Усовершенствование двигателя внутреннего сгорания ведется на основе изменений карбюратора и системы подсоса для ускорения пуска двигателя, замены жидкого топлива на газообразное, использования устройств, ускоряющих испарение топлива во время разогрева двигателя, систем для повторного пропускания выхлопных газов через двигатель и систем ввода воздуха в выхлопной патрубок для обеспечения полного сгорания горючих примесей в выхлопных газах и т. д.

Интересным направлением является создание электромобиля. Исследования показывают, что электромотор постоянного тока с питанием от аккумуляторов имеет неоспоримые преимущества перед двигателем внутреннего сгорания: не загрязняет воздух, бесшумен, имеет довольно высокий коэффициент полезного действия и т. д. Некоторые образцы электромобилей уже выпускаются промышленностью. На 20-й токийской автомобильной выставке демонстрировались электромобили, развивающие скорость до 80 км/ч с максимальным пробегом при одной зарядке аккумуляторов до 200 км.

Обоснование и анализ необходимости создания машины проводится на основании методов научного прогнозирования технических проблем.

Научное прогнозирование нельзя отождествлять с предсказанием. Предсказание — это абсолютное утверждение о будущем, основанное на логических рассуждениях о возможном. В отличие от него научное прогнозирование является вероятностным суждением о будущем с высоким уровнем достоверности и основано на объективной оценке возможного.

Первоначально научное прогнозирование относили к области научной фантастики. Применительно к техническим проблемам научное прогнозирование стало получать свое признание лишь в середине XX в. благодаря практическому подтверждению сделанных прогнозов.

Так, в 1936 г. была проведена оценка прогнозов, сделанных в 1920 г. на 75 лет вперед. При этом выяснилось, что сделанные прогнозы в части научно-технических достижений и изобретений к этому времени оправдались на 38%, почти наверняка оправдаются на 29%, неопределенно — на 22%., оказались неверными — 8% и вероятно окажутся неверными — 3%. Было установлено, что ошибки, допущенные в прогнозировании, являются результатом скорее неспособности предвидеть полезность сделанных изобретений и научно-технических достижений, чем неспособности распознать их техническую осуществимость.

Примерно в это же время и несколько позднее оценивались и другие прогнозы. Высокий процент их достоверности показал возможность и целесообразность решения с помощью научного прогнозирования многих проблем и, в частности, проблемы создания машин.

В настоящее время известно более 300 методов составления прогнозов.

На практике применяют наиболее простые методы — экстраполяцию и корреляцию тенденций, анкетирование независимых мнений, метод взвешенных оценок и матричный метод цель —средство. Все эти методы предусматривают привлечение к разработке прогнозов соответствующих экспертов и основаны на качественном и количественном анализах имеющегося опыта и современного научно-технического уровня.

Существуют два принципиальных пути построения прогноза: прогноз, идущий от имеющегося базиса в будущее (изыскательское прогнозирование); прогноз, движущийся от целей, которые должны быть достигнуты в будущем, к настоящему (нормативное прог-позирование). Для большей точности построение прогнозов обычно производят параллельно обоими путями.

Прогнозы обычно разрабатывают на период, в течение которого принимаемое решение будет иметь эффективное действие. При этом прогнозирование частных научно-технических проблем по созданию машин должно увязываться с общим прогнозом, характеризующим развитие техники.

Ниже приводится краткий прогноз развития промышленности («Химия и жизнь», 1973, № 6).

1978 г. — автомобильные выхлопные газы, не загрязняющие воздух. 1980 г. — исследование химических реакций с помощью ЭВМ; твердотопливный ядерный двигатель; ЭВМ. выдающие данные для управления технологическими процессами. 1982 г. — электронные источники света. 1983 г. — газотурбинные автомобили. 1985 г. — автомобили из пластмасс; прочный плоский телевизионный кинескоп; применение обучающих машин; использование ферментов как катализаторов в некоторых химических призводствах; горнорудные комплексы по добыче металлов из низкосортных, но обширных залежей; получение пластмассовых изделий непосредственно из мономеров, в одном технологическом процессе. 1987 г.— производство газа, заменяющего природный; проектирование предприятий, не загрязняющих среду. 1988 г. — производство дешевых пластмасс, легче и прочнее металлов; применение ЭВМ в быту. 1990 г. — экономичное опреснение воды; промышленное получение из нефти белка, используемого в пищу; создание электромобиля; временное заселение базы на Луне; ракеты на ядерном топливе; го-лографические трехразмерные телевидение и кино; использование лазеров и ультразвука для добычи горных пород. 1995 г. — разработка полезных ископаемых на дне океана; полет человека на Марс; автомобили с атомным двигателем; бесшумный самолет; добыча металлов растворителями; 1998 г. — биохимический топливный элемент; съедобные, питательные полимеры. 2000 г. — постоянная база на Луне; атомные двигатели на железнодорожном транспорте; криогенные кабельные системы; наручные телевизоры; постоянные автоматические станции на соседних планетах; безопасный автомобиль; управляемый термоядерный синтез.

