, обеспеченностью ЗИП, легкосъемно-стью [8]. Хотя представленный параметрический состав ЭТ приводится для РЭА, он вполне приемлем для других видов техники, в том числе для КА. Правда, для последних он имеет место при заводских работах (сборочно-монтажных и испытательных) и наземной эксплуатации.
Готовность - свойство ТУ, заключающееся в его приспособленности к переводу из любого исходного состояния в состояние непосредственного использования по назначению. Эта ЭТХ является производной от совокупности свойств ТУ, определяющих его ЭТ и надежность. ТУ с более высокими ЭТ и надежностью при прочих равных условиях имеют и более высокую готовность.
Достаточная согласованность указанных выше ЭТХ позволяет обеспечить необходимую сохраняемость ТТХ при эксплуатации ТУ, т. е. ЭксС последних.
Механическая совместимость (МхС) - это способность ТУ функционировать с требуемым качеством при воздействии динамических механических нагрузок в реальных условиях эксплуатации [9].
В обеспечении МхС современной техники наиболее проблематичными являются динамические расчеты на этапе проектирования для определения прочности конструкции, вычисления резонансных частот и нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации [10]. При этом прежде всего выбирается динамическая (физическая) модель проектируемой конструкции (совокупность инерционных, упругих и демпфирующих элементов) с учетом спектральных составляющих динамического воздействия. Затем разрабатывается математическое описание этой модели, т. е. математическая модель конструкции, которая должна содержать замкнутую систему основных уравнений, а также способы задания начальных и граничных условий. Сложность конструкций современной техники такова, что моделирующие их упругие системы являются системами с
бесконечным числом степеней свободы или системами с распределенными параметрами, исследования которых весьма сложны и проводятся методами математической физики или вариационными методами. На практике обычно прибегают к упрощениям, предусматривающим переход от сложной системы к более простой, эквивалентной системе с одной или конечным числом степеней свободы, которая являюется системой с сосредоточенными параметрами, позволяющей выполнять исследования на основании уравнений Лагранжа.
При постановке задачи (динамических воздействий, начальных и граничных условий) в качестве физической модели обычно рассматривают колебания стержней и пластин, поскольку последние наиболее часто применяются в несущих конструкциях. Для однородного стержня уравнение одномерных малых продольных колебаний имеет вид
Э2^/д/2 = с2Э2^/дх + /(х,/), с2 = Лу/р, (3)
где £ - смещение (амплитуда) точки в момент ^ Му -модуль упругости; р - плотность материала стержня; / (х, / )= Р (х, /)/ р - плотность силы, отнесенная к единице массы; Р (х, /) - внешняя сила.
Для поперечных колебаний свободно изгибающейся однородной пластины аналогичный расчет ведут по уравнению гиперболического типа:
д2^/д/2 = с2 (д2^/дх2 +д2^/ду2)+ / (х, у, / ) (4)
где с2 = 5п/ р; / (х, у, / )= Р (х, у, / )/р; 5п - натяжение пластины; Р(х, у, /) - внешняя сила; ^(х, у, /) - перемещение (амплитуда) точек пластины.
В практике конструирования техники вибронагрузки задаются вполне определенными, нередко несколькими диапазонами частот. Так, для КА расчеты осуществляются по диапазонам частот средств транспортировки (автомобиля, железнодорожного транспорта, самолета) и выведения (ракеты-носителя).
В правильно сконструированном изделии собственная частота ^ конструкции не должна находиться в спектре частот внешних воздействий. Хотя любая конструкция обладает несколькими значениями собственных частот, расчет выполняется только для низшего значения ^. Если оно входит в диапазон внешних воздействий, то конструкцию дорабатывают с целью увеличения этого значения^ и его выхода из спектра частот внешних воздействий. Для увеличения вибропрочности в конструкциях вводятся дополнительные крепления, ребра и рельефы жесткости, отбор-товки, используются материалы с высоким демпфирующими свойствами, демпфирующие покрытия, а также специальные амортизаторы.
Таков краткий экскурс в сложнейшие теоретические расчеты и методологию обеспечения МхС современной техники. Однако здесь, как и в теории вообще, последнее слово принадлежит эксперименту, подтверждающему правильность этих расчетов. К прмиеру, при производстве КА изготавливается и испытывается на динамических стендах отдельный технологический образец аппарата. И во время этих испытаний задается весь диапазон возможных эксплуатационных динамических нагрузок.
