К 82 полный текст книги
Скачать 1.96 Mb.
|
Крик_Введение в инженерное дело_p.doc \002\ К 82 605.7 УДК 33i.015.l К 82 ПОЛНЫЙ ТЕКСТ КНИГИ Крик Э. Введение в инженерное дело. Пер. с англ. М., «Энергия», 1970. 176с. с илл. Аннотация В чем заключается повседневная работа инженера? Выбор профессии. Какие качества необходимы инженеру, чтобы он работал успешно? Чего достигнет инженер в будущем? В какой области работа инженера наиболее перспективна? В чем польза инженерного образования? Ответы на эти вопросы читатель — будущий инженер найдет в этой книге, предназначенной для молодых инженеров и студентов старших курсов технических вузов. 3-4-3 288-69 Edward V. Krick An introduction to engineering and engineering design John Willey and Sons, Inc. Крик Эдвард Введение в инженерное дело Редактор Б. Н. Можжевелов Обложка художника С. Н. Голубева Технический редактор Л. А. Пантелеева 605.7 Сдано в набор 20/П 1970 г. Формат 84X108/» Усл. п*ч. JL 9,24 Тираж 20 000 экз. Подписано к печати 2I/IX 1970 г. Бумага типографская № 2 Уч.-изд. л. 10,09 Цена 70 коп. Зак. 1140 Издательство «Энергия». Москва, М-Ш. Шлюзовая наб., 10. Московская типография № 10 Главполиграфпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР. Шлюзовая наб., 10. \003\ ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ АВТОРА В чём заключается повседневная работа инженера? Какие качества необходимы инженеру, чтобы он мог работать успешно в избранной им области? Чего достигнет инженер в будущем? В какой области работа инженера наиболее перспективна? В чем польза инженерного образования? Если Вас интересуют ответы на эти вопросы, то прочтите эту книгу. Основная её цель — ознакомить читателей с профессией инженера. В книге дан анализ общих признаков деятельности инженеров различных специальностей и рассказано о проблемах, с которыми сталкивается инженер в своей работе. Особое внимание уделено важнейшим качествам, необходимым молодому инженеру. Подробно рассмотрены три основные области деятельности инженера: поиск возможных вариантов решения задачи (моделирование), нахождение оптимального варианта и проектирование. Эти области не получила, к сожалению, достаточного освещения в технической литературе. Большинство книг для инженеров посвящено другому - методам вычислений, измерениям, методике постановки эксперимента, исследованиям графиков и другим вопросам. Очень важно, чтобы, выбирая себе специальность, будущий инженер был знаком с ней. Ошибочный выбор может привести к напрасной трате времени и разочарованию. Поэтому прежде чем окончательно выбрать специальность, внимательно ознакомьтесь с её особенностями. Общеобразовательные предметы, которые изучают студенты на младших курсах, дают мало сведений о будущей специальности. Действительно, между изучением физики, химии, механики и творческим решением задач, характеризующим работу инженера, кажется, очень мало общего. \003\ Зачем же студентов обучают столь многим предметам? Нужны ли врожденные способности, чтобы стать хорошим инженером? Какие существуют специальности инженеров? Какие различия существуют между ними? Какие знания должен дать студенту втуз? Ответы на эти вопросы составят общую картину работы инженера, помогут студенту более эффективно работать вместе с преподавателем над развитием собственного инженерного мышления и укрепят интерес к избранной специальности. Студенту подчас трудно определить, как и при каких обстоятельствах ему придётся применять знания, полученные во втузе. Поэтому книга рассказывает о том, что должен будет делать молодой инженер, а также о тех его личных свойствах, которые особенно необходимы для успешной работы. Есть много различных значений термина «проектирование». Эти различия лишь показывают, какую важную роль играет проектирование в работе инженера. Этот термин охватывает самые первые шаги инженера, уточняющего формулировку полученной им задачи, выбор вариантов и окончательное уточнение (функциональное и экономическое) найденного решения. Инженер анализирует и сопоставляет, оценивает недостатки возможных вариантов, их положительные стороны, а затем вновь уточняет и оптимизирует найденное решение. По мнению большинства авторитетов, проектирование — это широкая и всеобъемлющая область. Именно в ней инженер и применяет все свои знания, накопленный опыт, интуицию для решения стоящих перед ним задач. Автор надеется, что эта книга поможет читателю при выборе профессии, облегчит ему преодоление трудностей первых лет обучения во втузе и выбор специальности, поможет закладке того фундамента, на котором впоследствии будут развиваться способности будущего инженера. Э. Крик \004\ ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ Инженерное образование привлекает у нас наибольшее число поступающих в высшую школу. Без преувеличения можно сказать, что оно приобрело ныне гигантский размах. Достаточно сказать, что в настоящее время ежегодный выпуск молодых инженеров в Советском Союзе более чем вчетверо превышает выпуск инженеров в