Теория технических систем (стр. 4 )

В природе существуют лишь немного предметов и средств, которые могут сразу удовлетворять потребности человека. Большей частью он вынужден действовать на эти средства многочисленными способами: изменять, наращивать, комбинировать. Он должен резать, варить, солить, плавить, разлагать, транспортировать, хранить, преобразовывать и использовать энергию, строить, разрушать, считать и многое другое.

Поэтому в результате этих процессов операнд трансформируется, изменяется и достигает состояния, достаточного для осуществления потребности.

2.2 Модель системы преобразований

Процессы такого рода назовем преобразованиями и установим некоторые понятия и свойства. На рис.2.1 наглядно представлены все типы элементов и действий, входящих в модель системы преобразований. При построении этой модели были выбраны следующие гипотезы, вытекающие из опыта людей:

- необходимое преобразование операнда (объекта преобразования) достигается целенаправленными воздействиями материального (S), энергетического (En) или информационного (I) типов;

- эти три типа воздействий при всех преобразованиях реализовываются людьми (ΣMe), техническими системами (ΣTS) и окружением (Umg).

Рисунок 2.1 – Модель системы преобразований

Любая система, и такая как человеческое общество, и Солнечная система в общем, может создать почти бесконечное множество систем преобразований. Если рассматривать элемент отдельно взятый, то часто он входит в состав в несколько систем преобразований. Так, например, человек может одновременно принимать пищу, читать и т. д.

Из выше сказанного можно сделать следующие выводы.

1. Для того, чтобы удовлетворить потребности людей, либо выбирается требуемый объект, либо задается требуемое состояние операнда. Это состояние (Od2) является целью преобразования.

2. В качестве операндов преобразований могут быть живые существа, в частности люди, а также материальные, энергетические и информационные объекты.

3. Необходимо выбрать или задать начальное состояние операнда Od1 в качестве входной величины. Состояние Od2 может быть достигнуто из нескольких начальных состояний Od1.

4. Изменение Od1→ Od2 называется преобразованием.

5. Преобразование называется либо неудовлетворительным состоянием Od1, либо потребностью в Od2.

6. При помощи упорядоченной совокупности целенаправленных изменений, т. е. некоторой технологии, выполняются преобразования. Состояние операнда Od2 может быть достигнуто различными способами (технологиями).

7. Общее или частичное преобразование осуществляется путем материального, энергетического или информационного воздействия на операнд.

8. Воздействие осуществляется людьми, техническими системами и реальным окружением. Эти операторы имеют материальные, энергетические и информационные связи между собой.

Если рассмотреть более детально и проанализировать «внутренние» операторы, то можно выявить элементарные процессы и действия, которые также можно назвать преобразованиями. Так, в технических системах вращательное движение преобразуется в поступательное, наращивается сила и т. д., целью действий являются определенные изменения. При рассмотрении процессов и цепочек действий мы сможем определить зависимость характера этих изменений от цели.

Можно утверждать, что между процессом действия и процессом преобразования существует причинно-следственная связь, а именно изменения операнда в процессе преобразования (ΣЕ) вызываются действиями (ΣW) технической системы как причины. Однако эта причина является следствием цепочки действий в системе, вызываемых входными воздействиями на систему.

2.3 Элементы системы преобразований

Теперь рассмотрим элементы системы преобразований. На рис.2.1 представлены элементы. Охарактеризуем отдельные элементы более подробно.

Операнд – это основной элемент системы преобразований. Операнд может принадлежать любой из четырех категорий (люди, материя, энергия, информация) либо их комбинации. Для описания состояния операнда используют либо совокупность его свойств, либо представляют как совокупность операндов – составных частей технической системы. При рассмотрении совокупности операндов речь идет о преобразованиях типа объединения или разделения.

Технический процесс – это преобразование, выполняемое техническими системами.

Люди – это операторы системы преобразований.

Технические системы как операторы системы преобразований – это подмножество технических систем, выполняющих какого-либо вида действия для определенного преобразования.

