2.1 - Общие сведения о проектируемых объектах.

2.2 - Исходные данные для проектирования.

2.3 - Источники получения новых знаний.

2.4 - Алгоритм принятия решений по управлению деятельностью предприятия при постановке на производство объекта проектирования.

При проектировании проектировщик использует и анализирует систему «наука – техника – производство – эксплуатация». Структурную схему конкретного взаимодействия проектировщика и объекта проектирования можно представить в виде (рис.2.1).

Рис. 2.1. Структурная схема взаимодействия

проектировщика и объекта проектирования

Здесь Х1,…, Х исходные (входные) данные (условия эксплуатации, свойства исходного обрабатываемого материала, агротехнические требования к проектируемой машине (см. гл.11); Х,…,Х- управляющие воздействия, обеспечивающие заданные условия функционирования объекта проектирования (конструкции рабочих элементов, их компоновка, кинематические параметры и т.д.); У,…,У- выходные показатели функционирования (экономические показатели, показатели назначения, энергоемкость, металлоемкость, надежность, эргономика, эстетика и т.д.).

Объектами проектирования в соответствии с дисциплиной «Основы проектирования СХМ» являются сельскохозяйственные машины, оборудование, агрегаты и комплексы.

В отличие от функционирующей системы (системы, эксплуатируемой в агропромышленном комплексе (АПК)) описание проектируемой системы задает ее предполагаемую структуру с помощью схем, пояснительных текстов, а также логических и математических соотношений, моделирующих работу отдельных элементов системы и ее взаимодействие с окружающей средой.

  Таким образом, при проектировании создается структура систем.

  Сложившуюся структуру объектов проектирования целесообразно характеризовать элементами, составляющими её [4]. Сельскохозяйственная машина в общем случае состоит из следующих групп элементов:

               - рабочих органов;

   - механизмов для передачи движения от источника энергии;

   - механизмов управления;

   - источника энергии;

   - ходовой части с подвеской;

   - несущих конструкций.

В зависимости от назначения машины, т.е. характера технологических операций, которые она должна выполнять, метода агрегатирования в структуре не обязательно должны присутствовать все группы элементов (например, у навесных машин ходовая часть отсутствует, так как ее роль выполняет трактор или самоходное шасси и т.д.).

Сельскохозяйственные агрегаты включают:

1) энергетическое средство (ЭС) (трактор или самоходное шасси);

2) сцепочное устройство;

3) рабочие сельскохозяйственные машины.

На практике агрегаты часто состоят из трактора и одной рабочей машины, навешиваемой или прицепляемой. В этом случае, как правило, сцепочного устройства не требуется. Иногда одна машина или орудие агрегатируется с двумя тракторами (тросовая волокуша).

Самоходная сельскохозяйственная машина (СХМ) может рассматриваться как разновидность сельхозагрегатов.

Комплекс машин, как  следует из определения, должен состоять из сельхозмашин и агрегатов в количестве и с характеристиками, обеспечивающими выполнение производственных процессов.

Структура, как показано выше, отвечает требованиям на проектирование объектов, поэтому можно привести некоторую классификацию перечисленных объектов.

 Сельскохозяйственные машины подразделяют:

по назначению: на  почвообрабатывающие; посевные; для ухода за растениями; уборочные и т.д.;

по  отношению к мобильным энергетическим средствам (тракторам, самоходным шасси и т.п.): на прицепные; навесные; полунавесные; самоходные.

  Агрегаты подразделяют:

по энергетическому средству - на машинно-тракторные;

по наличию сцепного устройства  (сцепки) - на сцепочные и бессцепочные;

по положению рабочей машины относительно энергетического средства: на задние; передние; средние; симметричные; левосторонние; правосторонние и т.д.

Комплексы машин различают:

по применению в отраслях сельского хозяйства: полеводческие; животноводческие и т.д.

Эффективность техники проявляется в сфере эксплуатации. В сельскохозяйственной литературе термины процессов, связанных с получением сельскохозяйственной продукции, не упорядочены. Однако  дальнейшее изложение учебного материала требует однозначности в понимании. В связи с этим на основе анализа литературных источников будет использована следующая структура соподчиненных понятий (рис.2.2.).