США, а общая численность дипломированных инженеров, занятых в народном хозяйстве СССР, в два с лишним раза превышает аналогичный показатель в США. Однако количество подготовляемых инженеров — это лишь одна сторона дела. Нас интересует и качество подготовки молодых специалистов. Предлагаемая молодому читателю книга Э. Крика «Введение в инженерное дело» в интересной и доступной форме раскрывает «тайны» многогранной и глубоко творческой профессии инженера. К достоинствам книги следует отнести то, что автор описывает инженерное дело комплексно, во всем его многообразии, профессионально, и с большой любовью к нему. В первой части он вводит читателя в круг инженерной деятельности, формулирует общие инженерные задачи, раскрывает качества, которыми должен обладать квалифицированный инженер: глубокие знания, широкий кругозор, убежденность в правильности своей позиции и твердость в её отстаивании, а главное — постоянное стремление к самосовершенствованию, ибо, как подчеркивает автор, процесс становления инженера не заканчивается получением диплома, а лишь начинается с этого момента. Во второй части автор вводит читателя в лабораторию инженерного творчества, раскрывает ход инженерной мысли, процесс ее материализации от формулирования задачи до осуществления проекта. Третья часть — о будущем профессии инженера. Здесь перед молодым читателем раскрываются интересные и заманчивые перспективы будущего инженерной деятельности в самых новейших отраслях и направлениях: в космосе, энергетике, биологии, медицине и т, д. \005\ Отметим, что Э. Крик, как и советские ученые, не разделяет пессимизма других буржуазных авторов относительно роли человека вообще и инженера в частности в обществе, насыщенном электронной техникой. Автор на множестве убедительных примеров доказывает студенту необходимость изучения и знания не только технических и технологических наук, но и дисциплин, на первый взгляд далеких от них. Любое знание пригодится инженеру в век кибернетики, ракетоплавания и бионики. Но особый упор делает Э. Крик на глубокое знание инженером экономики. Вся книга пронизана мыслью, что инженер, не умеющий сделать экономический расчет себестоимости, составить смету затрат на проектирование и производство, вычислить эффективность разрабатываемой новинки пли экономически обосновать один вариант из множества, — неполноценный инженер. Знание экономики весьма важно для советского инженера, работающего в условиях расширяющейся экономической реформы. Книга содержит интересные, а порой и остроумные инженерные задачи, Пробуждающие и тренирующие интеллект читателя. Конечно, не все в книге достойно подражания. Американец Эдвард Крик — буржуазный специалист. Его задача — подготовка инженера к выполнению функций в условиях капиталистического общества. Мы видим ограниченность мышления автора, редко выходящего за рамки интересов фирмы, компании, которой служит инженер. Некоторые положения книги — советы и выводы, связанные с деятельностью инженера в условиях капиталистического общества, для нас неприемлемы. Но мы полагаем, что и знание этих негативных, сторон деятельности буржуазных технических специалистов будет полезно для советских инженеров, получающих образование и работающих в совершенно иных условиях социалистического общества, основанного на равенстве, товариществе, взаимной выручке, чтобы еще раз оценить преимущества социалистического строя. Пат читатель достаточно квалифицирован, чтобы отделить и использовать все полезное и отвергнуть чуждое, неприемлемое. Ваши замечания и пожелания направляйте по адресу. Москва, М-114, Шлюзовая Набережная, 10. Изд-во «Энергия», редакция радиотехнической литературы. \006\ часть первая. ВВЕДЕНИЕ В ИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО Глава первая. ИНЖЕНЕРНЫЕ ЗАДАЧИ Определение задачи Что такое инженерная задача? Что понимают под этим термином, которым мы будем часто пользоваться •в дальнейшем? Что общего между всеми инженерными задачами? Вы, вероятно, сразу не дадите ясных и полных ответов на эти вопросы. Но ведь инженерное дело-это решение инженерных задач, поэтому очень важно с самого начала точно представить себе, что же такое инженерная задача. Задача возникает всякий раз, когда нужно перейти от одного состояния к другому. Два состояния могут быть двумя точками в пространстве, расстояние между которыми должно быть измерено. Задачей может быть переправа с одного берега реки на другой, переезд из города в город, перелет с планеты на планету и др. Задача часто возникает тогда, когда нужно перейти oт одного физического состояния к другому, например хлеб → гренки. У любой задачи есть начальные условия, которые называют состоянием А, или входом, а то состояние, которого нужно достичь, называют состоянием В, или выходом. Некоторые задачи в таком представлении показаны на рис. 1-1. Большинство задач такого рода имеет огромное число решений, т. е. - различных способов перехода из одного состояния в другое. Так, например, есть много видов