Эффективная подготовка к государственным междисциплинарным экзаменам для студентов технических специальностей (стр. 31 )

2. Разделить систему на основные структурные элементы. Сформулировать функции основных структурных элементов системы.

3. Подразделить систему на составные части, то есть построить следующий уровень иерархии. Выполнить те же действия.

Пример построения модели состава системы ”Фонарик карманный”.

6. Модель отношений системы

Техническая система есть средство для достижения цели.

Модель есть способ существования знаний, некоторое частное отображение реальности.

Иерархия моделей отражает иерархию систем. Типы моделей по иерархии соответствуют уровню систем и соподчиненности, от общего к частному.

Направление развития моделей определяется изменением структуры системы, изменением входных и выходных параметров, изменением ограничений и условий эксплуатации.

На верхних уровнях иерархии систем модели принято называть техническими, если ставятся технические цели.

На нижнем уровне иерархии – физические модели (т. е. модели, отражающие проявление тех или иных физических эффектов, заложенных в основу системы).

Классификация моделей систем:

Система – это совокупность взаимосвязанных структурных элементов.

Чтобы получить представление о системе, недостаточно знать ее состав. Важной информацией являются взаимосвязи между структурными элементами или отношение. Совокупность необходимых и достаточных для достижения цели отношений между элементами системы принято показывать моделью отношений.

Когда рассматривается некоторая совокупность элементов, образующих систему, то из всех возможных отношений, а их бесконечное множество, в модель отношений включено конечное число связей, которые существенны по отношению к поставленной цели. Отношения между элементами могут быть самыми разнообразными: в ряде случаев мы можем не знать о реально существующих отношениях.

Модель отношений частично отражает состав (структуру) системы. Модели отношений широко применяются и используются в практике. Отношения между элементами могут носить различный физический характер. Если свойства какого-то объекта можно использовать в системе, то имеется в виду установление некоторых отношений между данным объектом и частями системы, т. е. включение этих отношений в систему.

Следует различать между собой отношения и свойства. Любое отношение подразумевает наличие, по крайней мере, 2-х элементов. Свойство – это модель отношения, являющаяся атрибутом одного элемента. Любое свойство, если его понимают как потенциальную способность обладать определенным качеством, выявляется в процессе взаимодействия объекта - носителя свойства с другими объектами, т. е. в результате установления некоторого отношения.

Типичные ошибки, допускаемые при изготовлении модели:

1. Незнание всех наиболее существенных отношений между элементами системы;

2. Ошибки, допущенные при определении состава системы;

3. Незнание связей между отношениями и целью;

4. Недостаточная квалификация разработчика модели.

Порядок разработки моделей отношений.

1. Формулировка основных функций.

2. Построение модели черного ящика.

3. Построение модели состава системы.

4. Построение матрицы взаимосвязи между структурными элементами

Эi Эi	Э1	…	Эn
Э1	\\\\\\	Мех. св.	Э/м
…		\\\\\\\\\\\
Эn			\\\\\\\\\\\

В ячейках таблицы фиксируются отношения между элементами, при этом исключаются связи элемента с самим собой. Информация записывается только в первой половине таблицы.

Применительно к системе из области электротехники, радиоэлектроники, где важнейшие связи осуществляются с помощью электрических полей, модель отношений осуществляется в виде таблицы соединений (монтажной таблицы), в которой указываются точки связей между соединениями (контакты) и типы (марки) проводников.

N	Откуда идет	Куда поступает	Длина	Марка провода
1-17	Тр1,П2,К4	П19,К164	43	МГШВ-0,35
21-12	Шр4, К8	ЛН5,К1	18	МГТФЛ-0,12
…	…	…	…	…

где МТШВ-0,35 – марка соединения; П2 – плата 2-ая; К164 – контакт 164-ый.

Если мы объединить модели состава системы и черного ящика, то получится модель структурная схема системы.

Структурная схема системы является наиболее подробной, полной моделью любой системы на начальном этапе познания. Несмотря на это, актуален вопрос об адекватности этой модели к моделируемому объекту.

N элем.	Наименование	ФЭ
1	Лампа	1) Эффект преобразования ЭП в ЭМИ 2) Эффект Джоуля.
2	Подвижное изображение	1) Эффект светопроводности. 2) ИК излучение. 3) Эффект теплопроводности.
3	Крыльчатка	1) Эффект преобразования поступательного движения воздуха во вращательное движение крыльчатки. 2) Эффект теплопроводности.
4	Абажур	1) Эффект светопроводности.
5	Основание	1) Эффект тепловой конвекции. 2) Эффект теплопередачи.