Тепловая совместимость (ТпС) сводится к способности ТУ функционировать при воздействии штатных
температур и тепловых потоков в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством и не создавать недопустимые тепловые воздействия на другие технические устройства [8; 10].
Для многих видов техники, особенно для РЭА, ЭВМ, КА, обеспечение ТпС является одной из важнейших проблем процесса их разработки. Явно наблюдается даже своего рода парадокс: все новые достижения микроэлектроники порождают, как правило, новые проблемы ТпС. Эта ситуация объясняется взаимной непропорциональностью уменьшения габаритов аппаратуры и снижения ее электропотребления. Если, например, габариты уменьшаются в 5 раз, то при этом электропотребление снижается лишь в 3 раза. В итоге постоянно растет удельная тепловая нагрузка аппаратуры, чем создается тенденция к повышению температуры конструкции, большинство элементов которой имеют температурно-зависимые свойства.
В общем случае перенос тепловой энергии Ф. от изотермической поверхности с температурой 0. к изотермической поверхности с температурой 0j описывается выражением [10]
0,. -0, = Р,Ф, или 0, -0= Р.Ф,, (5)
где 0. - 0, 0j - 0. - температурный напор; F¡j - коэффициент пропорциональности, или тепловой коэффициент ( = Р„), причем структура этого коэффициента зависит от реализованных в каждом конкретном случае способов переноса тепловой энергии (кондукции, конвекции, радиации).
Теплообмен кондукцией (теплопроводностью) осуществляется по закону Фурье, согласно которому для некоторой изотермической поверхности
где Ф[ - количество тепловой энергии, проходящей через единицу площади 5 изотермической поверхности (плотность теплового потока), Вт/м2; X - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м • К).
Конвективный теплообмен связан с движением жидкой или газообразной среды, соприкасающейся с твердым телом (элементом конструкции). Конвекция заключается в совместном действии явлений теплопроводности среды, запасания энергии в ней и ее перемешивания. Теплообмен конвекцией описывается законом Ньютона-Рихмана, согласно которому прямой или обратный тепловой поток, Вт, между поверхностью твердого тела и средой
Ф * = « * (0, - 0с), (7)
где а. - коэффициент теплообмена конвекцией между поверхностью тела и средой, Вт/(м2 • К); 0 и 0с - температуры поверхности тела и среды; - площадь поверхности теплообмена тела, м2.
Радиационный теплообмен осуществляется электромагнитными волнами в инфракрасном диапазоне. По закону Стефана-Больцмана, Вт, энергия, излучаемая в пространство
Ф=е С0 3 (0/100)4, (8)
где £ - степень черноты тела; С; = 5,67 Вт/(м2 •К4) - коэффициент излучения абсолютно черного тела; 5 - площадь излучающей поверхности, м2; 0 - температура тела.
По всем трем видам теплообмена расчеты осуществляются с использованием необходимых табличных данных и соответствующих моделей.
Для полного анализа температурного режима всего КА необходимо иметь систему уравнений, состоящую из уравнения для аппарата в целом и уравнений для всех бортовых элементов. Такая система уравнений получается чрезвычайно громоздкой даже для малых КА. Поэтому обычно используют приближенные методы анализа и расчета. Наиболее распространенным приближенным подходом является рассмотрение только установившихся температурных процессов для различных режимов работы КА. Конечная цель такого подхода состоит в получении достаточного количества точек температурных режимов, позволяющего аппроксимировать весь тепловой режим аппарата.
Физическая причина повышенной сложности обеспечения ТпС заключается в одновременном проявлении всех трех видов теплообмена между многими элементами аппарата, т. е. в их многократной суперпозиции.
Большое, а нередко и решающее влияние в обеспечении ТпС КА имеет компоновка бортовых приборов и узлов. При этом ТпС расположенных рядом тепловыделяющих и теплочувствительных элементов достигается за счет установки тепловых экранов или их разнесением на несущей конструкции.
Полученная точность такого приближенного подхода позволяет довольно успешно выполнять проектно-конструкторские разработки КА. Однако окончательные выводы об уровне достаточности ТпС делаются с учетом результатов экспериментальных проверок тепловых режимов. С этой целью изготавливается и экспериментально отрабатывается специальный тепловой макет аппарата.
С экологической совместимостью (ЭкС) связывают возможность создания такой техники, функционирование и утилизация которой не нанесут недопустимого ущерба биосфере [11].