Реальное окружение – это все источники внешних воздействий в ближайшем окружении процесса преобразования, которые, в основном, не поддаются точному выражению. В реальное окружение включаются только элементы окружения, имеющие связи с элементами системы преобразований, а именно: геосфера (а именно, суша и вода), биосфера, техносфера, атмосфера и климат (погода). Технические системы не могут функционировать без отношений с системой геосферы. К ней можно отнести воздействующую среду – воду для человека, воздух для самолета. При перемещениях в пространстве приобретает значение Солнечная система как часть реального окружения технической системы. А также нельзя не учитывать и биосферу, которая включает все организмы (людей, животных и растения) и места их обитания.

Можно построить разнообразные экосистемы при помощи гео-, био - и атмосферы. В таких системах при определенных отношениях происходят необходимые для жизни процессы преобразования материи, энергии и информации (рис. 2.2).

Рисунок 2.2 – Экосистема и техносфера

Следует учитывать, что при разработке и осуществлении любых технических решений возможно нарушения равновесия этих систем.

Техносфера включает все технические системы, созданные людьми.

2.4 Выводы

Подведем итоги по полученным результатам.

1. Человечество или конкретный индивид имеют множество потребностей в зависимости от целей, которые они перед собой ставят. Каждая потребность представлена как совокупность требований к объекту в определенном состоянии. Объект рассматривается как средство достижения цели. Если желаемая цель не сможет быть достигнута непосредственно, то в этом случае необходимо разработать промежуточные цели (подцели) и изменения, которые позволят, в конечном итоге, достигнуть нужной цели.

2. Преобразование это изменение состояния, а объект воздействия – операнд.

3. Преобразование является искусственным процессом, в котором требуемое изменение достигается путем целенаправленного использования природных явлений.

4. Неудовлетворительное исходное состояние операнда и потребность в достижении цели вызывает необходимость преобразования.

5. В качестве операндов процессов преобразований могут служить биологические системы, материя, энергия и информация.

6. С помощью технологии выполняется преобразование. Для выполнения некоторого преобразования могут быть разработаны разные технологии, основанные на различных принципах.

7. Преобразования реализуются некоторыми действиями. Таким образом, действия – это средства осуществления преобразований.

8. С помощью трех систем-операторов: людей, технических систем и реального окружения осуществляются действия.

9. Система преобразований – это некоторое отношение на множестве всех участвующих в преобразовании элементов. Общая модель такой системы представлена на рис. 2.1.

10. Действие или цепочка действий предназначены для превращения входа оператора в выход системы преобразований.

11. Между действием (причина) и преобразованием (следствие) существуют причинно-следственные отношения.

Контрольные вопросы:

1. Каковы основные понятия системы преобразований?

2. Что такое модель системы преобразований?

3. какие бывают элементы системы преобразований?

4. Что такое операнд?

5. Что такое технический процесс?

6. Что такое система преобразований?

3 КОНЦЕПЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Теория технических систем определяет, что структура объекта однозначно определяет его функционирование, однако одна и та же функция может быть реализована различными структурами.

Это обстоятельство указывает на необходимость формирования такой структуры системы, которая обеспечила бы высокую степень адаптации путем приспособления структуры системы к изменяющимся условиям.

Концепцию проектирования технических систем будем рассматривать применительно к машиностроительной отрасли.

Важнейшей тенденцией развития современного машиностроения является постепенный переход от применения набора технологических машин к использованию автоматических машинных систем.

В массовом производстве уже получили широкое распространение автоматические линии из агрегатных станков и станков-автоматов. В мелкосерийном же производстве переход к станочным системам стал возможен лишь в последние годы, благодаря развитию средств вычислительной техники и появлению класса управляющих ЭВМ. Автоматическая станочная система, в которой объединены станки с ЧПУ, транспортно-складские устройства и управление от ЭВМ обладает высокой гибкостью. Необходимой для обработки широкой номенклатуры деталей при частой их сменяемости. Использование автоматических станочных систем существенно повышает производительность труда в мелкосерийном производстве (в 3-5 раз по сравнению с производительностью при использовании универсальных станков), качество продукции и сокращает затраты труда. Принципы автоматизации переналадки станков на новую деталь стали распространяться и на крупносерийное производство путем автоматической замены комплектов режущего инструмента и оснастки, что также снижает затраты ручного труда и повышает производительность.

Необходимым условием создания технической системы является повышение эффективности производства, которое можно оценить по выражению:

, (3.1)

где М – параметр производительности;