транспорта и много возможных маршрутов между двумя пунктами на земле. Конечно, не все эти варианты следует принять к рассмотрению, но, тем не менее, они существуют. Собственно говоря, если нет различных способов достижения требуемого результата, то нет и инженерной задачи. Точно так же если все возможные решения одинаково хороши, то инженерной задачи не существует. \007\ Инженерная задача — это нечто большее, чем нахождение одного решения; она требует нахождения предпочтительного метода достижения желаемого результата. Так, например, для большинства пассажиров небезразличны цена,  Рис. 1-1. Примеры представления задач с помощью состояний А к В. скорость, степень безопасности, комфорт и надежность, присущие различным видам транспорта. Основной признак, по которому одно решение выбирается из многих возможных, будем называть критерием. При переходе из состояния А в состояние В часто существуют определенные средства, применение которых неизбежно, потому что они определены теми, с чьим авторитетом инженер должен считаться. Допустим, например, что нужна переправа через реку и что для этого должен быть обязательно выбран мост, а не паром; или гренки должны быть поджарены только с помощью  Рис. 1-2. Примеры представления некоторых задач с помощью «чёрного ящика». электрической плитки. Средства, которые должны быть обязательно применены при решении задачи, будем называть ограничениями. Таким образом, задача существует тогда, когда, требуется перейти от одного состояния к другому, если существует более чем одно возможное решение и если все возможные решении не очевидны. \009\ Способ изображения "инженерных задач с помощью «чёрного ящика» показан на рис. 1-2. При таком способе представления задач необходимые преобразования как бы заключены в «черном ящике», содержимое которого неизвестно, а известны лишь вход и выход (состояния А и В). В «черном ящике» могут быть ограничения или критерии оценки возможных решений. Инженерное дело на практике В этом разделе мы рассмотрим примеры решений ряда важных инженерных задач в повседневной работе инженера. В каждом из приведенных примеров после краткого описания проекта следуют комментарии наиболее важных сторон решения инженерной задачи. Электронная вычислительная машина для обработки информации. Один из инженеров компании, изготовляющей электронную радиоаппаратуру, разработал проект диагностической электронной вычислительной машины (ЭВМ), предназначенной для помощи врачу при определении диагноза болезни. Врач, осматривая пациента, вводит результаты осмотра в ЭВМ. Машина обрабатывает поступившую информацию, сравнивая её со сведениями, накопленными в блоке памяти, и выдает заключение. В таком заключении ЭВМ обычно указывает .несколько возможных заболеваний и степень вероятности каждого из них. Так, например, получив данные о симптом аи заболевания и наведения о самом пациенте (возраст, пол, net, курит пациент или нет и др.). ЭВМ может указать, что вероятность заболевания А 12%, заболевания В 73% и заболевания С 2%. Эти данные ЭВМ сообщает на основе сравнения заложенных в её блок памяти симптомов болезнен большого числа пациентов со сведениями о новом больном. Эту же ЭВМ лишь с небольшими переделками можно использовать для определения неисправностей различной аппаратуры, окажем автомобильного мотора. Перед началом разработки такой ЭВМ дирекция компании должна убедиться, что выпуск ЭВМ принесет прибыль. Поэтому инженеру, предложившему разработать и выпускать такую ЭВМ, поручают составить проект предварительных технических требований к ЭВМ, разработать ее спецификацию, составить примерную смету стоимости разработки и производства. Если после таких «прикидочных» расчётов окажется, что ЭВМ можно разработать и начать выпуск при таких затратах, которые в конечном итоге будут сторицей возвращены компании, то инженеру поручат закончить проектирование ЭВМ. Среди других тактико-технических требований, предъявляемых к ЭВМ, может Выть указана необходимость выдавать диагноз не позже, чем через 30 сек после ввода данных; машина не должна занимать много места и должна питаться от электросети переменного тока. Дирекция компания может дать инженеру 2-месячмый срок на составление предварительной спецификации и расчетов. \010\ Комментарии. С точки зрения инженера рассмотренная выше задача заключается - в отыскании наиболее .выгодного перехода от суммы сведений о симптомах болезни (состояние А) к установлению вероятности того или иного заболевания (состояние В). Проектируемая ЭВМ должна удовлетворять ограничениям, т. е. выдавать диагноз через 30 сек, не быть громоздкой и работать от электросети  Рис-. 1-3. Централизованная диагностическая система — одно из многих возможных .