Биосфера представляет собой грандиозную равновесную систему с непрерывным круговоротом вещества и энергии, в которой активную роль играют микроорганизмы. В реальных экосистемах (леса, моря и др.) круговорот (функционирование) бывает незамкнутым, так как часть веществ уходит за пределы экосистемы, а часть поступает извне. Но в целом круговорот в природе сохраняется. Вещества движутся от одного компонента системы к другому, отражая известную общую закономерность круговорота веществ в природе, например атмосферного воздуха. Все организмы потребляют его при дыхании, а выделяют кислород в окружающую среду только растения путем фотосинтеза, использующего энергию солнечного излучения.
Вмешательство человека посредством создания и эксплуатации техники отрицательно влияет на процессы круговорота. Самыми распространенными веществами, загрязняющими биосферу, являются оксид углерода СО, диоксид серы SO2, оксид азота N0, углеводороды СН, свинец, ртуть и радиоактивные изотопы. Экологи предупреждают, что если не удастся уменьшить выброс углекислого газа, то нашу планету ожидает катастрофа, связанная с так называемым парниковым эффектом. Загрязнения губят растительность и животный мир, ухудшают климат. На-
пример, в Польше погибает 97 %, а на Украине - 84 % леса. Состояние биосферы сейчас оценивается как критическое, наносящее огромный ущерб и здоровью человека.
Все сказанное относится к проблеме ЭкС химического и организационного характера. Однако развитие техники породило и серьезно усугубляет проблему обеспечения ЭкС физического характера, которая приобретает высокую прогрессирующую опасность для людей, животного и растительного мира. Речь идет о генерации интенсивных электромагнитных излучений (ЭМИ) устройствами радиосвязи и электроэнергетики. Паутины электроприборов окружают человека повсюду. Радиопередающие станции создают глобальные электромагнитные поля (ЭМП). В большинстве своем семьи имеют телевизоры, а многие - компьютеры, которые также создают ЭМП. Все чаще появляются сведения об электромагнитной опасности сотовой связи. В лексиконе исследователей становится обычным разговор про электромагнитный смог, который постепенно становится одним из основных факторов загрязнения окружающей среды. При всей этой реальной опасности до сих пор нормативно не определена стратегия обеспечения защитных мер. В целом эта часть ЭкС представляется биоэлектромагнит-ной совместимостью (БЭМС).
В работе [12] излагается новая концепция создания биологически безопасных электронных устройств (компьютеров, телевизоров, мобильных телефонов). Она основывается не на идеях экранирования, а на принципиально новом подходе, учитывающем геометрические особенности ЭМП искусственного происхождения. Авторы ссылаются на исследования, проведенные учеными Швеции и США и показавшие, что ЭМП технического происхождения даже в сотни раз слабее естественного поля Земли являются опасными для здоровья. Например, напряженность электрического поля в зоне компьютерного монитора, как и многих других приборов и аппаратов, обычно составляет 1...10 В/м, магнитная индукция -
0,1...10 мГс, что значительно ниже естественного фона Земли (соответственно 140 В/м и около 400 мГс). Однако эти техногенные поля опасны для человека, а природные поля полезны. Риск возникновения онкологических заболеваний увеличивается уже при достижении магнитной индукции уровня 3 мГс. Генетики установили, что ЭМП, создаваемое компьютером, приводит к необратимым изменениям в делящихся клетках.
В этой связи авторы работы [12] выдвигают гипотезу, что причина высокой опасности низкоинтенсивных искусственных ЭМП кроется в том, что эти поля имеют ан-типриродную структуру. Они утверждают, что природа и все живое развиваются по строгому закону в левовинтовых асимметричных ЭМП (рис. 3, а, 4...6), а искусственные ЭМП имеют правовинтовую асимметрию (рис. 3, б).
Это нарушение фундаментальной природной асимметрии и является губительным для человека, находящегося в зоне искусственных ЭМП. Предполагается, что у биосистем существует особый механизм поглощения энергии ЭМП и превращения ее в электричество, который до сих пор не имел аналогов в технике. Процесс преобразования энергии в клетках происходит под воздействием ЭМП в физической среде, не обладающей маг-
нитными свойствами. При этом отсутствуют привычные резонансные контуры и индуктивности. Так что не всегда нужно искать аналогию с известными радиотехническими методами при объяснении явлений поглощения или преобразования энергии. Так, экранирование позволяет уменьшить энергию ЭМП в окружающем пространстве, но никак не влияет на структуру поля. Поэтому фактор, оказывающий вредное воздействие на человека, остается неустранимым. Следовательно, нужны принципиально новые решения проблемы ЭкС в части биологической безопасности искусственных ЭМП путем перестройки их структуры.