              

Рис. 2.2. Примерная модель производственного процесса

сельскохозяйственного предприятия

   Рис.2.2. показывает, что производственный процесс сельскохозяйственного предприятия включает технологические процессы по производству различной сельхозпродукции. Обычно технологические процессы взаимосвязаны между собой, в том числе едиными техническими средствами, если в процессах встречаются аналогичные технологические операции. Однако могут быть процессы с обособленным комплексом машин для животноводства, парниково-тепличного хозяйства и др.

Технологические операции сопровождаются изменением технологических свойств обрабатываемых материалов. Под технологическими свойствами в дальнейшем будем понимать часть физико-механических свойств, которыми обладают обрабатываемые сельскохозяйственные материалы и на изменение которых направлено воздействие рабочих органов сельскохозяйственных машин. Обычно сельскохозяйственные агрегаты и машины предназначены для механизации технологических операций.

Вспомогательные операции нужны для подготовки техники  к работе (сборка, обкатка, техническое обслуживание и т.д.) и объектов обработки к применению машин и агрегатов (разметка полей на загоны, обозначение  мест для заправки или разгрузок машин и т.д.), для этого могут разрабатываться сервисные средства.

Иногда к проектируемым объектам применяют термин «система».

 Для решения задач при проектировании требуется большой объем сведений об элементах системы «наука – техника – производство – эксплуатация», влияющих на объект проектирования, а также значительный объем информации, определяющий условия, место, заданные агротехнические требования и ограничения на его функционирование. Причем количество информации и ее характер зависят от многих обстоятельств: назначения проектируемой машины; наличия аналогов; степени изученности отдельных вопросов и т.д.

Информацию, в каждом отдельном случае, необходимо подбирать дифференцированно в зависимости от назначения  проектируемой машины и решаемых задач при проектировании. Рассмотрим основные разделы необходимой информации.

Наука – сфера человеческой деятельности, функции которой– выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности; включает как деятельность по получению нового знания, так и ее результат – сумму знаний, лежащих в основе научной картины мира. Непосредственная цель науки – описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности, составляющих предмет ее изучения, на основе открываемых ею законов. Проектировщик должен владеть навыками научно-технической деятельности [18].

          Большое количество современных научных коллективов приняли участие в разработке отдельных СХМ для растениеводства, животноводства, мелиорации, лесного хозяйства и защитного лесоразведения. Широко известны научные коллективы институтов РАСХН: ВИМ, ВНИПТИМЭСХ, СибИМЭ, СЗНИИСЭСХ и др., ОАО ВИСХОМ, ОАО ВНИИКОМЖ и др., вузов РФ – ДГТУ, ЧГАУ, Воронежский Агроуниверситет, Московский ГАУ им. В.П.Горячкина, АЧГАА и др.

В ДГТУ проводят  исследования, приоритетные для регионального и федерального уровней: разработку новых технологий и оборудования для создания полноценной кормовой базы – изыскание нетрадиционных технологий и технических средств для производства кормового белка и сбалансированных кормов; обоснование новых технологических принципов обмолота и сепарации, обеспечивающих разработку молотильных аппаратов, сепараторов соломистого и мелкого зернового вороха применительно к современным зернокомбайнам и стационарным комплексам; создание теории системной сепарации, параметрический и структурный синтез машин и агрегатов для поточной очистки зерновых культур, позволившие обосновать и разработать серию новых машин и зерноочистительных агрегатов; разработки по управлению качеством продукции на всех стадиях ее создания, базирующиеся на использовании методов системного анализа и синтеза; обеспечение надежности конструкций сельскохозяйственных машин, биотехнических систем «человек – машина – животное».

Методологические основы научного познания и творчества. Диалектико-материалистическая теория познания вскрыла природу знания, обосновывая ее посредством принципа отражения. Знание представляет собой адекватное отражение действительности в сознании человека, проверенное общественно-исторической практикой и удостоверенное логикой. Знание не дано изначально, а приобретается человеком в ходе жизни в обществе, является результатом познания, которое можно определить как процесс обогащения новым знанием. Исследователь стремится к познанию мира – предметов, явлений, закономерностей их развития, взаимосвязей между ними, причин и следствий таких связей для получения объективных сведений о действительности и пользуется при этом научными методами.

