Теория технических систем (стр. 1 )

Министерство образования и науки Украины

Государственное высшее учебное заведение

«Приазовский государственный технический университет»

Теория технических систем

Учебное пособие

для студентов заочной формы обучения

Мариуполь

2015

УДК 621.9.114

ББК 621.001.2(075.8)

И 20

Утверждено к печати Ученым советом ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет» как учебное пособие для студентов высших учебных заведений (протокол № 12 от 01.01.01 г.)

Рецензенты:

– Академик Транспортной академии Украины, доктор технических наук, профессор кафедры физики, теоретической механики и деталей машин Харьковского национального технического университета сельского хозяйства им. П. Василенка;

– доктор технических наук, профессор кафедры технических систем и технологии животноводства Харьковского национального технического университета сельского хозяйства им. П. Василенка;

– заведующий кафедрой металлорежущих станков и инструментов Приазовского государственного технического университета (г. Мариуполь) доктор технических наук, профессор.

И 20

Теория технических систем : учебное пособие для студентов заочной формы обучения / . – Мариуполь : ПГТУ,  2015. – 107 с. В учебном пособии рассмотрены основные понятия и определения технических систем, свойства систем, модели систем преобразований и концепции проектирования технических систем. Учитывая специфику машиностроительного производства в качестве примера рассмотрены разновидности станочных систем. Кроме этого рассмотрены основные принципы и задачи проектирования технических систем, методы и способы принятия решений и новые методы проектирования (дивергенция, трансформация, конвергенция). Работа подготовлена в целях ознакомления студентов с научным подходом проектирования технических систем. Предназначена для студентов направления подготовки 6.050502 «Инженерная механика», 6.050503 «Технологии машиностроения» всех форм обучения. УДК 621.9.114 ББК621.001.2(075.8)

ã Е. И. Иванов, 2015 ã ГВУЗ «ПГТУ», 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 6

1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ 9

1.1 Множество, система, назначение и функционирование систем 9

1.2 Структура системы, связь между структурой. 11

1.3 Окружение системы, вход и выход системы.. 11

1.4 Свойства систем и их оценки. 13

1.5 Состояние системы и ее возможная модель. 13

1.6 Типы систем и задач. 14

1.8 Типы и виды отношений. 18

1.9 Выводы.. 23

2 СИСТЕМА ПРЕОБРАЗОВАНИЙ.. 24

2.1 Общие понятия. 24

2.2 Модель системы преобразований. 25

2.3 Элементы системы преобразований. 27

2.4 Выводы.. 29

3 КОНЦЕПЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ 32

3.1 Номенклатура обрабатываемых деталей. 35

3.2 Разновидности станочных систем.. 41

3.2.1 Станки с числовым программным управлением.. 42

3.2.2 Многооперационные станки. 43

3.2.3 Гибкие станочные системы.. 45

3.2.4 Тактовые автоматические линии. 48

3.3 Разработка концепции технической системы.. 50

3.4 Выводы.. 52

4 ПРИНЦИПЫ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.. 54

4.1 Иерархические уровни описаний проектируемых объектов 54

4.1.1 Общая задача. Спроектировать автоматическую линию (АЛ) для механической обработки корпусных деталей. 55

4.1.2 Нерасчленимые задачи проектирования. 58

4.2 Составные части процесса проектирования. 59

4.2.1 Основные этапы проектирования. 60

4.2.2 Нисходящее и восходящее проектирование. 62

4.2.3 Внешнее и внутреннее проектирование. 63

4.2.4 Аспекты описаний проектируемых объектов. 64

4.2.5 Унификация проектных решений и процедур. 65

4.2.6 Виды описаний объектов и классификация их параметров 66

4.3 Требования к проектам новых Т-систем.. 67

4.4 Основы системного подхода в проектировании. 68

4.5 Выводы.. 72

5 МЕТОДЫ И СПОСОБЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ.. 74

5.1 Матрицы решений. 76

5.2 Таблицы принятия решений (таблицы соответствий) 78

5.3 Графы зависимостей. 80

5.4 Выводы.. 82

6 НОВЫЕ МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.. 83

6.1 Проектировщик как «черный ящик». 83

6.2 Проектировщик как «прозрачный ящик». 84

6.3 Проектировщик как самоорганизующаяся система. 86

6.4 Проектирование как трехступенчатый процесс. 87

6.4.1 Дивергенция. 87

6.4.2 Трансформация. 88

6.4.3 Конвергенция. 89

6.5 Методы исследования проектных ситуаций при создании технических систем (дивергенция). 90