Специальными исследованиями установлено, что в наше время обновление существующих видов машин происходит через 5—7 лет, а теоретические основы создания машин и тенденции развития принципов действия этих машин сохраняются в течение 10—15 лет. Поэтому при обосновании необходимости создания машин оптимальным сроком прогноза является период в среднем до 15 лет. Достоверность прогнозов, сделанных на более длительный срок, заметно снижается.

Современные методы прогнозирования имеют следующие недостатки.

1. Недостаток воображения («чутья»), не позволяющий определить будущую полезность открытий, изобретений, исследований и разработок, что приводит к крайней пессимистичности прогнозов.
2. Переоценка возможностей, основанная на уверенности, что все теоретически возможное будет осуществлено на практике. Это приводит к крайней оптимистичности прогнозов.
3. Неспособность улавливать и учитывать изменение в конку-рирующих системах.
4. Чрезмерная опора экспертам.
5. Неточность технических расчетов, на которых базируются прогнозы.
6. Невозможность предвидеть все будущие открытия.

Несмотря на эти недостатки, в пределах практических потребностей используемые методы позволяют правильно, с перспективой решать многие технические проблемы.

В практике необходимость создания машин часто определяется прогнозами задолго до возникновения действительной потребности в них. Но разработка проектов этих машин должна опережать события настолько, чтобы можно было начать выпуск машин в металле сразу при возникновении реальной потребности в них и практической возможности эксплуатации.

Так, анализ возрастания скоростей самолетов, проведенный в 30-х годах, предопределил необходимость использования в будущем катапультирующих устройств. Созданием таких устройств занялись много лет спустя, когда повышение скоростей самолетов вызвали реальную необходимость использования таких устройств.

В силу этих и других обстоятельств прогнозирование, возродившееся первоначально как изыскательная область науки, стало постепенно сливаться с планированием и в будущем, несомненно, будет составлять с ним одно целое.

На втором этапе создания машины проводят научные исследования технических положений, которые будут использоваться в конструкции машины.

Перечень вопросов, подлежащих изучению на данном этапе, зависит от вида, назначения и условий работы машины, от специфических особенностей ее конструкции, степени их изученности и т. д. В одних случаях исследования ведутся в направлении поиска рационального принципа действия машины, в других — в направлении улучшения рабочих характеристик, в третьих — изучаются возможности использования в конструкции будущей машины изделий или материалов, выпускаемых промышленностью, в четвертых — проверяется пригодность тех или иных изобретений для данной конструкции и т. д.

Материалы первых двух этапов процесса создания машины оформляют в виде технического задания на разработку проекта машины. Техническое задание является принадлежностью конструкторской документации, поэтому его появление означает переход к третьему этапу — разработке конструкторского проекта. Этот документ как бы разделяет весь процесс создания машины на две части: поисковую (обоснование необходимости создания новой машины, научные исследования), отвечающую на вопросы, нужна ли машина и какой принципиально она может быть и созидательную (разработку конструкторского проекта, изготовление, испытание, доводку), отвечающую на вопросы, какой она должна быть и какой она в действительности будет. Конкретное содержание технического задания будет освещено в гл. IV «Документальный состав конструкторского проекта», здесь рассмотрены лишь некоторые его принципиальные особенности.

Поисковую часть процесса создания машины выполняют технологи, экономисты и научные сотрудники при участии изобретателей; созидательную часть — конструкторы и технологи-машиностроители с участием других специалистов. Местонахождение технического задания на стыке этих двух самостоятельных частей одного и того же процесса в ряде случаев вызывает споры о том, кто должен его составлять. Как завершающий этап первой части процесса создания машины техническое задание должно составляться разработчиками этой части процесса. В то же время принадлежность техническою задания к составу конструкторских документов позволяет думать, что его составление является обязанностью конструкторов. Практика показывает, что такие вопросы решаются наиболее удачно при разработке этого документа совместными усилиями, когда представленные исчерпывающие материалы по поисковым работам оформляются конструкторами в надлежащем виде.

Техническое задание не является догмой. В процессе конструкторских работ могут быть найдены более рациональные инженерные решения некоторых вопросов, требующие изменений в этом документе. Техническое задание должно содержать все исходные данные, необходимые для разработки проекта машины, но не более. Необходимо строго следить за тем, чтобы в техническом задании не было описаний конкретных конструкций, сковывающих творчество конструкторов и мешающих им в поисках нового.

В создаваемых конструкциях машин необходимо учитывать требования, предъявляемые к ним на современном этапе, а также особенности конструирования в свете последних научных теорий.

Изготовление, испытание и доводка являются завершающим этапом создания новой машины. Практика показывает нецелесообразность изготовления большого числа машин по новой, не прошедшей производственной проверки конструкторской документации. Такую’ проверку конструкторский проект проходит при изготовлении и испытании первого, опытного образца машины.