решений, рассматриваемых при проектировании. переменного тока. Кроме того, машина должна быть минимальной по стоимости (один критерий), отвечать вкусам будущих покупателей (другой критерий). Проект ее должен быть разработан в назначенный срок — за 2 мес. В процессе проектирования инженер попользует свои знания и изобретательность, чтобы найти разнообразные варианты решения поставленной задачи. Одним из этих вариантов может быть использование ряда электронных приборов, установленных в кабинетах врачей. С помощью такого компактного прибора врач может передавать данные о симптомах заболевания на вход главной ЭВМ \011\ и получать от неё напечатанный диагноз. Такая система, блок-схема которой показана на рис. 1-3, имеет одну ЭВМ, обрабатывающую информацию, и может обслуживать нескольких врачей. Другой вариантах решения: можно установить у каждого врача совершенно независимую ЭВМ, чтобы определение диагноза производилось в кабинете. Достоинства этих двух вариантов решения очевидны, л о совершенно «с очевидны связанные с каждым и:! них затраты. Инженер обдумывает также различные способы ввода данных в ЭВМ и вывода из неё результатов, различные пути обработки данных. Сочетание этих и многих других вариантов приводит к большому числу возможных систем, причем все они могут быть реализованы, то не все в равной мере подходящи. Необходимо оценить эта варианты и прийти к одному, наилучшему решению. Проектируя ЭВМ, инженер должен работать с людьми различных специальностей. Среди них специалисты по сбыту, у которых он узнает о требованиях заказчиков. Он консультируется также с врачами и работает в тесном контакте с производственникам, чтобы определить, как наиболее целесообразно может быть - построен избранный вариант - машины. Инженеру понадобится также консультация со специалистам по телефонии, так как он собирается использовать телефонные линии для передачи информации, и со многими другими специалистами. Разработай проект, инженер представляет его дирекции компании со сметой производственных расходов. Автоматизация сборки телефонных реле. На городских автоматических телефонных станциях работают миллионы телефонных реле. Долгими и настойчивыми исследованиями инженеры добились высокой надежности таких реле: они работают в течение нескольких лет без поломок, выполняя за это время миллиарды соединении. Но все же телефонные реле выходят иногда из строя из-за воздействия пыли, влажности или других причин. Обнаружение и устранение таких неисправностей, а также проведение профилактических ремонтов оборудования АТС в течение многих лет вызывают немалые расходы. К инженеру-консультанту дирекция обратилась с просьбой рекомендовать пути снижения этих расходов и повышения надежности работы АТС. В процессе исследовании, инженер рассмотрел несколько возможных конструкций и выбрал довольно оригинальную, показанную на рис. 1-4. Это реле имеет два плоских металлических контакта в стеклянной трубке, наполненной газом. Поверх трубки расположена обмотка электромагнита. Когда по ней течет ток, контакты замыкаются. Такое реле переключает очень быстро, работает надежно, почти не требует текущего ремонта и по многим показателям пре восходит другие типы реле. Однако прежде чем дирекция АТС решит широко применять такое реле, нужно предварительно определить, будет ли экономически выгодно изготовление нескольких миллионов реле такой конструкции. Для ответа на этот вопрос группе инженеров было поручено разработать, если это возможно, экономичную технологию производства таких реле. Инженеры предложили замечательный автомат, работающий по принципу карусели (ряс. 1-5). За полный оборот головки, на которой расположены одинаковые детали, из которых собираются реле, контакты располагаются в трубке, в нее впускается газ и трубка запаивается. Кроме того, автомат проверяет качество сборки, отбрасывает негодные реле и измеряет электрические \012\ параметры готовых реле. Выявляя дефекты, автомат проверяет и свою работ. Если, например, увеличился зазор между контактами, то автомат (регулирует механизм установки зазора, чтобы исправить ошибку. Такое автоматическое выявление неисправностей машины без вмешательства человека является примером современной автоматизации.  Рис. 1-4. Устройство телефонного реле. а — два одинаковых контакта и стеклянная трубка; 6 — контакты смонтированы в запаянной и наполненной газом трубке; в — контакты крупным планом. Комментарии. При разработке экономной технологии производства реле инженеры должны были решать, как расположить контакты в стеклянной трубке, обеспечить установку их с требуемой точностью, откачать воздух из трубки и заменить его специальным газом, а затем запаять концы трубки. Перед инженерами встала задача найти наиболее дешевый способ перехода от стекла, металла и газа (состояние Д) к реле (состояние В). Как и в любом другом деле, проектируя автомат, группа инженеров сохраняла - в центре внимания вопрос экономичности. Периодически инженеры вновь и вновь проверяли, - будет ли экономически выгодной работа автомата. Вели в начале проектирования или в любой другой момент окажется, что разрабатываемый способ производства слишком дорог, то дальнейшую работу над ним придется прекратить. Главный инженер, который руководил разработкой, и инженер, предложивший новую конструкцию реле, специализировались в области разработки приборов, применяемых в телефонии. Другие \013\ члены этой группы были специалистами различных областей техники. Так, один инженер являлся специалистам по обработке а формовке стекла, другой — по деталям машин и механизмов, третий — по электрическим я магнитным материалам и т. д. Для того чтобы группа работала продуктивно, необходимо тесное сотрудничество инженеров при рассмотрении различных вопросов. Главный инженер проекта координировал работу членов группы.  