7. Моделирование систем на уровне физических эффектов

Под физическим эффектом понимается закономерность появления результатов взаимодействия объектов материального мира посредством физических полей.

Закономерности проявления физических эффектов:

1. При одном воздействии может быть несколько результатов воздействия. Пример: обычный эффект протекания электрического тока по проводнику. Чем сложнее по структуре физический объект, тем большее количество результатов воздействия может проявляться.

2. На один физический объект может проявляться несколько воздействий. Пример – пьезоэлектрический эффект.

3. На одном физическом объекте может проявляться несколько физических эффектов.

4. Величина результата воздействия может регулироваться – положена в основу большинства систем. Может изменяться физический объект, его свойства, параметры, цель, материалы физического объекта и т. д.

5. При одних и тех же условиях взаимодействия проявляются один и те же результаты – закономерности обуславливаются стабильностью структуры физических объектов и свойств структурных элементов.

Два физических объекта могут быть взаимосвязаны, если физическое поле, предшествующее физическому эффекту, совпадает с физическим полем, последующим за физическим эффектом (имеется область пересечения двух физических полей).

Согласно условиям взаимодействия можно построить физическую структуру это системы. Структура физической основы может быть разной. Физическая структура в виде цепочки взаимосвязанных физических эффектов называется физической схемой.

Физическая схема является моделью технической системы на физическом уровне.

Обобщенная модель физического эффекта (ФЭ).

Представление в виде модели черного ящика. Воздействием являются физические поля и их модификации. Пример: модификации электрического поля (вихревое, переменное, постоянное и т. д.). Результатами воздействия также являются физические поля и их модификации.

Физическими объектами могут быть микротела и их системы, элементарные частицы, отдельные молекулы, кластеры, наномолекулы, различные материалы, жидкости, газы и т. д. Тела материального мира: твердые, жидкости, газы, плазма, молекулы, атомы, части атомов и молекул, электроны, протоны.

Графическое представление ФЭ:

C=f{Аосн.,Адоп,(b1,b2,..,bn),tn}, где t характеризует промежуток времени между моментом приложения воздействия и моментом установившегося результата воздействия.

Проявление ФЭ существенно зависит от геометрической формы ФЭ. Под конструктивной реализацией понимают вариант геометрической формы физического объекта (ФО) и марку материала вещества ФО с пространственной привязкой воздействия А и результата воздействия С.

Описание ФЭ должно содержать элементы данных, необходимые для решения определенного класса задач.

На уровне ФЭ могут быть решены следующие классы задач:

1. Физический анализ ТС;

2. Синтез ТС на физическом уровне;

3. Информационно-поисковые.

Структура описания (элементы данных):

1. Наименование ФЭ.

2. Кодовое обозначение (БГ7,102,107-порядковый номер разработки). Основной элемент для поиска информации о ФЭ.

3. Наименование воздействия и его характеристика.

4. Наименование результата воздействия и его характеристика.

5. Схема ФЭ, наименование структуры.

6. Перечень марок материалов и веществ, на которых проявляется ФЭ и его характеристики.

7. Описание сущности ФЭ.

8. Условия проявления ФЭ.

9. Модель ФЭ.

10. Физические объекты, на которых проявляется ФЭ.

11. Варианты геометрической формы физического объекта с пространственной привязкой к ним воздействий и результатов воздействий.

12. Область применения ФЭ.

13. Примеры практического применения ФЭ.

14. Литература о сущности ФЭ.

15. Литература о практическом применения ФЭ.

Синтез технических решений на основе физической схемы

ФЭ проявляются на определенных геометрических формах физических объектов. Для каждого ФЭ может быть определён набор вариантов геометрических форм. Геометрической форме физического объекта всегда может быть осуществлена привязка воздействия и результата воздействия. Физические объекты определённых геометрических форм являются элементами ТС низшего уровня иерархии. Синтез ТР может быть осуществлён за счет взаимосвязи пространства приложения результата эффекта предыдущего ФЭ с пространством приложения последующего ФЭ. Синтезированное техническое решение будет представлять собой комбинации структурных элементов всех ФЭ, входящих в ФС. Критериями сокращения числа вариантов технических решений могут быть технологичность изготовления, материалоёмкость, масса, стоимость, агрегатные состояния физических объектов.