Поиск конструкторских решений

Многошаговый поиск синтез — анализ — синтез.

Процесс поиска конструкторских идей и решений является трудно формализуемым эвристическим трудом конструктора. Вернёмся к самому началу процесса конструирования — к стадии технического предложения, когда формируется первичный вариант конструкторского решения. Часто самый первый вариант формируется ещё раньше — при разработке технических требований ТЗ, поэтому эта запись требования так, чтобы их осуществление было реальным делом, можно лишь опираться на мысленный образ заданного к разработке объекта. Практически основой такого образа является конкретный прототип, предшественник искомой конструкции, в котором чего — то недостаёт или есть что — то лишнее. Конструктор мыслит образами и описывает их словесно (вербально), или математически (числом либо соотношением величин), или графически (рисунком или чертежом). При конструировании РЭА, кроме пространственных и механических, необходимо установить сложные электрические связи и ограничивать электромагнитные поля, температуру и температурный градиент на заданных участках внутри изделия.

Оценка значимости связей, рассматриваемая в определённом контексте (необходимые, лишние, вредные), целиком зависит от решаемой конкретной задачи. Конструктор сам принимает решение, какие связи существенны, а какие нет, т. е. решение о тривиальности зависит от квалификации конструктора. Но в общем, виде необходимыми функциональными связями являются:

• — электрические, определяемые монтажными соединениями;
• — пространственные и механические, определяемые компоновкой и закреплением элементов.

Лишними связями, которые в конструкции должны быть ограничены верхним пределом, являются электромагнитные и тепловые связи. Эти связи возникают как побочный результат формирования первых трёх необходимых связей. Лишние связи представляют потенциальную опасность тем, что при неблагоприятных обстоятельствах могут перейти во вредные.

Установление структуры проектируемой конструкции и связей в ней представляет собой процесс синтеза. Процесс синтеза при конструировании всегда сопровождается анализом получаемых результатов для внесения коррективов в синтез, т. е. протекает шаговая процедура приближения к оптимуму по схеме синтез — анализ — синтез (рис. 3).

Таким образом, при конструировании РЭА попеременно действуют синтез и анализ: опирающейся на опыт и научную систему взглядов синтез, требующий развитой интуиции, и анализ, подвергающий контролю, расчёту и коррекции продукт синтеза.

Взаимосвязь между теорией и практикой в проектной части процесса конструирования оказывается сложной. Их связывает интуиция конструктора. Теория не создаёт алгоритма, по которому можно однозначно действовать при оптимизации (кроме простейших конструкций). Теория в конструировании РЭА создаёт систему взглядов на условия обеспечения каждого требования с учётом взаимных воздействий и помех. Учёт основан на научно обоснованных компромиссах для известных конструктору предшествующих частных случаев. На базе этой системы взглядов при опытном и тренированном мышлении возникают интуитивные решения. Каждый раз их подвергают научному анализу и расчёту, с тем, чтобы вновь сформулировать задачу дальнейшего шага по пути совершенствования предмета разработки.

Принятие компромиссных решений в условиях неопределённости. Такие решения возможны при использовании специальных, профессионально развитых интеллектуальных свойств конструктора на основе мыслительного процесса, называемого интуицией. Интуиция есть неосознанная обработка информации из предшествующего накопленного опыта с целью достижения многокритериальной оптимизации, происходящая на подсознательном уровне. Интуиция возникает на материале опыта, а не на пустом месте.

Эффективность интуиции зависит от природных данных индивидуума, которые конструктор должен развивать путём самосовершенствования, усиливая в себе семь главных интеллектуальных свойств: эрудицию — исходный объём знаний, интеллектуальный потенциал; память — накопление полученной информации, ассоциирование прошлых наблюдений; наблюдательность — умение выделить главное на фоне второстепенных подробностей; здравый смысл (фронезис) — способность оценивать без предвзятости, жертвовать чем — то ради достойной цели, понимать другие точки зрения; воображение — способность видеть ещё не существующий образ; ясность изложения мысли — умение формулировать умозаключения понятно для других; увлечённость — умение радоваться удачам, переносить неудачи и преодолевать трудности.

Чем в большей степени конструктор обладает этими свойствами, тем ближе к совершенному будет найденное им решение и тем быстрее оно будет найдено.

Талант конструктора измеряется не его способностью находить наиболее остроумное решение, а умением выбирать из многих возможных решений самое простое и экономичное. Простота решения конструкции — залог надёжности. Известны две причины запутанных, усложнённых решений: инертность решения, основанная на приверженности к сложившимся представлениям, и невежество, недостаток знаний.

Конструирование как психологический аспект проявляется во всей своей творческой части — от замысла до синтеза. Замысел должен быть настолько чётко математически и вербально сформулирован, чтобы предстал обобщенный технический образ будущей разработки. Это тем более важно, что в начале работы для её планирования необходимо построить логическую схему разработки, чтобы постепенно подключать всё более широкий коллектив разработчиков. Подготовка и обоснование технического решения является наиболее напряжённой в психологическом отношении частью работы.