Рис. 1-5. Автомат для сборки реле, показанного на рис. 1-4. Производительность — I млн. реле в год. Слева от человека показана вращающаяся карусель, содержащая IS сборочных головок, каждая из которых завершает сборку реле за один оборот карусели. Справа показан прибор для автоматического контроля, измеряющий параметры готовых реле ie корректирующий работу сборочного автомата, с тем чтобы не производить брак. Когда группа инженеров найдет наиболее экономичное решение, они должны, «рае дета лир стать» конструкцию, чтобы рабочие и техники смогли собрать образец карусельного автомата (под наблюдением инженеров). При оборке образца могут понадобиться некоторые изменения и дополнения в конструкции. После оборки образца он будет испытан. В результате этих испытаний могут (потребоваться дополнительные модификации. Наконец, после окончания испытаний и доводки образца автомат будет одобрен. Группа инженеров подготовит рабочие чертежи и спецификацию автомата для передачи ее в производство. Механизированная зубная щетка. На одном из предприятий решили начать производство мех авизированной зубной щетки. Группа инженеров провела подробный анализ экономической целесообразности разработки и производства такого прибора (рис, 1-6 и 1-7), Это исследование показало, что пользование такой щеткой полезно для зубов, оздоровляет десны, соответствует интересам покупателей, и поэтому производство ее вполне целесообразно. \014\  Рис. 1-6. Электрическая зубная щетка. В корпус, содержащий гальваническую батарею, нужно вставить зубную щетку и включить электродвигатель.  Рис. 1-7. Разрез корпуса электрической зубной щетки. Срок ее службы 5 лет. Комментарии. Перед инженерами стояла задача создать прибор, который будет надежно работать в течение многих лет при многократном погружении в жидкости различного химического состава; щетка может случайно упасть на пол ванной, будет служить игрушкой для ребят. И, конечно, такой прибор должен был быть абсолютно безопасным, даже при работе от электросети. \015\ Были испытаны различные виды движения щётки (круговое, вперед и назад, вверх-вниз и др.), чтобы определить, какое из них лучше чистит зубы и массирует десны. Инженеры изучили разнообразные характеристики щетины (длина щетины, ее диаметр, материал, расположение на щетке и степень жесткости), рассмотрели различные виды питания электродвигателя (электросеть 127 или 220 в, батарейка от карманного фонаря или аккумулятор), критически оценили типы электродвигателей и механических систем для преобразования кругового движения в  Рис. 1-8. Опреснитель морской или солоноватой воды. требуемое движение щетки, типы выключателей и т. д. Были определены срок службы движущихся частей (привод, электродвигатель и выключатель), а также сила, необходимая для включения и выключения щетки, чтобы даже ребенок мог легко ею пользоваться. Почему же потребовались такие большие исследования? Ведь прибор на первый взгляд так прост! Эта простота и явилась результатом совместной деятельности инженеров, проявивших большую изобретательность и проведших тщательные исследования. Инженер всегда стремится к простоте конструкции и обслуживания прибора, чтобы снизить его стоимость, возможность поломки и облегчить ремонт. Бытовой водоочиститель. В связи с ростом населения Земли проблема снабжения его свежей питьевой водой становится с каждым годом все более актуальной, и поэтому разработка экономичных способов получения питьевой воды является очень важной инженерной задачей. Одним из перспективных способов получения питьевой воды является опреснение морской и солоноватой воды. Группе инженеров было поручено разработать такие опреснители, предназначаемые для \016\ применения в ряде городов, на предприятиях промышленности, в армии. Такой водоочиститель, показанный на рис. 1-8 и 1-9, будет играть очень важную роль в будущем. Прибор прост в работе и легко может (быть подсоединен к отопительной системе.  Рис. 1-9. Устройство опреснителя. При вращении вала диски покрываются тонкой пленкой теплой солоноватой воды. Эта пленка испаряется, пары ее конденсируются на неподвижных охлаждаемых пластинах, и влага стекает в сборный резервуар по специальному желобу. Комментарии. Способы опреснения воды известны уже много веков. Поэтому задача состоит в разработке такого средства превращения морской (Воды в больших количествах (состояние А) в питьевую (состояние В), чтобы по сравнению с водой, полученной другими способами опреснения, эта вода была наилучшей. При разработке опреснителя группа инженеров широко использовала свои знания и изобретательность. Не изучив явления испарения и конденсации воды, не зная свойств тонких пленок жидкости и тепловых процессов, способов определения критических температур и др., группа не смогла бы разработать новый прибор.  