§ 2. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ

Когда возможности любой технической системы не соответству­ют (или не станут в будущем соответствовать) общественным по­требностям, то она становится потенциальным объектом решения технической задачи, цель которой—устранение выявленного недо­статка.

При выявлении технических недостатков возрастающую роль играют методы научно-технического прогнозирования, позволяющие предсказать потребности общества, технические возможности систе­мы и несоответствие между ними в более или менее отдаленном будущем, с «поправкой на время» [30]. Прогнозирование—форма творческой деятельности, позволяющая своевременно (с упрежде­нием) поставить новые задачи и решить их к моменту проявления недостатка.

Примером выдающегося технического прогноза высокого творческого уровня явилось изобретение К. Э. Циолковским реактив­ного двигателя для космического корабля.

Следует отметить, что успешный прогноз задач, которые еще не имеют практической важности сегодня, обеспечивает, как правило, и новизну решений и облегчает их правовую защиту.

Определяя потребности общества, нужно помнить, что техниче­ские недостатки являются результатом действия как объективных, так и субъективных факторов.

В связи с существованием определенной структуры технической системы, их совокупности и иерархии, а также параметров, харак­теризующих техническую и общественную системы, возникает ряд связанных с ними и производных от них систем: технических недо­статков и их причин, задач и целей. Они также обладают соответ­ствующей техническим системам структурой (элементами и связя­ми между ними) и иерархией: какие-то технические недостатки и задачи являются частными по отношению к одному или нескольким более общим, но имеются и еще более общие, и еще более част­ные.

Выбор технической задачи предполагает предварительный ана­лиз системы задач и в такой форме становится творческим этапом, от успехов которого существенно зависит и конечный результат. О возможности такого анализа необходимо постоянно помнить, ни­когда им не пренебрегать и всегда проверять задачи, сформулиро­ванные не самостоятельно (относиться к ним с недоверием).

Иногда они предлагаются в варианте уже выбранном кем-то (как правило, этот вариант кто-то пытался решить и только после этого предлагает другому). В такой форме часто формулируют на производстве темники для изобретателей и рационализаторов. Вот одна из задач [16, с. 41]: «Крыши от снега очищают вручную ло­патами, что трудоемко и небезопасно. Необходимо предложить ме­ханизм для очистки крыш от снега». При внимательном анализе оказывается, что эта задача произошла не от недостатка, связанно­го с ручным трудом по очистке (это один из неудачных вариантов ее решения), а от исходного недостатка, свойственного системе: по краям крыши при таянии снега образуется наледь (сосульки), ко­торая представляет опасность для людей, находящихся внизу, а та­лая вода портит стены под карнизом.

При этом техническая задача о предотвращении наледи по краям крыши является более общей по отношению к первоначаль­но сформулированной и порождает обходные варианты.

Проверка обходных вариантов обобщением, рассмотрением со­вокупности задач в надсистеме позволяет устранить ошибки, совер­шаемые при формулировке частных задач, и находить эффективные пути решения более общих проблем.

В упомянутом случае, одним из правильных и удачных решений явился способ удаления снега с крыши (авт. св. № 750013), по которому предлагается теплосеть в зданиях с верхней разводкой использовать для обогрева крыши (при этом крыша должна быть наклонной и с воронкой для отвода воды).

Здесь мы сталкиваемся, с понятием «обходная задача», т. е. такая, которая вытекает не из исходной, первоначально сформули­рованной, а из более общей задачи, по отношению к которой обе они являются частными (параллельными).

Приведем такой пример. При изготовлении шарикоподшипни­ковых труб толщина стенок отклоняется от требуемой. «Прямые» задачи связаны с устранением этого недостатка в данной техниче­ской системе (на трубопрокатной установке) и являются более частными по отношению к исходной задаче. «Обходные» задачи связаны с усовершенствованием процесса изготовления колец под­шипников (для изготовления которых нужны эти трубы), конст­рукции подшипников или механизма, которому необходимы под­шипники и т. д., т. е. вытекают из более общих задач.