Синтез конструкции основан на компромиссах, причём границы компромисса неформализуемы, их устанавливают интуитивно. Оптимальное решение вырастает из исследования соотношений между возможностями. Конструктор подвержен влиянию отвергнутых им вариантов. В этих условиях возможно возникновение психологического барьера, когда вырабатывается стойкий и верный стереотип подхода к решению. Он возникает в результате одностороннего видения проблемной ситуации, когда многочисленные попытки её разрешения сталкиваются с непреодолимыми трудностями. Преодолеть этот барьер можно только путем извлечения из ситуации её отличительных особенностей.

Процесс конструирования требует большего воображения, чем художественное творчество, хотя проявленная при этом изобретательность заметна в законченном произведении только специалисту. Большой психологической нагрузкой для конструктора является фактор времени, требующий эффективного творчества в ограниченные сроки.

Интенсификация интеллектуального процесса поиска решений. Применяют следующие четыре основных приёма для интенсификации психологического процесса: аналогию, инверсию, эмпатию и мозговой штурм.

Приём аналогии используют как для преодоления, так и для увеличения инерции мышления. Инерция мышления полезна, если стоит задача с наибольшей точностью повторить решение, найденное ранее в прототипе, внося изменения чисто количественно (изменить один — два размера и т. п.). Для разрушения инерции мышления аналогию необходимо искать между далёкими по характеру задачами, выбирая в целях конструктивного решения аналогию из какой — либо далёкой области. Например, идея вскрытия герметичного корпуса модуля путём надрыва шва заложенной в шов проволокой взята из конструкции консервной банки.

Приём инверсии основан на взгляде на явление с иной, часто противоположной стороны. Например, обращение вреда в пользу при устранении самоотвинчивания резьбовых соединений: попадание краски в резьбу затрудняет разборку резьбового соединения, но именно поэтому может быть использовано для законтривания.

Приём эмпатии (вживание в образ) позволяет конструктору ощутить мельчайшие подробности работы узла или протекающих в нём процессов, для того чтобы обнаружить недочёты, неразличимые при взгляде со стороны. Например, ощущение себя тепловым потоком, текущим от мощного, закреплённого на печатной плате транзистора, позволяет образно представить, ощутить преграды на его пути: неплотности и переходные слои в зоне контакта транзистора и платы, тепловое сопротивление самой платы при растекании теплового потока, неплотности в зоне прижима платы к массивному теплостоку. Одновременно с этим конструктор может «ощутить» конвективное рассеяние тепла и такие важные физические явления, как взаимное перемещение сопрягаемых деталей из — за различия коэффициентов расширения или накапливание внутренних напряжений при нагреве и охлаждении.

Приём мозгового штурма направлен на возбуждение коллективного генерирования новых идей по преодолению тупика в процессе выработки решения при создании конструкции. Проводится мозговой штурм следующим образом. Назначается временная (на 2−3 часа) группа специалистов, зарекомендовавших себя творчески способными, работающими в различных подразделениях предприятия, в составе 5 — 8 человек. Перед группой, собранной в отдельной комнате, оснащенной магнитофоном для записи высказываний, ставится хорошо сформулированная конкретная задача: как преодолеть возникшее техническое противоречие? Важно тщательно подготовить формулировку задачи, чтобы она была полной и лаконичной. Затем члены группы по очереди кратко (1−3 мин.) высказывают любые, в том числе на первый взгляд абсурдные, идеи. Разрешается другим участникам развивать высказанные предложения, но без слов критики или одобрения. На этом работа группы заканчивается.

Магнитофонную запись выступлений передают для тщательного анализа в подразделение, которое сделало заявку на мозговой штурм. Обычно это подразделение на период анализа записи усиливают несколькими специалистами родственного направления. В результате могут быть найдены удачные идеи, подлежащие более детальной проработке. Но даже если все выдвинутые идеи будут в конечном счёте отвергнуты, мозговой штурм будет содействовать преодолению инерции мышления и выдвижению в последующем продуктивных идей самими конструкторами данного подразделения.

Например, для мозгового штурма была выдвинута задача: предложить улучшение конструкции электрического контакта в зоне герметического разъёмного шва между крышкой и корпусом СВЧ — модуля, так как применяемая уплотняющая резиновая прокладка из электропроводной резины (резина с порошкообразным проводящим наполнителем) имеет повышенное электрическое сопротивление, особенно в диапазоне сверхвысоких частот, когда под действием верхностного эффекта электрический ток протекает в тонком поверхностном слое толщиной примерно десять микрометров. Из — за повышенного сопротивления в зоне шва между крышкой и корпусом недопустимо ухудшается экранирование модуля.

Во время мозгового штурма было предложено, в частности, обернуть резиновую прокладку тонкой металлической фольгой. Фольга должна быть настолько тонкой, чтобы не повлиять на эластичную деформацию резиновой прокладки, но обеспечить металлический контакт между крышкой и корпусом. Анализ предложения навёл на мысль заменить прокладку из электропроводной резины прокладкой из изоляционной резины, покрытой тонким слоем металлизации (химическим или вакуумным способом).