Метод – совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности. Основное содержание методов науки составляют, прежде всего, научные теории, проверенные практикой. Развитие и дифференциация методов мышления в ходе развития познания привели к учению о методах – методологии.     

Эмпирические знания характеризуют непосредственно объект и выводятся в основном из опыта (наблюдений, эксперимента) путем некоторой рациональной обработки. Примером служат численные результаты эксперимента, обработанные методом математической статистики и представленные в виде математических моделей так называемых эмпирических уравнений или формул.

Теоретические знания всесторонне характеризуют объективную реальность в ее существенных связях и закономерностях и связаны с совершенствованием и развитием аналитического аппарата науки. Эти значения могут быть получены и в относительной независимости от опыта, например, посредством введения гипотетических допущений или теоретических моделей.

Эмпирические и теоретические уровни познания тесно связаны между собой, так как теоретические построения возникают на основе обобщения имеющихся знаний, в том числе и полученных из наблюдений, экспериментов, и, в свою очередь, ориентируют эмпирическое исследование. Развитие познания предполагает непрерывное взаимодействие опыта и теории. Однако конечной целью научного познания является не эксперимент, а теория. Степень развития науки определяется не столько количеством добытых эмпирических знаний, сколько полнотой и достоверностью выдвинутых и достаточно обоснованных теорий.

Отсутствие возможностей воздействовать на изучаемый объект при наблюдении привело к тому, что основным методом эмпирического познания стал эксперимент.  

Эксперимент – это метод познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности. Слово эксперимент происходит от латинского experimentym – проба, опыт. Эксперимент, как и производственная деятельность людей, составляет основной элемент практики, познания реальной деятельности. Понятие «эксперимент» означает научно поставленный опыт или пробу, когда исследователь осуществляет проведение искусственно вызванного им явления в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за его развитием, управлять им, воссоздавать его каждый раз при сохранении тех же условий. Эксперимент осуществляется на основе теории, определяющей постановку задачи и интерпретацию ее результатов. Нередко главной задачей эксперимента служит проверка гипотез и предсказаний теории. В связи с этим эксперимент как одна из форм практики выполняет функцию критерия истинности научного познания в целом. Различают физический и математический эксперименты.

Физический эксперимент может быть лабораторным или производственным в зависимости от того, выполняется он на лабораторном оборудовании или на промышленной машине или агрегате при их промышленной эксплуатации.

Когда в связи с особыми свойствами объекта исследования непосредственное его изучение затруднено, прибегают к моделированию. Моделирование – это метод исследования объектов познания на их моделях, которые являются аналогами (заместителями) оригинала в познании и практике.

Математический эксперимент проводят на математических моделях, описывающих какие-либо физические объекты или процессы. Физические и математические эксперименты дополняют друг друга, делают процесс получения информации об объекте исследования менее трудоемким и более экономичным.

Одновременно с проведением либо по окончанию наблюдения или эксперимента исследователь в качестве орудия познания привлекает мышление. Основными видами мыслительной деятельности при выполнении исследований и обсуждении их результатов являются анализ и синтез.

Анализ есть мысленное разложение предмета или явления на составляющие его части или стороны, более простые, с целью их глубокого изучения. Так, анализ процесса сепарации сыпучих материалов на решетных сепараторах по размерам включает следующие процессы: относительные перемещения по решету; процесс самосортирования (опускания в слое приходных компонентов); процесс ориентации приходных компонентов относительно отверстий решета и его проход. Следовательно, для управления процессом с целью повышения эффекта сепарации необходимо изучать каждый из этих процессов.

Синтез – мысленное объединение расчлененных анализом элементов. После изучения каждого из процессов, указанных в вышеприведенном примере, осуществляется их синтез, соединение этих процессов, устанавливается их взаимное влияние и получается общее, более полное представление о наблюдаемом процессе.

В зависимости от соотношения эмпирического и теоретического уровней назначения при изучении предметов, явлений различают два основных метода познания: дедуктивный и индуктивный.

Дедукция есть процесс аналитического рассуждения от общего к частному или менее общему. Наиболее характерным видом дедукции является аксиоматический метод, при котором основные утверждения выводятся логически путем на базе одной или нескольких аксиом, принятых исходных положений или постулатов.