Наглядно обходной путь можно продемонстрировать следую­щим образом. Допустим, выявлен недостаток, его устранение это задача З_2∙1∙1 (рис. 14). Необходимо выяснить причину ее появле­ния, рассмотреть более общие задачи: З_2,1, З₁. Анализ одной из бо­лее общих задач, например З₂, вскрывает другие частные задачи и пути решения проблемы, например, такой «обходной путь: З₂→З_2.2→З_2.2.2→З_2.2.2.1. Причём этот путь является «обходным» по отношению к исходной (параллельной) задаче З_2.2.1, но «прямым» до отношению к более общей З₂.

Рис. 14. Система технических задач.

Для того чтобы представить систему технических задач, необходимо, во-первых, «увидеть» структуру, самой технической системы и надсистемы, а также их техническое состояние (возможности); во-вторых, систему своих (общественных) потребностей и желаний; в-третьих, сопоставить эти две системы — каждой неудовлетворен­ной потребностью тут же порождается технический недостаток и техническая задача.

При решении «прямых» и более частных задач удобно пользоваться методом выявления причин технических недостатков и по­строения логических цепей причинно-следственных связей недостат­ков с их причинами. Метод, по сути дела, обычный инженерный анализ, при котором, наряду с логическими умозрительными иссле­дованиями системы, могут проводиться более глубокие, специаль­ные эксперименты и теоретические исследования, Для этого причи­на .недостатка сама представляется- недостатком, у которого есть одна или несколько причин, и т. д. Если в процессе такого анализа мы попадаем в ситуацию, когда не можем назвать причину недо­статка, механизм его появления, то данная техническая задача со­здает научную, цель которой — получение новых знаний об объек­те исследования (здесь техническое творчество смыкается с науч­ным:).

В принципе любое из звеньев системы (см. рис. 14) может быть взято в качестве отправного пункта при решении технической за­дачи, но трудно назвать какой-либо однозначный критерий выбора. Им могут быть быстрота и легкость внедрения, ресурсы времени и сил, возможная экономия, улучшение безопасности труда и т. д.

Можно выбрать в качестве задачи устранение первопричины выявленного недостатка или элемент системы, с которым связано наибольшее количественное изменение недостатка, но в любом случае такому выбору предшествует подробный анализ системы технических задач.

Рассмотрим конкретный случай.

На трубопрокатном агрегате с непрерывным справочным ста­ном  (рис. 15) нужно повысить качество продукции, т. е. количе­ство труб 1-го сорта. Технический недостаток—брак труб. Его причины:

1. Отклонение геометрических размеров труб от требуемых (вы­ход размеров за поле допусков);

2. Низкое качество наружной и внутренней поверхности;

3. Отклонение механических свойств металла, его химсостава, структуры от требуемых.

Представим теперь это техническими недостатками и назовем их причины, т. е. перейдем на следующий иерархический уровень системы технических задач:

1.1. Симметричная разностенность готовых труб (после прокат­ки в редукционном стане);

1.2. Эксцентричная разностенность готовых труб;

1.3. Разброс средней толщины стенки готовых труб;

1.4. Продольная разностенность готовых труб;

2.1. Царапины, вмятины, трещины, плены на наружной поверх­ности готовых труб;

2.2. Риски, трещины, плены и другие дефекты на внутренней поверхности готовых труб.

И т. д.

У каждого из указанных недостатков есть свои причины, поро­ждающие более частные задачи:

1.1.1. Симметричная разностенность, образовавшаяся в редук­ционном стане;

1.1.2. Симметричная разностенность, внесенная при прокате в непрерывном справочном стане;

1.2.1. Эксцентричная разностенность, образовавшаяся в редук­ционном стане;

1.2.2. Эксцентричная разностенность, внесенная при прокатке в непрерывном справочном стане;

1.3.1. Разброс средней толщины стенки трубы после прокатки в непрерывном справочном стане;

2.1.1. Дефекты наружной поверхности от действия валков редук­ционного стана;

2.1.2. Дефекты наружной поверхности труб, внесенные в редук­ционный стан после прокатки в непрерывном справочном стане;

2.2.1. Дефекты внутренней поверхности, внесенные в непрерыв­ном справочном стане.

И т. д.