Рис. 1-10. Вид на залив Чисапик. От Вирджиния Бич около 4,8 км автомашины идут по эстакаде, затем попадают на первый из четырех искусственных островов, соединенный со вторым туннелем длиной 1,6 км. Затем автомашины идут более 6,4 км по эстакаде и оказываются во втором туннеле. На дальнейшем пути снова эстакада, два моста и естественный остров, после чего машины попадают на материк у мыса Чарльз. \017\  Рис. 1-11. Часть эстакады. Видны сановные элементы бетонных конструкций: быки поперечные балки и бетонный настил, образующий дорогу.  Рис 1-12. На переднем плане виден искусственный остров длиной «И л, на котором расположен въезд в туннель. Вдали виден второй остров Для строительства каждого острова потребовалось около 2 млн т материалов. Вокруг островов устроены защитные насыпи из камней весом от 10 до 14 т. 18 Однако и обладая только этими знаниями, прибор не построить. Идея дисков, вращающихся в промежутках между неподвижными коллекторными пластинами, особая конфигурация этих пластин и другие уникальные особенности этого механизма изобретены инженерами. Подобные сведения не .найти в учебниках или справочниках, они — результат объединенной работы группы инженеров. При разработке опреснителя группа инженеров имела много возможных вариантов решения проблемы. Известны различные способы опреснения морской и солоноватой воды — электродиализ, вымораживание и др. Большинство их еще недостаточно изучено, поэтому исследования принципиально новых способов очистки воды ведутся и в настоящее время.  Рис. 1-13. «Большой Д» — баржа с выдвижными «ногами» длиной 30,4 и диаметром 1,8 м. Кран и паровой молот забивают бетонные сваи в дно залива. Туннель под заливом Чисапик. Выдающимся инженерным достижением является самый длинный в мире (28,7 км) туннель, пересекающий горловину судоходного залива Чисапик. Это сооружение стоимостью 140 ,млн. долл. (рис. 1-10—1-12) представляет собой сочетание эстакад, мостов и туннелей; оно предназначено для автомобильного транспорта и защищено от бурь, приливов и отливов. По своим размерам, объему работ и глубинам моря это сооружение — выдающееся инженерное достижение. Комментарии. Проектирование сооружения было поручено фирме, занимающейся разработкой такого рода сооружений. Фирма взялась провести изыскания, выбрать место строительства, разработать проект и наблюдать за строительствам всего сооружения. Так как в бухте базируются корабли военно-морского флота США. \019\  Рис. 1-14. Вдоль ряда забитых свай движется другое устройство. Оно обрезает верхушки свай на определенной высоте, а затем укладывает на них поперечные балки.  Рис. 1-15. «Установщик плит» укладывает на балки железобетонные плиты длиной 22,8 м. Установив плиты, устройство передвигается по рельсам влево, оставляя оправа проем между поперечными балками для укладки новых плит. \020\ было выдвинуто требование, чтобы над фарватерами, по которым идут военные корабли, не было мостов, ггак как ~<в случае войны эти мосты могут быть разрушены противником, и корабли окажутся запертыми в бухте. Вследствие этого под фарватерами пришлось выстроить два туннеля. При строительстве такого уникального сооружения технология производства его деталей и их сборки имеет столь же важное значение, как и проектирование его в целом.  Рис. 1-16. Одна из 37 секций туннеля длиной около 100 м, изготовленных на суше и отбуксированных к месту установки. Ширина их не уступает высоте, равной высоте трехэтажного дома. Промежуток между внешней и внутренней оболочками секции заполнен бетоном на месте строительства, чтобы утопить секцию и уложить ее на дно залива. Водолазы соединяют секции и удаляют перегородки, чтобы образовался сплошной туннель. Эстакада длиной 28 км стоит на длинных (около 52 м) бетонных сваях, забитых в дно бухты с помощью парового молота и крана, смонтированных на барже [«Большой Д» (рис. 1-13)], которая имеет выдвижные «ноги». Баржу подводят к месту забивки сваи, и она поднимается над поверхностью воды, выдвигая свои «ноги». \021\ Ни шторм, ни волны не мешают в работе. Забив сваю, баржа поджимает «ноги» и переплывает к месту забивки очередной сваи. «Большого Д» сменяет другое устройство (рис. 1-14), которое медленно движется вдоль верхушек свай. Передняя часть устройства подравнивает верхушки свай, а задняя часть устанавливает на них поперечные балки. За этим устройством следует «Установщик плит» (рис. 1-16), который укладывает на поперечные балки железобетонные плиты, образующие основание дороги. Установщик продвигается по укладываемым им перед собой стальным фермам. Строительство туннеля также интересно. Большие секции (рис. 1-16) уложены «а дно залива и соединены