Важной составной частью поискового проектирования с использованием вычислительной техники, программных продуктов является создание информационных фондов: физических эффектов; ТР рассматриваемого класса ТС с включением описаний изобретений; список требований, предъявляемых к рассматриваемому классу ТР; материалов и конструктивных элементов; технологических процессов; эвристических приемов; ТР ведущего класса ТС; метод оценки и выбора вариантов ТР.

Предлагается проведение работы в семь этапов.

Предварительная постановка задачи: формулируются функции на качественном уровне; функции на количественном уровне; выбираются существующие ТС, в наибольшей мере удовлетворяющие сформулированной функции; составляется список недостатков существующих ТС, предварительная формулировка задачи, формулировка задачи без специальных терминов.

Изучение и анализ задачи: составляется дерево конструктивной эволюции рассматриваемого класса ТС; выявляются тенденции развития рассматриваемого класса ТС; изучаются сведения о прогнозах развития класса ТС; определяются основные факторы, решающим образом влияющие на развитие рассматриваемого класса ТС; определяются основные факторы, влияющие на развитие ведущего класса ТС; определяются возможности усиления отдельных характеристик функции.

Ранжируются недостатки с точки зрения важности, а затем - трудности их устранения. Выявляются причины возникновения недостатков в существующих ТС. Изучаются возможности комбинирования целей решения задачи. Проверяется реальность постановки задачи. Изучаются условия достижения цели. Строится иерархическая система, в которой выделяют в качестве отдельных элементов рассматриваемую ТС и другие с ней смежные технические объекты (ТО), включая другие ТС. Проверяется возможность удовлетворения потребности путем внесения изменений в смежные объекты.

Оценивается степень актуальности поставленной задачи в настоящее время и будущем. Составляется представление о предельном совершенном ТР рассматриваемого класса ТС.

Уточнение и детализация постановки задачи: составляется список требований к существующим ТС, наиболее удовлетворяющим сформулированной функции; составляется список требований к разрабатываемой ТС и сравнивается с показателями ведущего класса ТС; выделяются требования, которые заведомо нельзя менять при решении задачи; путем анализа и экспертных оценок выявляются и исключаются из списка ложные и выделяются главные требования к ТС; выделяются новые требования, которые не имели места в существующих близких ТС; определяются входные и выходные параметры разрабатываемой ТС; выявляются функциональные связи между входными и выходными параметрами, выявляются противоречия улучшения ТС; выбираются наиболее важные для решения задачи и трудно устранимые противоречия улучшения.

Поиск технических идей, решений и принципов действия: преобразуется в искомое ТР наиболее близкое решение существующей ТС, лучшие образцы, предельно совершенное ТР, используя различные физические эффекты и дополняя необходимыми элементами; преобразуются в искомое ТР прогнозируемые конструктивные решения, аналогичные ТР из ведущего класса ТС, старые и забытые ТР; делается попытка изменить вышестоящую по иерархии систему, устраняются причины возникновения недостатков прототипов, используется метод морфологических таблиц; формулируются новые физические принципы действия ТС и ее элементов, используется метод гирлянд ассоциаций и метафор, комбинируются идеи.

Выбор наилучших технических решений: проверяются полученные ТР на физическую осуществимость и выделяются допустимые; проверяются полученные ТР на технологическую осуществимость; оставшиеся ТР проверяют на соответствие требованиям, классифицируют ТР, выбирают наиболее экономичные, выбирают с показателями выше уровня мировых образцов, выбирают с высокой долой унификации и стандартизации узлов и деталей, отбирают наиболее полно реализующие цели и требования; выбирают ТР, наиболее полно устраняющие главные противоречия улучшения ТС, требующие минимального или значительного изменения в смежных ТС, выбирается ТС - наилучшая, прошедшая все стадии выбора.

Доработка выбранных технических решений: наилучшие технические решения проверяются на соответствие требованиям; недопустимые ТР преобразуются в допустимые; улучшаются функциональные допустимые узлы, изыскивается возможность изменения в смежных ТС всего комплекса, включающего разрабатываемую ТС; определяются оптимальные значения основных параметров наилучших ТР, производится их аранжировка. После испытания ТР в порядке аранжировки, выявления недостатков происходит их устранение.

Анализ технико-экономических показателей: оценивается ожидаемый эффект от использования полученных ТР, перспективность их применения и развития; определяется область практического применения в рассматриваемой и других областях науки и техники; оценивается экономический эффект и составляются заявки на изобретение, найденные технические решения.

Понятие о конструировании

Конструирование и проектирование технических объектов и систем представляет собой творческий процесс, связанный изысканием идей, прототипов, синтезом знаний в разных областях науки и техники, умением использовать эти знания, оптимизировать решения и т.п. Результатом конструирования являются компоновочные и рабочие чертежи, инженерная документация, оформленная в соответствии требованиями стандартов. Конструированием занимаются специалисты разных отраслей, объединенных единым творческим процессом, который условно составляет несколько основных этапов:

1. Разработку, получение технического задания.

2. Эскизное проектирование.

3. Разработку технического проекта и макетирование.

4. Разработку рабочего проекта и детальную разработку чертежей.

5. Изготовление опытного образца и его экспериментальное исследование.

6. Доработку опытного образца и передачу его в серийное производство.

При техническом проектировании инженер-конструктор учитывает следующие обязательные принципы:

1. Унификацию (многократное использование деталей для различных изделий, их взаимозаменяемость). Унификацию различают конструктивную, технологическую, унификацию типоразмеров и марок материалов.

2. Технологичность конструкции (наибольшие трудовые затраты при производстве, удобство эксплуатации и ремонта, надежность в работе и удешевление материалов, изделий).

Конструктор должен учитывать эстетические и эргономические требования к создаваемому изделию, уметь оценить техническое и технологическое состояние, перспективы совершенствования создаваемой новой техники.

Сроки создания новых технических объектов и систем значимо зависят от их сложности. Например, для создания новых образцов сложных технических объектов и систем уходит 10-15 лет, включая время, необходимое на экспериментальную доводку прибора. Из-за высокой сложности современных приборов и постоянного развития приборостроения процесс доводки продолжается на протяжении всего периода серийного выпуска, вплоть до снятия его с производства.

Эффективным способом повышения качества, сокращения сроков разработки, проектирования, доводки и подготовки серийного выпуска прибора является автоматизация процессов проектирования отдельных частей и узлов и всего прибора в целом с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР) на основе широкого применения вычислительной техники и проблемно-ориентированных программных комплексов. Это позволяет уже на стадии начальной конструкторской проработки оценивать показатели и характеристики деталей, узлов, всей конструкции условного прибора, который представлен в виде инженерной технической документации. Изготовление такой документации менее трудоемкое и дешевое, чем изготовление экспериментальных образцов приборов. В ряде случаев рационально построенная математическая модель является более информативной, нежели натуральный эксперимент.

Подробно с использованием вычислительной техники, компьютеров при поиске новых технических решений при проектировании технических объектов и систем можно ознакомиться в специальной литературе [17, 22, 24].