На следующем (четвертом) иерархическом уровне раскрывают­ся еще более частные задачи:

1.1.1.1. Неравномерная деформация трубы по контуру калибра редукционного стана;

1.1.2.1. Переполнение калибров непрерывного справочного ста­на деформируемым металлом и неправильная установка валков;

1.2.1.1. Неравномерное распределение температуры по контуру трубы;

1.2.2.1. Эксцентричная разностенность, образованная из-за сме­шения клетей от оси прокатки, изгиба оправки непрерывного спра­вочного стана и несимметричной деформации в нем;

1.2.2.2. Эксцентричная разностенность гильзы (полой заготов­ки), вносимая при прокатке в прошивном стане;

1.3.1.1. Отклонения диаметров оправок непрерывного стана;

1.3.1.2. Колебания температуры деформируемого металла в непрерывном стане;

2.1.2.1. Дефекты наружной поверхности, образованные от дей­ствия валков непрерывного стана;

2.1.2.2. Дефекты наружной поверхности гильзы, вносимые в непрерывный оправочный стан после прокатки в прошивном стане;

И т. д.

На пятом уровне причин я частных задач становится еще боль­ше. Вот некоторые из них:

1.2.2.1.1. Неточная настройка валков клетей непрерывного стана;

1.2.2.1.2. Изменение эксцентричной разностенности, вносимой гильзой в процессе прокатки в непрерывном стане (причины и фак­торы, влияющие на изменения этой величины не ясны!);

1.2.2.2.1. Смещение оправки прошивного стана от оси заготовки в процессе прошивки;

1.3.1.1.1.Износ оправок непрерывного стана;

2.1.2.2.1. Задиры на поверхности гильзы от ее трения о линейки прошивного стана;

2.1.2.2.2. Вдавливание окалины, имеющейся на поверхности за­готовок перед прошивкой, в металл при его деформации;

Таким образом, можно перечислить несколько десятков и даже сотен технических задач.

Из приведенной системы задач выберем несколько и проследим дальнейший ход их решения.

3адача 1 (по п. 1.2.2.1.2)

Горячая гильза (длина около 5 м), имеющая высокую эксцен­тричную разностенность (преимущественно на переднем конце гильзы), поступает на непрерывный справочный стан, где в нее вводят длинный смазанный цилиндрический стержень-оправку (длина около 20 м), выдвигая его передний конец на 2—4 м из гильзы. Гильзу и оправку совместно задают в ряд последовательно расположенных прокатных клетей с вращающимися валками. Они обжимают гильзу на свободно перемещаемой оправке. В резуль­тате из стана выходит труба (длина около 30 м) с более тонкой, чем у гильзы, стенкой. Оправку затем извлекают, а трубу передают на редукционный стан, где путем деформации уменьшают ее диа­метр.

Полученная труба обладает, как и гильза, высокой эксцентрич­ной разностенностью, которая максимальна на переднем конце трубы. Необходимо снизить эксцентричную разностенность при про­катке гильзы в трубу в непрерывном стане (исходную разностенность гильзы при этом мы не уменьшаем, так как это другая задача).

3адача 2 (по п. 1.2.2.2.1)

Сплошную круглую металлическую заготовку, нагретую до вы­сокой температуры (1200°С), задают в валки прошивного стана. Они сообщают ей вращательно-поступательное движение и нанизывают на неподвижную в направлении прокатки короткую (пулевидную) оправку-иглу. При прошивке оправка смещается от оси заготовки, что приводит к образованию эксцентричной разностен­ности гильзы {внутренний контур гильзы эксцентричен наружному контуру). Нужно снизить разностенность гильзы.

Задача 3 (по п. 2.1.2.2.1)

В процессе деформации круглой заготовки гильзы в валках прошивного косовалкового стана она удерживается между ними с помощью неподвижного инструмента — линеек. От трения нагре­той заготовки (преимущественно из высоколегированных сталей и. сплавов) о металлические линейки на их поверхность иногда нали­пают частицы деформируемого металла, которые оставляют глубокую борозду на поверхности движущейся гильзы. Необходимо устранить налипание металла на линейки.

Задача 4 (по п. 2.1.2.2.2)

После нагрева круглой металлической заготовки в печи до вы­сокой температуры на ее поверхности образуется слой окалины (окислов). Окалина вдавливается в заготовку при деформации вал­ками прошивного стана и становится причиной некоторых дефектов наружной поверхности продукции. Надо обеспечить надежный сбив и удаление окалины перед последующей прокаткой.