вместе. Используя специально разработанные приспособления, строители уложили секции в вырытую на дне залива траншею шириной 30 и глубиной 4,5 м. После соединения секций временные перегородки между ними были удалены, а над туннелем насыпали слой песка и глины. Подводный туннель соединяет два искусственных острова, которые и защищают туннель от воды в месте соединения с эстакадой. Сваи эстакады, поперечные балки, «плиты дорога, секции туннеля и другие элементы доставляли со специальных заводов. Разработка технологии строительства и специальных устройств вроде «Большого Д» и «Установщика плит» входила в задачи проектировщиков. Выводы На первом этапе, когда для решения задачи требуется получить тот или иной результат, о ней обычно говорят в общих чертах например, требуют разработать экономичный способ использования энергии приливов и отливов («приливная электростанция») или еще более общо: «найти экономичный способ преобразования электрической энергии». Рассмотрим еще один пример. Фирма, производящая автомобили, обеспокоена падением спроса на ее машины. Это вызвано возросшей конкуренцией других фирм, выпускающих малолитражные автомобили. Для того чтобы восстановить спрос, дирекция фирмы решила начать выпуск своих малолитражек и поручила разработать проект группе инженеров. Дирекция сформулировала задачу лишь в общих чертах, а именно ограничила себестоимость машины, определила её вместимость и мощность двигателя. Обычно эти главные требования заказчики разрабатывают совместно с инженерами. Существует много путей решения подобной задачи. Группа инженеров должна рассмотреть многие из них. Конечно, их знания и опыт играют немаловажную роль, но главное, что требуется от каждого инженера, — это изобретательность. Оценивая различные возможные решения, инженер полагается на свое мнение, так как у него нет времени на исчерпывающий анализ всех возможных решений. Таким образом, главное, что характеризует инженерное искусство, — это творческий подход при рассмотрении возможных вариантов решений и собственное мнение при их оценке. Ори разработке проекта инженерам приходится иногда спешить, так как заданные им сроки не всегда соответствуют реальным возможностям. В результате инженер должен найти наилучшее решение, не имея достаточного времени для оценки всех или большинства из них. \022\ Значение экономики в инженерном деле трудно преувеличить. Для того чтобы инженер приносил пользу обществу, изделия, изготовленные по его проектам, должны быть нужными и доступными по цене потребителю. Инженер всегда должен думать об интересах производства как с технической, так и с экономической точек зрения. Разработчики туннеля-моста, например, тщательно оценили эффективность их сооружения в общем, применяемых конструкций и материалов, стоимость рабочей силы и оборудования, необходимого при постройке. Точно так же разработчик диагностической ЭВМ оценил стоимость ее производства. При решении многих задач инженер сталкивается с противоречивыми требованиями. Так, например, авиакомпания хочет иметь надежные, быстрые, комфортабельные и экономичные (по расходу горючего и стоимости ремонта) многоместные самолеты. Но если конструктор предусмотрят все возможные способы обеспечения безопасности полета, то пострадают скорость, комфорт, вместимость и экономичность. Наоборот, если разработать самолет, обладающий максимальной скоростью полета, то придется пожертвовать комфортом, вместимостью и безопасностью. Повысится и расход горючего. Поэтому конструктор ищет компромиссное решение, более или менее удовлетворяющее всем этим противоречивым требованиям. Чем измеряется комфорт? Что повышает безопасность? Решение этих задач затруднено как тем, что они противоречивы, так и тем, что невозможно измерить, а следовательно, и сравнить такие критерии, как безопасность и комфорт. Многие полагают, что большинство решений инженер находит, стоя у чертежной доски. Это далеко не так. Большую часть своего времени инженер наводит оправки, знакомится с литературой, изучает требования, обменивается мнениями, подбирает сотрудников. Поэтому умение поддерживать хорошие отношения с людьми и успешно сотрудничать с ними играет большую роль в работе инженера. Важную часть работы инженера составляют определение и оценка новых технических задач, например необходимость разработать новый способ опреснения и очистки воды. Инженер должен определить, как люди будут применять разработанные им приборы и каким из них они станут отдавать предпочтение. Он обязан также предвидеть тот эффект, который вызовет появление в продаже, например, механической зубной щетки. Таким образом, деятельность инженера в большой степени зависит от нужд общества, признания полезности ело изобретений и того, как эти изобретения помогают людям. Эта заинтересованность вместе с экономической стороной деятельности инженера делают его работу не столь уже сугубо технической (но, конечно, нисколько не легче), как предполагают непосвященные. Существует мнение, будто инженер