Индукция – это процесс выведения общего положения из наблюдения ряда единичных величин. Индуктивный метод может быть представлен в виде следующих основных его элементов:

   1) восприятие явления путем наблюдения или эксперимента;

   2) построение на основе обсуждения имеющихся данных рабочей гипотезы, механизма явления, процесса, которые разъясняют все частные известные явления;

   3) построение математической теории, гипотезы или математического описания механизма процесса в целом;

   4) проверка теории на практике, которая служит критерием истинности разработанной теории.

Одним из этапов исследования является разработка гипотезы.

Гипотеза - это научное допущение или предложение, истинное значение которого не определено. Задача гипотезы – раскрыть те объективные связи и соотношения, которые могут быть главными для изучаемого явления. После проверки гипотеза превращается либо в достоверную теорию, либо в достоверное значение определенного факта. При решении инженерных задач гипотеза используется как формулировка или предложение возможного пути поиска. Следовательно, любой инженерный эксперимент должен выполняться только при наличии первоначальной гипотезы. Первоначально гипотеза в процессе исследования, как правило, неоднократно подвергается анализу, критике, уточнению, и в результате гипотезы становятся более достоверными (мозговой штурм).

В ряде случаев выдвижение гипотезы происходит через интуицию.

Интуиция – способность постижения истины путем прямого ее усмотрения без обоснования с помощью доказательств. Она представляет собой своеобразный тип мышления, когда отдельные звенья процесса мышления проносятся более или менее бессознательно, а предельно ясно осознается именно итог мысли – истина. Интуиции бывает достаточно для усмотрения истины, но ее недостаточно, чтобы убедить в этой истине других и самого себя. Для этого необходимо доказательство. Интуиция возможна, как правило, лишь при наличии определенных знаний и большого опыта теоретического и практического мышления.

При обсуждении результатов экспериментов, выдвижении гипотез в процессе мышления у исследователя возникают идеи.

Идея – это мысль, которая, достигая высокой степени объективности, полноты и конкретности, в то же время нацелена на практическую реализацию. Идея – это отражение действительности и целевого устремления. Генерация идей должна быть неотъемлемой особенностью деятельности и мышления исследователя, так как без новых идей невозможно дальнейшее развитие науки и техники.

Научно-техническая деятельность- деятельность, направленная на получение, применение новых знаний для решения технических, инженерных, экономических, социальных, гуманитарных и иных проблем, обеспечения функционирования науки, техники и производства как единой системы.

Экспериментальные разработки – деятельность, которая основана на знаниях, приобретенных в результате проведения научных исследований или на применении практического опыта, и направлена на сохранение жизни и здоровья человека, создание новых материалов, продуктов, процессов, устройств, услуг, систем или методов и их дальнейшее совершенствование.

Организация и планирование исследований. Исследования в области сельскохозяйственного машиностроения ведут научные учреждения различного профиля: институты РАСХН, отраслевые НИИ, производственные объединения (ПО), научно-исследовательские и научно-производственные организации в структуре вузов, объединения производственных, вузовских и других научных организаций в технопарки, решающие крупные научно-производственные проблемы.

Институты РАСХН (ВИМ, ВИЭСХ, ВНИПТИМЭСХ, СибИМЭ и др.) решают фундаментальные и прикладные проблемы развития сельхозмашиностроения.

Отраслевые институты (ОАО «ВИСХОМ» и др.), лаборатории (отделы), научно-технические центры производственных объединений призваны быть связующим звеном между фундаментальной наукой и производством, занимаясь прикладными научными исследованиями и научно-технической деятельностью. Научно-технические центры представляют собой научно-производственный и хозяйственный комплекс, в состав которого могут входить научно-исследовательские, проектно-конструкторские, технологические организации, опытные производства по выпуску готовой продукции.

В вузах проводятся фундаментальные и прикладные научные исследования, тесно связанные с подготовкой инженерных и научных работников. Выбор направлений и тематик исследований определяется комплексно в зависимости от ряда условий.

1. Предложений заказчиков: предприятий разработчиков и изготовителей сельхозтехники; отраслевыми министерствами; государственным комитетом по науке и технике в соответствии с федеральным планом НИР и ОКР по соответствующей проблеме.