Рис. 3. Винтовая асимметрия электромагнитных полей: а - левовинтовое поле; б - правовинтовое поле
Затронутая проблема обеспечения ЭкС в части БЭМС весьма актуальна и для создателей КА, поскольку многие из них непосредственно заняты отработкой антенно-фидерных устройств (АФУ) и радиоиспытаниями изделий.
Рис. 5. Спиральная галактика
Рис. 4. Левовинтовая асимметрия циклонов
Если сторонники этого подхода правы, то выходит, что принятый ныне методологический подход, учитывающий только уровневую оценку ЭМП, уводит творческую мысль в тупик, а все инженерные разработки, реализующие его, бесперспективны.
Казалось бы, изложенная гипотеза достойна очень серьезного внимания и всестороннего исследования. Однако, насколько известно авторам, учение об асимметрии ЭМП воспринимается многими учеными как лженаука, хотя при этом не выдвигается какая-то убедительная противоположная методологическая разработка.
Таким образом, на пути решения актуальнейшей проблемы ЭкС имеются серьезные и пока непреодолимые препятствия как социально-экономического, так и научного характера.
Рис. 6. Левовинтовая двойная спираль ДНК
Размерная совместимость (РзС) предусматривает взаимное назначение для сопрягаемых частей изделия габаритных и присоединительных размеров, а также совмещаемых электрических параметров в пределах предусмотренных допусков [2, 8]. Производственные допуски, установленные на изделие, ограничивают поле рассеяния параметров, вызванное производственными погрешностями при нормальных условиях эксплуатации. Обычно принимают гауссовский закон распределения случайных величин - параметров (отклонений параметров) элементов и систем (рис. 7). При этом
/(да)= [л/2яа(дА]р|- [да -М(да)]/2а2 (ДА)}, (9)
ш(ДА)= | ДА • / (ДА )(ДА). (10)
Дисперсия отклонения
о2 (да )= |[да - ш(да)Р • /(дл\а (да ). (11)
— ^
Для расчета размерных цепей (РЦ) и замыкающих звеньев (ЗЗ) используют минимаксный и вероятностный методы. При каждом из них возможны два способа достижения заданной точности ЗЗ:
1) способ взаимозаменяемости, при котором необходимая точность достигается без подбора, регулировки или подгонки составляющих звеньев (СЗ);
2) способ компенсации, при котором заданная точность обеспечивается за счет введения компенсирующего звена.
В крупносерийном и массовом производстве используют вероятностный метод. При этом предполагают, что
размеры партии деталей представляют собой случайные величины, распределенные в пределах поля допуска по гауссовскому закону, т. е. большинство деталей имеют размеры, близкие к среднему, и только весьма малое их количество имеют размеры на границах поля допуска. Поэтому при определенном проценте брака
Р6р(0 = 1 - (12)
где Р (г) - вероятность того, что действительное значение выходного параметра детали находится в пределах поля допуска. Можно расширить допуски на размеры СЗ и, следовательно, снизить стоимость изготовления деталей.
ДДА)| ЛА
Ао-
¿V = 3 а (ДА) т/Аф 5-^ = 3о(ДА)
5 (ДА) _ ! _ 5 (ДА)
. А
А
Рис. 7. Распределение плотности вероятности отклонения параметра: А- текущее значение выходного параметра; А0 - номинальное значение параметра; /(ДА) - плотность вероятности отклонения параметра;
т(ДА) - среднее значение отклонения параметра; т(А) - среднее значение параметра; 5(ДА) - допустимое отклонение параметра; о - среднее квадратическое отклонение; 5э - эксплуатационный допуск
Из всего изложенного следует, что процесс обеспечения РзС носит аналитический характер. Этот вид ТС в настоящее время проходит через очередной период методической реорганизации в связи с внедрением международных стандартов.