большую часть своего времени делает то, чем обычно занимается техник или механик, или даже лаборант. Отнюдь нет! Инженеру чаще приходится мыслить абстрактно, обдумывать факты, вычислять и сопоставлять и реже иметь делю с конкретными, приборами. Более того, макет разработанного инженером прибора собирают техники, поэтому даже в этом случае инженеру не всегда удается «поработать руками». Вот почему инженерная деятельность на самом деле не такая, какой ее представляют себе многие. Молодой человек, любящий \023\ возиться с автомашиной, ремонтировать домашнюю электроаппаратуру, вести химические опыты и т. п., вероятно, будет преуспевать на инженерной работе, но не лучше другого юноши, не имеющего таких наклонностей. Автомат для сборки выключателей и туннель-мост представляют собой сложные системы, состоящие из тысяч деталей или конструкций, связанных между собой. Такая сложная система требует от коллектива инженеров знаний во многих областях науки и техники. Время, когда один инженер разрабатывал проект с начала до конца, ушло в прошлое. В настоящее время при проектировании больших систем их делят на подсистемы и поручают проектирование каждой из них отдельной группе инженеров. Так, в- проектировании космического корабля участвуют сотни инженеров. Одна группа занимается двигателем, другая—системой связи и автоматики, третья — системой навигации и т. д. Заключение Инженер должен решать задачи, которые формулируются обычно в виде общих требований к функциям, выполняемым прибором. Задача инженера — реализовать эти требования в конкретном устройстве (сооружении или технологическом процессе), которое дает нужный технико-экономический эффект. Для того чтобы прийти к такому решению, инженер должен применить свои знания и изобретательность, выделяя из множества возможных вариантов решений наилучшие, оценить эти варианты с точки зрения множества неуловимых и часто противоречивых критериев. Ограниченное, время не позволяет всегда дать исчерпывающее описание всех возможных решений. Вместо этого инженер вынужден полагаться на свое собственное суждение. Чрезвычайно редко можно сейчас встретить инженерную задачу, в которой экономические показатели не имеют значения. Упражнения 1. Сформулируйте две или три известные вам инженерные задачи и найдите состояния А к В для них. Определите наиболее важные критерии и ограничения для каждой задачи. 2. Что, по Вашему мнению, делает инженер, когда он ищет решение задачи, но нет научной теории, на которой он должен основывать свое решение? 3. Возьмите знакомый Вам прибор или устройство и попытайтесь определить противоречивые требования, которые инженеру-конструктору этого прибора пришлось выполнять, (Пример. Часто приходится разрешать такой конфликт: число операций, выполняемых прибором, и их эффективность должны быть максимальными, а себестоимость прибора — минимальной.) 4. Почти всегда на решение задачи инженеру дается ограниченное время. Как Вы представляете себе первоначальные шаги инженера в этом случае? (Чьей помощью он должен воспользоваться, чем пожертвовать и т. д.?) 5. Опишите один из следующих инженерных проектов, проследив его, как можно дальше, так, как это сделано в данной главе. Это описание должно включать обстоятельства, под влиянием \024\ которых возник этот проект, трудные или необычные задачи, входящие в него, окончательный результат, приносимая польза и т. д.: а) скоростной автоматический прокатный стан, выпускающий листовую сталь; б) искусственный спутник Земли; в) система бронирования билетов на железнодорожные поезда и самолеты; г) опреснение большого объема морской воды; д) международный аэропорт; е) ядерная электростанция; ж) механический подъемник для крупного оклада; з) микролитражный автомобиль. |
Похожие:
 | И «Осторожно! Вредные продукты» издавалась под псевдонимом «Михаил Ефремов» и, по цензурным соображениям, только в усеченном виде.... |  | Ответ Министерства (Письмо от 8 декабря 2011 г. N д06-6110, далее – приведен полный текст Письма) |
| Ниже представлен полный текст федерального закона "Об образовании в Российской Федерации" (от 29. 12. 2012 n 273-фз) | | Приказ Федеральной налоговой службы от 5 марта 2012 г. № Ммв-7-6/138@ “Об утверждении форматов счета-фактуры, журнала учета полученных... |
| Резолютивная часть постановления объявлена 26 февраля 2013 года. Полный текст постановления изготовлен 05 марта 2013 года | | Перед вами,— полный текст обстоятельного труда известного русского врача И. Н. Введенского «Опыт принудительной трезвости», подводящего... |
| Закладка похозяйственной книги Документ «Правовой акт на открытие похозяйственной книги» 13 | | Интернет, осуществляется в соответствии с постановлением Правительства РФ от 24 сентября 2013г. №842 (вступил в силу с 1 января 2014... |
| Тип работы (продающий текст, seo-текст на внутренние страницы, текст на главную, Landing Page, другое) | | Резолютивная часть решения объявлена 2 июля 2015 года. Полный текст решения изготовлен 9 июля 2015 года |