2. По инициативе самой организации, определившей проблему и направления исследований перспективные для развития сельхозмашиностроения.

3. Возможностью научного подразделения, определяемой наличием специалистов, работающих в соответствующем научном направлении, их опыта, квалификации, наличия исследовательской базы.

Финансирование НИР производится заказчиком (хоздоговорные работы, участие в программах), из собственных средств научной организации (инициативные исследования); госбюджетное финансирование НИР, определенных различными государственными программами федерального и регионального уровней; за счет средств грантов; НИР, проводимые в вузах по выбранным и утвержденным направлениям, дополнительно финансируются из федерального бюджета.

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.

               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.

Рис.2.3. Применение моделей в научной и инженерной деятельности

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 сельскохозяйстенных 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.

При создании новых объектов проектировщик может использовать только ту информацию, которая содержится в базе  данных (БД) производственной (П) системы. В  условиях рынка необходимы новые знания, поэтому П-системе необходимо выявить те  источники, из которых она может брать достоверную информацию для пополнения своих баз данных [12].

Таким источником является наука, задача которой – извлечение и систематизация новых знаний о процессах и явлениях, имеющих место в природе. В глобальном информационном пространстве, называемом общественное сознание (ОС), наука выполняет функцию носителя объективной информации, задающей информационную модель природы как целого. Наука дифференцированна по разделам. Развитие науки, непрерывно отражающей развитие природы и общества, идет в двух направлениях: вглубь – путем проникновения в элементарную сущность предметов и явлений и вширь –путем интеграции различных направлений с использованием многокритериального анализа и синтеза сложных процессов и явлений. Для науки одинаково важным является исследование космоса, изучение элементарных частиц и расшифровка информационной модели (генома) человека.

Рассмотрим П-систему с последовательно изменяющимися состояниями (рис. 2.5.), которая представлена в материальном (рынок товаров) и информационном пространствах.

На шкале времени (t) задаются временные интервалы  , в конце которых фиксируется состояние (S) производственной системы:

- текущее состояние (t), задаваемое системой мониторинга;

-исходное (начальное) состояние (t), задаваемое отчетом;

- прошлое состояние (-2 ,-  ), задаваемое в виде статистики;

-будущее состояние, задаваемое в виде проектов.

Рис. 2.5. Схема, отображающая изменение состояний П-системы

в прошлом и будущем

Наблюдатель, лицо, принимающее решение (ЛПР), находящийся на рынке товаров, имеет информацию об экономическом состоянии П-системы и, основываясь на личном опыте, способен прогнозировать ее  состояние на несколько месяцев вперед. Дальнюю перспективу развития П-системы  в условиях нестационарной рыночной среды ЛПР оценивает как стихию.

В реальных условиях крупные корпорации прогнозируют свое развитие на двадцать и более лет вперед. Для  этого они используют модели (St*S) – взаимодействия с последовательно изменяющимися состояниями, которые существенно  сложнее модели стихийной среды (St – производственная система, S – окружающая среда; St*S – отдача продукции П – системы в окружающую среду). Для того чтобы от стихии прейти к порядку, П-система должна иметь в своем составе функциональные звенья, способные задать и поддержать этот порядок. Эту функцию опережающего отражения в П-системе обычно выполняет звено научного обеспечения производства (ЗНО).

Базовый принцип (аксиома), на котором строится описание (St*S) – взаимодействия формулируется следующим образом:

П-система является  инерционным объектом, который не может мгновенно изменять свои состояния, и поэтому модель (St*S) – взаимодействия должна  постоянно корректироваться таким образом, чтобы компенсировать проявление нестационарности внешней среды.

В П-системе научное обеспечение выполняет две существенно различные функции. Во-первых, оно задает модели последующих состояний П-системы на дальнюю перспективу, во-вторых, оно постоянно корректирует (изменяет) принятую модель в зависимости от текущего состояния среды. Первая функция является относительно статической, а вторая – динамической, так как связана с постоянным мониторингом окружающей среды и корректировками модели (St*S) – взаимодействия. Из принятой аксиомы вытекает важное для П-истемы следствие.

Если П-система не имеет в своем составе звена научного обеспечения, то она управляет методом проб и ошибок и неспособна адаптироваться к изменяющимся условиям рынка. Функциональное звено способно выявить и оценить эти изменения, а следовательно, сформировать управляющие воздействия, компенсирующие их.

