загрузка...
 
1.3 Структурні  методи  досліджень  у  науці
Повернутись до змісту

1.3 Структурні  методи  досліджень  у  науці

Розглянемо поняття структури в більш широкому змісті, а саме у контексті таких понять, як структурні аналіз та синтез. Як відомо, синтез (від грецького synthesis - з'єднання, сполучення, складання, узагальнення) – це метод наукового дослідження будь-якого предмета, явища, який полягає в пізнанні його як єдиного цілого, у єдності та взаємному зв'язку всіх його частин. Аналіз (від грецького analysis - розкладання, розчленовування) – це метод наукового дослідження, який полягає в уявному або фактичному розкладанні цілого на складові частини.

Використання цих методів при вивченні структури технологічних процесів або окремих об’єктів дозволяє проводити вдосконалення техології виробництва: структурний аналіз допомагає виявити внутрішні резерви технології на кожному робочому місці, а структурний синтез- створювати оптимальні та найбільш продуктивні технологічні процеси. При цьому на основі взаємодії обох методів дослідження можна моделювати структуру механозбиральних процесів і давати порівняльну оцінку ступеня їх технічної досконалості. Розглядаються також основи теорії комплексного (системного) використання предмета обробки і знарядь праці як структурних складових частин технології, а також удосконалення технологічних процесів, їх механізація і автоматизація засобами структурних перетворень.

Ідеї структурного аналізу і синтезу усе глибше проникають у теоретичні основи різних наукових дисциплін і галузей техніки, причому розроблено вже цілу науку - теорію структур.

Взагалі структура являє собою будову, форму організації будь-якого явища, вираження способу зв'язку елементів цілого між собою і з усім цілим.

Одним із труднощів дослідження структури є те, що вона динамічна: у ході внутрішнього закономірного розвитку змісту дана структура перетворюється з форми розвитку в рамки, що стримують її подальше зростання.

Початковим принципом будь-яких структурних досліджень є положення, що кожен об'єкт, яка б не була його природа, безпосередньо відтворюється з первісних елементів. Ще в середні віки П'єр Гассенді переконливо довів, що з порівняно невеликого набору атомів - не більше 120 - можливе одержання декількох мільйонів різних хімічних сполук. Подібних прикладів побудови складних процесів з початкових, простих можна навести нескінченно багато.

Велике пізнавальне значення має розгляд сфери застосування структурних досліджень у наші дні. Найбільш яскраво виявляються їх досягнення в галузі хімії і ядерної фізики.

Такі життєво важливі наукові дисципліни, як біологія, генетика і біохімія досліджують речовину на різних рівнях її структурних проявів. Молекула білка також записується у вигляді трьох різних структур: первинної структури білка (послідовність чергування різних амінокислотних ланок у поліпептидному ланцюгу), вторинної структури білка (просторова спіральна конфігурація, що набуває поліпептидний ланцюг), третинної структури (розміщення в просторі закрученої спіралі).

Розвиток теоретичної основи всіх наук – математики-  також рухається в напрямку широкого застосування структурних методів. За словами відомого американського вченого Г.Біркгофа: «Теорія структур має зіграти – а у дійсності вона вже неявно грає і тепер - фундаментальну роль у математиці».

Структурні методи досліджень знаходять усе більше визнання також і в прикладних технічних дисциплінах.

Структурні методи - основа і такої науки, як кристалографія, висновки якої широко використовуються в металознавстві, кристалооптиці, у напівпровідниковій техніці, при одержанні синтетичних п’єзоелектриків, чистих кристалічних реактивів і т.п.

Металографія - це наука про будову (структуру) металів і сплавів, досягнення якої яскраво виявилися в створенні жаростійких матеріалів, зокрема для авіаційної,  космічної та ядерної галузей.

Технічна механіка спирається на дослідження П.Л.Чебишева, що в 1869 році дав структурну формулу для кінематичних ланцюгів.

Академік І.І.Артоболевський виконав важливі роботи з дослідження структури просторових механізмів і створення їх єдиної класифікації.

У теорії різання металів академіком Г.І.Грановським доведено, що все різноманіття принципово можливих схем різання може бути отримане шляхом різних структурних сполучень усього тільки двох видів елементарно простих технологічних рухів - прямолінійного і обертового.

Наука про металорізальні верстати також широко користується структурними методами, зокрема при розробленні кінематичної структури верстатів.

Таким чином, структурні методи для багатьох сучасних природно-наукових і технічних дисциплін є досить ефективним інструментом досліджень.

Структурні удосконалення технології високоефективні і містять у собі величезні внутрішні можливості. Так, наприклад, чотирма англійськими дослідницькими фірмами: «Ассошіейтед індастріал консалтантс», «Персоннель адміністрейшн», «Продакшн інджиніринг» і «Орвік Орр енд Партнерс» була поліпшена структура технології на 300 машинобудівних підприємствах, у результаті чого була підвищена продуктивність праці від 40 до 75%  [2].