Совместимость СЧМ. Значительную часть современной техники составляют СЧМ. В этой связи проблема совместимости СЧМ представляет актуальный интерес для науки и инженерии. Совместимость СЧМ - согласованность возможностей человека-оператора (ЧО) с машиной и средой, обеспечивающая наиболее эффективное функционирование СЧМ [13, 14]. В работе [13] определено пять частных видов совместимости СЧМ.
Энергетическая совместимость (ЭнС) предусматривает создание такой машины и органов управления, чтобы и машина, и ЧО гармонировали в отношении требуемых для управления силы, мощности, скорости, точности и темпа управляющих действий, оптимальной загрузки конечностей ЧО, включенных в управление и разделения функций между ними. Опыт создания и эксплуатации СЧМ показывает, что наиболее часто приходится отдавать предпочтение принципу последовательных действий с оценкой упорядоченности расположения органов управления и индикации на пульте управления (ПУ).
Информационная совместимость (ИС) требует, чтобы была создана такая информационная модель (ИМ), адекватная машине, которая соответствовала бы возможностям ЧО по приему и переработке всего потока закодированной информации и эффективному приложению
управляющих воздействий к машине. Прием информации ЧО необходимо рассматривать как процесс формирования перцептивного (чувственного) образа, под которым понимается субъективное отражение в сознании человека свойств действующего на него объекта. Формирование перцептивного образа является фазным (поэтапным) процессом, состоящим из трех стадий: обнаружения, различения и опознания. Длительность этих стадий зависит от сложности принимаемого сигнала. В зависимости от модальности поступающего сигнала используются разные виды анализаторов. Наибольшее значение для деятельности ЧО имеет зрительный анализатор, за ним следуют слуховой и тактильный (осязательный) анализаторы. Участие других анализаторов в деятельности ЧО невелико.
Пространственно-антропометрическая совместимость (ПАС) ЧО и машины состоит в том, чтобы исходя из антропометрических характеристик (АХ) и некоторых физиологических особенностей ЧО (динамическая антропометрия), а также условий, диктуемых конкретной задачей, создать требуемое рабочее место. Для этой совместимости АХ имеют определяющее значение. Они включают различные размеры человеческого тела и делятся на динамические и статические.
Следует отметить, что в условиях нормальной работы ПАС менее критична, чем ЭнС и ИС. Однако при аварийных и катастрофических ситуациях СЧМ недостаточность ПАС, например при малом объеме оперативного пространства (на космических кораблях, самолетах, подводных лодках), может оказаться наиболее усугубляющим фактором негативных последствий.
Биофизическая совместимость (БфС) состоит в том, чтобы достичь разумного компромисса между физиологическим состоянием и работоспособностью ЧО и различными факторами рабочей среды (РС) с учетом объема, качества выполняемых задач и продолжительности работы.
Факторы РС могут оказывать как прямое, так и косвенное влияние на состояние и качество работы ЧО. Так, прямое влияние шума заключается, например, в создании помех при организации речевого ввода-вывода информации и т. д. Результатом косвенного влияния шума является сужение концентрации внимания.
При проектировании СЧМ для обеспечения достаточной БфС учитываются следующие положения:
1) нормируемые производственные факторы при их обычном или комплексном воздействии не должны оказывать отрицательного влияния на здоровье ЧО и всего персонала при профессиональной деятельности в течение продолжительного времени;
2) допустимые параметры неблагоприятных факторов по длительности и интенсивности воздействия не должны вызывать в процессе рабочего дня снижения надежности и эффективности деятельности ЧО.
Технико-эстетическая совместимость (ТЭС) предусматривает введение в основное содержание труда ЧО элементов творческой целенаправленности, обеспечивающих эстетическую удовлетворенность трудом; введение художественных элементов в процессе труда, логически завершающих психофизиологически удовлетворительный труд ЧО. ТЭС пока еще не получила развитого аналитического толкования. Однако она является важной состав-
ной частью научной базы продуцирующей, созидательной деятельности ЧО. Она изучает социально-культурные, технические и эстетические проблемы формирования гармонической предметной среды, создаваемой средствами промышленного производства для обеспечения наилучших условий труда, быта и отдыха человека.
Когнитивная совместимость (КгС) впервые была упомянута в работе по эргономике [15]. Однако при этом не дана даже вербальная трактовка понятия такой совместимости. Когнитивность на латинском языке означает знание, познание. Когнитивную совместимость СЧМ можно трактовать как соответствие познавательной способности человека уровню сложности работы с машиной и ее программного обеспечения. Определяющее значение в обеспечении познавательной способности имеют три компонента: интеллектуальные способности, профессиональные способности и навыки, а также психоло-го-физиологические способности человека.