Звено научного обеспечения формирует свое собственное информационное пространство, в котором представлены следующие информационные объекты:

   - новые знания, полученные фундаментальной и отраслевой науками;

- результаты научно-исследовательских разработок (НИР), полученные прикладной наукой;

   - новые идеи, сформулированные в научных публикациях, отчетах и других документах;

   - патенты, защищающие интеллектуальную собственность разрабатываемого направления техники;

   - стандарты и методики, поддерживающие научное обеспечение производства;

   - ноу-хау, знания, в которых заключен опыт производства по избранному направлению техники.

Информационное пространство звена научного обеспечения связано с общественным сознанием (ОС), а  также с информационными пространствами рынка товаров и рынка объектов интеллектуальной собственности (ОИС). Схема взаимодействия информационных пространств П-системы представлена рис. 2.6.

Рис.2.6. Схема взаимодействия информационных пространств П-системы

Уровни научного отображения производства. Каждой развивающейся П-системе необходимы новые знания, обеспечивающие создание новых технологий и изделий. В системе общественного разделения труда функцию извлеченных новых знаний выполняет наука, которая отражает бытие в информационном пространстве во всем его многообразии и развитии. 

               Наука структурирована (рис.2.7.) по разделам и специальностям. Фундаментальная наука отражает бытие таким, каково оно есть на данный момент и в развитии путем формирования новых разделов, направлений и специальностей. Целью фундаментальной науки является познание бытия.

Рис. 2.7. Схема взаимодействия науки и производства

Физическую основу бытия составляет материальное пространство, которое  структурировано по отраслям и видам однородной продукции, выпускаемой отраслью (см. рис.2.7). Каждая отрасль для своего развития нуждается в  научном обеспечении, и поэтому в научном пространстве на базе фундаментальной науки формируется отраслевая наука, целью которой является анализ, синтез и оценка продукции, выпускаемой отраслью, а также создание условий для ее непосредственного развития. Отраслевая наука использует в своем арсенале такие понятия, как технический уровень технологии, качество, ценность, критерии, оценки, экономическая эффективность.

Отраслевая наука по определению призвана решать научные задачи развития конкретной отрасли в границах, определенных разделами фундаментальной науки. Поэтому, если фундаментальная наука является мировым достоянием, то отраслевая наука является достоянием региона, в котором она осуществляет научное обеспечение выпуска продукции.

В состав отрасли входит множество унитарных предприятий, каждое из которых занимает нишу рынка, и для поддержания конкурентоспособности вынуждено постоянно совершенствовать выпускаемую продукцию. Для этого необходимы новые знания, которые формирует прикладная наука. Целью прикладной науки является определение границ информационного пространства, в котором предприятие способно выпускать продукцию, обладающую свойствами конкурентоспособности, и тем самым поддерживать свою конкурентоспособность. Продукция, выпускаемая звеном научного обеспечения, является объектом интеллектуальной собственности, которая измеряется ценностью на рынке интеллектуальной собственности.

Наука является относительно независимой формой общественного сознания, которая имеет свои законы развития и отображения быта. Для производства наука сформировала три уровня отображения научных знаний, отличающихся общностью, ценностью для производства и источниками финансирования. Это фундаментальный, отраслевой и прикладной уровни научного обеспечения производства. Структурная схема научного обеспечения производства представлена на рис.2.8.

Рис. 2.8.  Структурная схема научного обеспечения производства

На фундаментальном уровне знания представлены в абстрактной форме и недоступны для непосредственного восприятия производством. Фундаментальные знания не имеют рыночной стоимости (они бесценны) и оцениваются только научной общественностью.

Прикладной уровень генерирует знания, непосредственно используемые в производстве, имеют ценность, определяемую на рынке интеллектуальной собственности. На этом уровне осуществляется прямой контакт науки и производства, и формируются проблемы и задачи, которые предстоит решать на фундаментальном и отраслевой уровнях науки.

Задачи прикладной науки.

1. Наблюдение процессов производства и отображение их в научной (абстрагированной) форме.

2. Формирование проблем (задач) и их постановка в форме, доступной для восприятия на фундаментальном и отраслевых уровнях.

