Сучасна промисловість характеризується швидким розвитком технологій і технічних засобів виробництва. Технологічні машини стають щораз більше швидкодіючими та продуктивними, мають кращий коефіцієнт корисної дії, нищу надійність, а технології — більш ефективними та досконалими.
Удосконалення технологічних машин супроводжується зростанням їх складності (в середньому вдвічі кожні 15 років). При цьому виникає низка протиріч, що стримують їх розвиток. Підкреслимо два основні: переважання темпів зростання складності технологічних машин над темпами розвитку методів їх проектування; погіршення співвідношення між тривалістю їх розробки та часом морального старіння (у XX ст. продуктивність праці зросла в 10 разів, а продуктивність проектування — на 20 %). Без уміння вивчити сучасну технологічну машину та умови її функціонування унеможливлюються її вдосконалення, розробка та експлуатація. А таке вивчення є науковим дослідженням.
Тісний зв’язок науки та виробництва визначив і неподільність наукової га інженерної діяльності. Саме вміння провести наукове дослідження відтіняє творчість інженера, надає їй витонченості в процесі прийняття нестандартних рішень. Побудова математичної моделі є сполучною ланкою наукового дослідження з проектуванням і вдосконаленням технологічної системи. Наявність етапу математичного моделювання створює методичну спільність наукових досліджень та процесу проектування чи оптимізації технологічної системи. Внаслідок цього не лише виникає нове знання, але й здійснюється його конкретне застосування. В цій книзі автор розглядає предмет дослідження технологічних систем загалом, щоб показати, як у інженерній творчості поєднуються дослідницькі та проектувальні етапи на основі застосування єдиного підходу до системного опису об’єктів дослідження та проектування.
Під час реалізації задуму автор передбачав, що читач, чи це студент старшого курсу, магістр або аспірант, який спеціалізується в галузі технологічних наук, вже достатньо підготовлений, зокрема, обізнаний з основами проектування і автоматизації технологічних процесів, будовою технологічного обладнання та багатьма іншими спорідненими дисциплінами. Тому автор вважав за необхідне показати, як ці спеціальні дисципліни взаємодіють із математичними методами та між собою, як єдина мета дослідження, проектування та оптимізації технологічної системи об’єднує їх в одне ціле та яку цементуючу роль відіграє в інженерній творчості математична модель.
При цьому, очевидно, ми не подали універсального рецепта для проведення досліджень будь-яких технологічних об’єктів. І це зрозуміло, адже кожний дослідник повинен знайти власний шлях, оскільки дослідження та оптимізація будь-якого складного технологічного об’єкта є унікальною проблемою, що вимагає нестандартного, творчого підходу. Отже, для того щоб посібник був корисним для користувача, він повинен ґрунтуватися на конкретних прикладах. У зв’язку з цим вибрано низку прикладів, головним чином, із машинобудівного виробництва. Об’єктом дослідження, моделювання та оптимізації є технологічні системи механічної обробки та складання, а також їх елементи.
Пропонований навчальний посібник виник із циклів лекцій, які в різний час автор читав студентам Національного університету “Львівська політехніка”, починаючи з 1974 р., а також на базі виданої в 1979 р. монографії “Научное исследование: объект, направление, метод”, в якій були систематизовані викладені класичні та сучасні методи наукового дослідження, розглянуті його основні етапи та описані особливості наукових досліджень технологічних систем. Особливу роль у роботі над рукописом відіграв цикл лекцій, які автор прочитав упродовж 1992-1996 рр. для магістрів та аспірантів Національної інженерної школи Тунісу під час їх підготовки для проведення наукових досліджень з технології машинобудування.
Навчальний посібник складається із чотирьох розділів.
У першому розділі розглянуто загальну методику наукового дослідження та її особливості при проектуванні технічних об’єктів.
У другому розділі подано загальну характеристику технологічної системи як об’єкта дослідження та проектування, розглянуто показники її ефективності. Наведено низку моделей, що описують зв’язок показників ефективності з технологічними та конструктивними характеристиками технологічних систем.
У третьому розділі викладено експериментальні методи дослідження технологічних систем та їх використання для побудови математичних моделей.
Четвертий розділ присвячений основам параметричної і структурної оптимізації, а також методам пошуку оптимальних рішень при проектуванні технологічних процесів і машин. Наведено приклади застосування математичних методів для оптимізації технологічних систем машинобудівного виробництва.
Автор сподівається, що така структура подання матеріалу дасть змогу добре зорієнтувати читача щодо ролі та важливості наукового дослідження і математичного моделювання в розвитку технологічних систем сучасного виробництва