Sistēmu inženierija un savstarpējās savienojamības jēdziens

Saturs

• Starpsavienojums kā jēdziens
• Savas komandas Moon Rover dizaina savstarpējā saistība
• Aplūkojot "visu ziloņu"

Raiens šobrīd studē maģistra grādu sistēmu inženierijā Drexel universitātē, katru nedēļu piedaloties vairākās diskusijās.

Starpsavienojums kā jēdziens

Kā studentam, kurš ir jauns sistēmu inženierijas pasaulē, ievadlekcijas man deva vairākus jaunus jēdzienus, par kuriem domāju, vienlaikus atkārtojot pazīstamos. Visizplatītākā jaunā tēma līdz šim bija sistēmu savstarpējā savienojamība. Kā mašīnbūves inženieris esmu iepazīstināts ar detaļu projektēšanas koncepciju darbam ar citām detaļām gandrīz jebkurā scenārijā. Tas man ir ļoti pazīstams.

Sistēmu inženierija balstās uz šo savstarpējo savienojamību. Sistēmas daļas darbojas ne tikai kopā, bet, ja viena no tām ir pakļauta noteiktam stāvoklim, tas ietekmēs arī pārējos gabalus. Tas ir vitāli svarīgi lielākiem projektiem un lieliski iekļaujas sistēmu inženierijas daudznozaru aspektos. Ja viena no šīm daļām ir izgatavota no materiāla, kas nav ideāls, tā var saplīst. Tas savukārt ietekmē pārējos gabalus, un tādējādi tiek apdraudēta sistēmas integritāte kopumā.

Savas komandas Moon Rover dizaina savstarpējā saistība

Sistēmu inženierija ir strauji augoša joma, īpaši attiecībā uz kosmosa lietojumiem. Man paveicās piedalīties NASA sacensībās Drexel, kurās mēs ar savu komandu projektējām roveri, kas izpētītu Mēness polus, lai meklētu ledu.

Šajās vietās temperatūra būtu neticami zema, un tas daudzējādā ziņā ietekmētu robotu. Strādājot ar mobilitāti, manas galvenās prioritātes bija kustība un navigācija vai tas, kā tikt pāri šķēršļiem vai ap tiem un kā pateikt, kur robots dodas. Tomēr tipisks robotu dizains šeit nedarbotos, jo temperatūra neļauj darboties lielākajai daļai motoru, un bez pienācīgas izolācijas iztukšotos arī strāvas padeve.

Tas ietekmēja mūsu dizainu attiecībā uz riteņu materiālu, motora izvietojumu un vispārējo funkciju. Motorus nevarēja novietot pie katra riteņa, jo tas prasītu lielāku izolāciju lielākos laukumos, aizņemot dārgo vietu un pievienojot svaru. Tam būtu vajadzīgi arī vadi, kas darbojas visā transportlīdzekļa garumā, ko arī būtu ietekmējusi galējā temperatūra.

Paturot to prātā, mums robots bija jāprojektē kā aizmugurējo riteņu piedziņas dizains, barošanas avots un motori atrodas rovera aizmugurē un viena ass, kas kontrolētu priekšējo riteņu pagriešanos. Tas samazināja svaru, mūsu izolācijas laukumu un nepieciešamo motoru skaitu. Diemžēl tas notika ar mūsu priekšējo riteņu enerģijas cenu, taču to mēs pieņēmām savā prioritāšu sarakstā. Šis ir piemērs tam, kā īpašības un dizains ietekmēja rovera iespējas.

Vēl viens lielisks piemērs ir Mēness putekļi, regolīts. Regolith ir ļoti smalki putekļi, kas notur nelielu elektrisko lādiņu. Šis lādiņš piesaista to metālam, un tas var nokļūt visur rovera iekšpusē. Ja tas nokļūtu robota locītavās, tas būtu katastrofāls un varētu novērst tikpat vienkāršas darbības kā pagriešanās.

Lai gan to novēršanai lielāko daļu robota projektējām no nemetāliskiem materiāliem, bija dažas jomas, kurās mēs nevarējām upurēt spēku nemetāla materiālam. Lai to novērstu, mēs plānojām iekļaut kaut ko tādu, kas radītu vāju elektrisko lauku, lai atvairītu mazākās daļiņas un saglabātu pārējo roveru drošību. Tam bija nepieciešams pievienot papildu aizsardzības slāni borta elektronikai, taču mēs nolēmām, ka tas kopumā darbosies vislabāk.

Aplūkojot "visu ziloņu"

Kopīga līdzība, kurā sīki aprakstīta šī savstarpējā saistība, ir stāsts par lindu vīriešiem un ziloņu. Līdzība izsakās apmēram šādi.

Aklu vīriešu grupa pirmo reizi sastopas ar ziloni. Pirmais cilvēks jūt tā līkumoto bagāžnieku un apgalvo, ka pieskaras čūskai. Otrais pieskaras izturīgai kājiņai un apgalvo, ka tas ir koks. Trešais izjūt savu cieto pusi un uzskata, ka viņi pieskaras sienai. Ceturtais paķer asti un domā, ka tā ir zars. Cits jūtas ilknis un uzskata, ka tas ir šķēps, bet pēdējais satver ziloņa ausi un citiem saka, ka tas ir ventilators.

Stāsta vispārīgais jēdziens ir tāds, ka, lai apskatītu visu sistēmu, ir jāaplūko visas tās sastāvdaļas un to saderība. Īpaši attiecībā uz kosmosa izpēti projekti prasa, lai inženieri apskatītu "visu ziloni".

Rakstā “Redzot‘ Veselo ziloņu ’- sistēmas domāšanu vērtēšanā” Srikants Gopals, autors, apgalvo, ka vērtēšanas jomu tradicionāli vadījis redukcionistisks uzskats. Mēģinot vienkāršot sarežģītas sistēmas, inženieriem parasti tiek prasīts aplūkot vienu, mazu faktoru, lai tas būtu vislabākais. Tomēr dažreiz tiek ignorēts gabalu darbs, pat ja tie nav tieši piestiprināti.

Veiksmīgam roverim ir jāprojektē pat kaut kas tik vienkāršs kā riteņi, ņemot vērā gandrīz visu pārējo roveru, piemēram, svara sadalījumu, pagarināmās daļas, izolāciju un daudz ko citu. Tai pat jāņem vērā tādi ārējie faktori kā reljefs un ceļa attālums. Tas, kā katrs robota komponents darbojas savā starpā (t.i., kā daļas ir savstarpēji savienotas), ir izšķirošais faktors starp veiksmi un neveiksmi.