3. Обеспечение трансферта новых знаний из области фундаментальной науки в материальное производство.

4. Формирование идей обладающих силой изменить сложившиеся модели производства.

5. Формирование объекта интеллектуальной собственности.

6. Формирование баз знаний, содержащих информационные объекты (новые знания), используемые для  поддержания устойчивости производства в рыночной среде.

При переходе отечественных производственных отношений к рыночным управлениям производственно-сбытовой деятельностью предприятия принятие решения о постановке на производство новой продукции (объекта проектирования) производится по обобщенному алгоритму.

Особую роль в этих условиях приобретает динамическая система информационного обоснования принятия стратегических управленческих решений, определяющих жизнедеятельность предприятия и его успех (лидерство) на отечественном и внешнем рынках, техническую политику и перспективу развития, вероятность диверсификации производства и целесообразность выпуска новых видов продукции.

Принятие решений – главная задача «первого лица» фирмы и его команды. Развитие науки и техники, появление новых технологий приводят к необходимости отыскать, переработать, воспринять непрерывно увеличивающееся количество информации, а время на ее преобразование в стратегическом решении уменьшается, так как растет динамика и сложность объективно протекающих процессов.

Была сделана попытка расчленить принятие стратегического решения на этапы:

- идентификация проблемы;

- постановка цели;

- сбор и обработка информации;

- выбор критериев оценки альтернативных вариантов;

- подготовка вариантов решений;

- выбор предпочтительного решения;

- подбор цепочки лиц, принимающих промежуточные решения (ЛПР).

Однако это только частично решило проблему.

Управление крупной фирмой (концерном, объединением) с разноплановым производством требует использования новых информационных технологий, дающих возможность многопланового анализа проблемы, моделирования динамики ее развития, выбора вариантов решения и прогнозирования вероятных последствий.

Принятию обоснованных стратегических решений, связанных с долгосрочным успехом научно-технической и производственно-сбытовой деятельности фирмы, минимизацией технического и коммерческого риска, в значительной степени помогает алгоритм, базирующийся на использовании современных информационных технологий, коллективном анализе вариантов проблемы.

Алгоритм принятия решений (рис.2.9.) хорошо зарекомендовал себя на практике. В общем случае алгоритм можно представить как приведенную далее последовательность реализации информационных технологий.

1. Постановочный этап выработки стратегического решения – выявление и уяснение побудительных причин, требующих постановки проблемы; формулировка ее сути; разработка задания на решение.

2. Выбор экспертов и лиц, принимающих промежуточные решения (ЛПР), которые обеспечат качественное решение проблемы. Важно привлечь к работе такое количество специалистов, суммарные знания которых позволят эффективно ее решить.

3.  Подготовка задания НТС (научно-технический совет). На этом этапе каждым экспертом и ЛПР формируются предложения по решению проблемы. Эксперты объединяются в группы для выработки критериев оценки альтернативных вариантов и принятия групповых решений, а также для ранжирования вариантов решений по степени эффективности в штатных и нештатных ситуациях.

Рис.2.9. Алгоритм принятия решений о постановке

на производство новой продукции

4. Коллективное принятие стратегического решения включает в себя коллективный анализ предложенных вариантов, отработку прогнозов вероятных последствий принятых решений, выбор предпочтительного варианта и детальный прогноз развития проблемы в соответствии с этим решением.

Если прогноз положительный, то решение утверждается, и принимаются все необходимые меры для его реализации и мониторинга достигнутых на практике результатов. Делаются окончательные выводы, а собранная информация по рассматриваемой проблеме систематизируется и вводится в банк данных.

               Если же прогноз неблагоприятный, то процесс поиска лучшего варианта решения повторяется (см. рис.2.9, этап 4) с привлечением и использованием дополнительной информации. Если это не дает положительного результата, то меняется состав участников решения проблемы, приглашаются новые эксперты (т.е. меняется «суммарное количество знаний»), и весь процесс принятия решения повторяется, но уже начиная с этапа 2 (см. рис.2.9).

               Алгоритм принятия стратегических решений позволяет сэкономить трудозатраты, время, материалы и финансовые средства в сочетании с использованием новейших достижений для совершенствования объекта управления.