На этом этапе создания машины вместе с качеством конструкторской документации оцениваются инженерные замыслы и конструкторские решения, заложенные в проект при разработке. Поэтому завершающий этап является для конструкторов-разработчиков школой, которая помогает им наглядно вскрывать и анализировать свои ошибки, допущенные при разработке машины, и направляет их деятельность на ликвидацию этих ошибок.

В ходе изготовления опытного образца конструкторы устраняют выявленные в чертежах ошибки, рассматривают допустимость различных отступлений от чертежей, возникающих вследствие производственной необходимости (замена одного материала другим, изменение конструкции отдельных деталей по технологическим соображениям и т. д.), следят за соответствием изготовляемых деталей, узлов и механизмов требованиям конструкторской документации и ведут методическую подготовку испытаний.

Опытные образцы машин обычно подвергают трем видам испытаний: стендовым, полигонным и приемо-сдаточным.

Стендовые испытания проводятся с целью проверки взаимодействия механизмов в работе, их приработки и снятия основных характеристик машины, а также выявления дефектов.

Полигонные испытания проводятся комиссией по методике, утвержденной руководителем завода. В состав комиссии включаются работники конструкторского бюро, разработавшего рабочий проект, работники экспериментального цеха, изготовившего опытный образец машины, а также работники отдела технического контроля завода. Комиссия возглавляется главным конструктором, под непосредственным руководством которого разработан рабочий проект опытного образца машины. Полигонные испытания проводят в две стадии: обкатка машины и опробывание рабочих органов в условиях производства, для которого она предназначена; проверка надежности соответствия проектных характеристик требованиям эксплуатации.

Различают конструктивную, техническую и эксплуатационную производительности машины.

Под конструктивной производительностью понимают выработку в единицу времени, определяемую расчетным путем на основании конструктивных данных.

Техническая производительность равна фактической выработке в единицу времени при непрерывной работе в конкретных производственных условиях. Эксплуатационная производительность представляет собой выработку машины, отнесенную ко всему времени, в течение которого получена эта выработка, включая время на ремонт, осмотр, заправку, регулировку, а также время на остановки по организационно-технологическим причинам.

Обкатка изготовленной машины необходима для приработки ее сочленений и позволяет значительно снизить влияние погрешностей изготовления и сборки.

Методика полигонных испытаний предусматривает: обкатку машины на холостом ходу с проверкой крепления основных узлов; обкатку под частичной и полной нагрузкой с проверкой механизмов управления, шумовых эффектов, эксцентриситетов и биений, а также температуры отдельных узлов.

Нормативное время обкатки для каждого вида машин регламентируется соответствующими нормативами.

Обкатку заканчивают, когда шум и температура движущихся частей машины становятся нормальными.

На стадии опробования работы машины в производственных условиях определяют не только работоспособность- машины, но и выявляют конструктивные недочеты.

Поэтому методика полигонных испытаний должна предусматривать различные варианты условий и режимов работы машины, которые могут быть в практике.

Все замечания о недостатках конструкции или отдельных узлов вносят в журнал наблюдений. На основании данных журнала производят отладку конструкции, заменяя отдельные детали и узлы деталями и узлами более совершенной конструкции, а также путем более точной регулировки и в ряде случаев путем частичной перекомпоновки узлов.

Полигонные испытания проводят в течение 100—200 ч. В ходе полигонных испытаний на основании фактических замеров уточняется техническая производительность машины.

Результаты полигонных испытаний актируются и рассматриваются1 техническими советами организаций.

При положительных результатах полигонных испытаний опытный образец после окончательной доводки и отделки предъявляется на приемо-сдаточные (межведомственные) испытания, которые проводятся комиссией из представителей машиностроения и той отрасли, для которой предназначена машина. Методика и длительность приемо-сдаточных испытаний согласуются представителями этих отраслей и утверждаются их руководителями.

Для проведения приемо-сдаточных испытаний опытных образцов машин, имеющих особую важность или предполагаемых к производству большими сериями, назначается государственная комиссия.

Основная цель приемо-сдаточных (межведомственных) испытаний— окончательная проверка на практике соответствия созданной машины технико-экономическим и эксплуатационным требованиям.

В результате этих испытаний определяют техническую и эксплуатационную производительности, ресурс работы машины, показатели технической эстетики и безопасности работы, степень автоматизации, удельные эксплуатационные затраты.

В случаях, когда дальнейший выпуск машины предполагается осуществлять не на том заводе, который изготовил опытный образец, межведомственная (государственная) комиссия обязана потребовать заключения экспертизы о качественности конструкторской документации опытного образца.

В зависимости от результатов испытаний межведомственная (государственная) комиссия делает заключение о целесообразности серийного изготовления таких машин.

В случаях несоответствия машины поставленным требованиям комиссия выносит решение о необходимости доработки конструкции опытного образца с последующим проведением повторных испытаний.