Таким образом, проблема обеспечения совместимости СЧМ многокомпонентна и сложна, требует от создателей этой системы глубокого и комплексного технического знания, широкого инженерного кругозора, достаточного художественно-эстетического вкуса, опыта и мастерства. Здесь имеет место большой оперативный простор для творческой инженерной и научной деятельности.
В целом исследование ТС инженерами и учеными приобретает все большую актуальность для решения проблемы совершенствования современной техники [16]. Авторы статьи ставили своей целью показать масштабы и актуальность этой проблемы лишь на узловых моментах обеспечения некоторых видов ТС, поскольку более подробное их рассмотрение проблематично даже для монографии, а для статьи - просто невозможно, ведь число исследуемых видов ТС перевалило уже за 40. Насколько этот замысел удался - судить научной общественности.
Библиографический список
1. ГОСТ 22315-77. Средства агрегатные информационно-измерительных систем. Общие положения. М.: Изд-во стандартов, 1977. 16 с.
2. Каверкин, И. Я. Анализ и синтез измерительных систем / И. Я. Каверкин, Э. И. Цветков. Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1974. 158 с.
3. Максимов, Г. Ю. Теоретические основы разработки космических аппаратов / Г. Ю. Максимов. М.: Наука, 1980. 320 с.
4. Цветков, В. Д. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических
процессов / В. Д. Цветков. Минск: Наука и техника, 1979. 264 с.
5. Аргазов, И. В. О проблеме формирования современной технологической науки в области машиностроения / И. В. Аргазов, А. А. Носенков // CAKC-2001: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (1-4 дек. 2001, г. Красноярск) / САА. Ч. II. Красноярск, 2001. С. 171-173.
6. Теоретические основы эксплуатации средств автоматизированного управления / Б. С. Абраменко, Г. И. Владимирович, А. Я. Маслов и др.; под общ. ред.
A. А. Воронина; МО СССР. М., 1974. 430 с.
7. Сугак, Е. В. Надежность технических систем: учеб. пособие для вузов / Е. В. Сугак, Н. В. Василенко, Г. Г. Назаров. Красноярск: МГП «РАСКО», 2001. 595 с.
8. Гелль, П. П. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры / П. П. Гелль, Н. К. Иванов-Есипович. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984. 536 с.
9. Г урвич, Н. С. Защита электронных вычислительных машин от внешних помех / Н. С. Гурвич. М.: Энергия, 1975. 160 с.
10. Справочник конструктора РЭА: общие принципы конструирования / под ред. Р. Г. Варламова. М.: Сов. радио, 1980. 480 с.
11. Безопасность жизнедеятельности / Э. А. Арустамов, А. Е. Волощенко, Г. В. Гуськов; под ред. проф.
Э. А. Арустамова. М.: Изд. дом «Дашков и К», 2001. 678 с.
12. Косинов, Н. В. Почему компьютеры опасны для здоровья, и как их сделать безопасными / Н. В. Косинов,
B. И. Гавбарук, В. В. Поляков // HIT: Разработки в электронике. 2004. Март. № 2. С. 16-20.
13. Денисов, В. Г. Человек и машина в системе управления / В. Г. Денисов. М.: Знание, 1973. 64 с.
14. Муллин, А. М. Совместимость как один из путей повышения эффективности систем «человек-машина» / А. М. Муллин, В. И. Медведев // Современные техника и технологии (СТТ-2004): материалы докл. Междунар. конф. Томск, 2004. C. 105-107.
15. Мунипов, В. М. Эргономика: человекоориентированное проектирование техники, программных средств и среды / В. М. Мунипов, В. П. Зинченко. М.: Логос, 2001. 356 с.
16. Носенков, А. А. Некоторые вопросы теоретического и инженерного обеспечения совместимости современной техники / А. А. Носенков, А. А. Ковель, В. И. Медведев // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева / под ред. проф. Г. П. Белякова / СибГАУ. Вып. 4. Красноярск, 2003. С. 130-138.
A. A. Nosenkov, V. I. Medvedev, A. M. Mullin SOME KINDS AND PROBLEMS OF TECHNICAL COMPATIBILITY
In article some basic kinds and problems of compatibility of modern engineering with accent on space vehicles are considered.