Актуальність структурних перетворень технології підтверджується наступною важливою обставиною. Об'єктами технологічних удосконалень можуть бути як суть процесів - метод, так і форми його розвитку - структура. При цьому можуть змінюватися як методи обробки або складання, так і структура процесу, зокрема, структурні будови в межах того самого методу.

Аналіз показує, що метод обробки або складання у своїх основних рисах є найбільш стійким, консервативним, діє протягом тривалого часу. За .всю історію розвитку технології машинобудування кількість оригінальних методів обробки не перевищило декількох десятків. Тим часом виконання кожного з них можливе безліччю структурних побудов.

Структура на противагу методу більш гнучка, мінлива, здатна до багаторазових перетворень. Впливаючи на метод своїми новими проявами, структура розширює його можливості і підвищує загальну ефективність технології. Оскільки винахід нових методів обробки або складання - явище вкрай рідке, технологічні удосконалення у своїй переважній більшості спрямовані на пошуки зміни структури процесів.

Склалося парадоксальне положення, при якому структурні перетворення, які є найпоширенішим видом технологічних удосконалень виробництва, є і найменш вивченими. Звідси - особливе, на даному етапі розвитку технологічної науки, значення дослідження закономірностей саме структурних перетворень технології.

Отже,  вирішення  проблеми  оптимальних  побудов (структур) технологічних  процесів має актуальний  характер.

Необхідно відзначити, що розвиток робіт з автоматизації проектування технологічних процесів обробки складних деталей наштовхується на серйозні труднощі, пов'язані з недостатньою розробкою теорії проектування технологічних процесів, придатної для математичного моделювання та алгоритмізації процесів проектування. Ще не розроблені досить вдалі, адекватні аналітичні та логічні залежності, що пов'язують параметри оброблюваної деталі зі структурою і характеристиками технологічного процесу та оснащення для її виготовлення.

В технології машинобудування основну увагу приділяють задачам аналізу технологічних процесів з метою виявлення впливу різних факторів на точність, продуктивність та економічну ефективність обробки. У той самий час методи синтезу технологічних процесів на основі характеристик оброблюваної деталі і виробничої системи підприємства, в умовах якої необхідно реалізувати проектований технологічний процес, досліджені ще недостатньо. Створення теорії проектування припускає перехід від традиційних задач аналізу та емпіричних класифікацій до проблематики задач синтезу технологічних процесів.

Труднощі розв'язання цих задач у рамках традиційних підходів полягають у великій складності та багатогранності проблеми проектування і незвідності її до сукупності окремих, хоча і важливих розрахункових і аналітичних задач. Проектування тут є комплексною проблемою, в якій у складному взаємозв'язку переплітаються задачі аналізу, оцінки, оптимізації, добору варіантів, моделювання і синтезу.

Розширення вихідної бази за рахунок введення таких понять, як структура, функція, стан, організація, зв'язок, відношення, керування, елемент та ін., забезпечує деякі переваги так званому системному підходові перед традиційними методами дослідження і дозволяє створювати більш адекватні дійсності моделі складних об'єктів, технологічних процесів і процесів проектування.

В даний час у системних  дослідженнях можна виділити три основні напрямки: структурно-функціональний аналіз, структуралізм і безпосередньо системний підхід. Ці напрямки відрізняються тим, що розглядають різні сторони об'єкта як системи.

Структурно-функціональний аналіз вивчає складноорганізовані об'єкти з погляду виконуваних ними функцій стосовно більш складної системи, до складу якої вони входять. Властивості об'єкта при цьому синтезуються в цілісну картину за допомогою сукупності функцій. Основне навантаження тут несе поняття функції, а структура об'єктів і процесів неначе постулюється.

У структурних дослідженнях (або структуралізмі) вивчається проблематика цілісності, розширюється поняття про зв'язки та їх типологію. Поняття структури як характеристики складного об'єкта висувається на перший план; відбувається усвідомлення ієрархічності будови складних об'єктів і процесів. При цьому вирішується завдання виявлення і класифікації типів зв'язків, але функціональна сутність частин структури детально не вивчається і береться як одна з передумов.

У системному підході поняття системи є більш широким, воно містить у собі як складові частини усі зазначені вище поняття (структура, функція, зв'язок та ін.), - це метод  комплексного  вивчення складних об'єктів. Тому цей метод вважається найбільш вдалим при системних дослідженнях.

Важливе місце у системних дослідженнях займає також кібернетика - наука про керування. Але вона розглядає тільки одну, хоча і дуже важливу сторону функціонування систем – регулятивну, в той час як для системного підходу характерне комплексне вивчення об'єкта, що охоплює різні сторони його будови та функціонування.



загрузка...