6.5.1 Формулирование задач. 90

6.5.2 Поиск литературы.. 91

6.5.3 Выявление визуальных несоответствий. 92

6.5.4 Интервьюирование потребителей. 92

6.5.5 Анкетный опрос. 93

6.5.6 Исследование поведения потребителей. 94

6.5.7 Системные испытания. 94

6.5.8 Выбор шкал измерения. 95

6.5.9 Накопление и свертывание данных. 95

6.6 Методы поиска идей. 96

6.6.1 Мозговая атака. 96

6.6.2 Синектика. 97

6.6.3 Ликвидация тупиковых ситуаций. 97

6.6.4 Морфологические карты.. 97

6.7 Методы исследования структуры проблемы.. 98

6.7.1 Матрица взаимодействий. 98

6.7.2 Сеть взаимодействий. 98

6.7.3 Анализ взаимосвязанных областей решения (AIDA) 99

6.7.4 Трансформация системы.. 99

6.7.5 Проектирование нововведений путем смещения границ 100

6.7.6 Проектирование новых функций. 100

6.7.7 Определение элементов по Александеру. 101

6.7.8 Классификация проектной информации. 102

6.8 Методы оценки (конвергенция) 102

6.8.2 Выбор критериев. 103

6.8.3 Ранжирование и взвешивание. 103

6.8.4 Составление технического задания. 104

6.8.5 Индекс надежности по Квирку. 105

6.9 Выводы.. 105

Литература. 107

ВВЕДЕНИЕ

Решение проблем интенсивного развития экономики выдвинуло большое количество дополнительных инженерных задач, связанных с экономией трудовых ресурсов, сырья, материалов, энергии, а также с повышением производительности, качества и технического уровня изделий, сокращением ручной малоквалифицированной и монотонной работы, и т. п.

Поэтому для обозначения «абстрактной машины» целесообразно использовать термин «техническая система». В связи с этим данная книга получила название «Теория технических систем», а не «Теория машинных систем».

Техническая система в общем виде является совокупностью элементов и отношений (связей), которые образуют целостную структуру объекта.

Теория технических систем важна для создания общей картины в области техники и будет способствовать совершенствованию инженерных дисциплин, где она может и должна служить в качестве обобщающей теории.

Приведем еще несколько причин, по которым следует создать теорию технических систем и покажем некоторые преимущества объединения системных теорий.

1. Выявляя общие закономерности, справедливые для всех объектов техники, теория технических систем способствует перенесению профессионального опыта из одной области в другие.

2.  Разработка подхода к инженерной деятельности, не связанного с конкретным объектом техники и приемлемого во всех специальных областях, который позволит объединить все объекты техники в класс «технические системы». С помощью этого подхода можно изучать и разрабатывать методы конструирования технических систем вообще и систем определенного класса в частности.

3. Инженеры применяют научные методы там, где силы воображения и опыта недостаточно.

4. Теория технических систем использует системный подход, т. е. позволяет трактовать любую техническую проблему целостно. Такой подход является предпосылкой эффективного конструирования и успешного выполнения любых инженерных работ.

5. При использовании кибернетики облегчается формализация некоторых операций в процессе конструирования, поскольку широкое применение вычислительных устройств требует построения алгоритмов логических операций. Следовательно, теория технических систем связана с развитием автоматизированного проектирования.

6. При выполнении разбиения технических систем на классы, инженеры смогут получить базу для выявления большого количества способов осуществления определенной функции или определенного отношения. Таким способом создаются предпосылки для того, чтобы из множества всевозможных решений выбрать наилучшие. С практической точки зрения, необходимо создать каталог конструкций.

Теория технических систем ориентирует на конечную цепь и позволяет видеть взаимосвязи, понимать и применять целостность как принцип, а также распознавать в различных технических объектах существенные аналогии и отношения. Поэтому инженеры-конструкторы очень заинтересованы теорией технических систем.

Курс «Теория технических систем» является базовым для формирования у специалиста творческого потенциала, необходимого для самостоятельной постановки новых инженерных задач, решения задач поиска новых конструкторско-технологических решений, которые, в конечном счете, обеспечат повышение качества продукции, достижения светового уровня созданных объектов, всестороннее развитие и экономию ресурсов.

1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

1.1 Множество, система, назначение и функционирование систем

Множеством считается совокупность наблюдаемых или мыслимых объектов. Отдельные части множества называют элементами множества.

По числу элементов, входящих в множество, различают конечные и бесконечные множества. Принадлежность элемента Х множеству М записывают в таком виде ХМ.

Считается, что два множества М и N эквивалентны, если каждому элементу множества М точно соответствует элемент множества N. Обратное также верно.

Если все элементы множества N содержатся в множестве М, то говорят, что N – подмножество М и пишут NМ. Совокупность всех не принадлежащих N элементов М называют дополнением ко множеству N.

Объединение множества М и множества N (пишут так МN) – это множество, все элементы которого принадлежат одному из множеств, либо М, либо N. Пересечение МN – это множество, содержащее все элементы как множества М, так и множества N.