Класифікація методів інженерної творчості

ТЕОРІЯ ТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ

 

 

Ч. І

 

 

 

Зміст

Позначення...........................................................................................................5

Вступ.....................................................................................................................6

1. Історія виникнення та розвитку дисципліни, мета, задачі та структура

курсу, зв’язок з іншими дисциплінами.............................................................7

2. Основні поняття.............................................................................................14

3. Система перетворень та її елементи............................................................20

4. Технічні процеси...........................................................................................23

4.1. Модель технічного процесу..................................................................23

4.2. Елементи технічного процесу...............................................................26

4.3. Параметри та ефективність технічного процесу.................................29

4.4. Представлення технічних процесів......................................................31

4.5. Типові задачі, пов’язані із технічними процесами.............................31

4.6. Класифікації технічних процесів..........................................................34

5. Технічні об’єкти............................................................................................35

5.1. Визначення технічних об’єктів.............................................................35

5.2. Загальна модель технічних об’єктів.....................................................37

5.3. Моделі конкретних технічних об’єктів................................................39

5.3.1. Функціональні структури технічних об’єктів..........................39

5.3.2. Принципові схеми технічних об’єктів......................................44

5.3.3. Конструктивні схеми технічних об’єктів..................................47

5.3.4. Порівняння моделей технічних об’єктів та їх перетворення..49

5.4. Межа технічних об’єктів.......................................................................51

5.5. Зовнішні системи та елементи, навколишнє середовище технічних

об’єктів...........................................................................................................51

6. Класифікації технічних об’єктів..................................................................52

6.1. Класифікація технічних об’єктів за виконуваною функцією............53

6.2. Класифікація технічних об’єктів за принципом дії............................54

6.3. Класифікація технічних об’єктів за рівнем складності......................54

6.4. Класифікація технічних об’єктів за способом виготовлення............55

6.5. Класифікація технічних об’єктів за ступенем конструктивної

складності.......................................................................................................55

6.6. Класифікація технічних об’єктів за ступенем стандартизації та

походженням..................................................................................................56

6.7. Класифікація технічних об’єктів за ступенем оригінальності

конструкції.....................................................................................................57

6.8. Класифікація технічних об’єктів за типом виробництва...................58

6.9. Класифікація технічних об’єктів за типом перетворення..................59

7. Параметри технічних об’єктів......................................................................60

7.1. Класифікації параметрів технічних об’єктів.......................................61

7.1.1. Класифікація параметрів технічних об’єктів за способом їх

визначення.............................................................................................61

7.1.2. Класифікація параметрів технічних об’єктів за їх місцем у

причинних зв’язках...............................................................................61

7.1.3. Класифікація параметрів технічних об’єктів за можливістю

їх кількісного визначення.....................................................................62

7.1.4. Класифікація параметрів технічних об’єктів за ступенем

важливості..............................................................................................62

7.1.5. Класифікація параметрів технічних об’єктів за їх фізичною

природою................................................................................................62

7.1.6. Класифікація параметрів технічних об’єктів, пов’язана із їх

створенням та використанням.............................................................63

7.2. Зв’язки між параметрами технічних об’єктів......................................84

7.3. Визначення параметрів технічних об’єктів та їх взаємозв’язків.......84

7.4. Складання переліку параметрів заданих технічних об’єктів.............87

7.5. Реалізація параметрів технічних об’єктів............................................89

8. Оцінювання технічних систем.....................................................................92

9. Представлення технічних систем................................................................96

10. Етапи створення та використання технічних систем...............................97

10.1. Стадії створення та використання технічних систем серійного

виробництва.................................................................................................98

10.2. Стадії створення та використання технічних систем одиничного

виробництва...............................................................................................105

10.3. Стадії створення та використання технічних систем четвертого

рівня складності.........................................................................................106

10.4. Часова послідовність стадій створення та використання технічних

систем.........................................................................................................107

10.5. Розподілення стадій і операцій між виконавцями........................108

11. Еволюція технічних систем…………………………………………......111

11.1. Закономірності еволюції технічних систем……………………...111

11.1.1. Підвищення технічного рівня систем в часі…...................111

11.1.2. Еволюція попиту на технічні системи................................114

11.1.3. Фактори еволюційного процесу..........................................114

11.1.4. Організація і обсяг науково-дослідних та дослідно-

конструкторських робіт....................................................................116

11.2. Тенденції технічного розвитку.......................................................117

11.3. Керування процесом технічного розвитку.....................................121

11.4. Мотивація досліджень та розробок................................................122

12. Спеціальні теорії технічних систем...................................................123

Література........................................................................................................124

Позначення

в – внутрішній вплив;

В – множина внутрішніх впливів системи;

в_з.вх, в_з.вих - зовнішні вхідний та вихідний впливи системи;

в_з.п.вх, в_з.п.вих – зовнішні побічні вхідний та вихідний впливи;

В_з.п.вх, В_з.п.вих - загальні зовнішні побічні вхідний та вихідний впливи;

в_п – внутрішній побічний вплив;

В_п – загальний внутрішній побічний вплив;

В_з.вх, В_з.вих - загальні зовнішні вхідний та вихідний впливи;

е_з.б – зовнішній елемент безпосереднього впливу;

Ен – енергетичний потік;

І – інформаційний потік;

ІТ – інженерна творчість;

КС – конструктивна схема (конструктивні схеми);

Л – людина;

S Л – множина людей як елемент системи перетворень;

М – матеріальний потік;

НС – навколишнє середовище;

о – об’єкт впливу;

Ор – операція (операції) технічного процесу;

п – параметр системи;

ПП – процес перетворення (процеси перетворень);

ПС – принципова схема (принципові схеми);

С – система (системи);

С_з.б – зовнішня система безпосереднього впливу;

Сн – стан системи;

Сн_вх, Сн_{в и х} – вхідний та вихідний стани;

СП – система (системи) перетворень;

Стр – структура (структури) системи;

ТЗ – технічне завдання на розробку;

ТО – технічний об’єкт (технічні об’єкти);

ТП – технічний процес (технічні процеси);

ТпП – технічний підпроцес (технічні підпроцеси);

ТР  - технічний розв’язок (технічні розв’язки);

ТС – технічна система (технічні системи);

S ТС – множина технічних систем як елемент системи перетворень;

ТпС – технічна підсистема (технічні підсистеми);

ТТС – теорія технічних систем;

ф – внутрішня функція (внутрішні функції) системи;

Ф – зовнішня функція системи;

ФС – функціональна структура (функціональні структури).

Вступ

Навчальний посібник відповідає робочій програмі дисципліни “Теорія технічних систем”, що вивчається студентами спеціальностей 7.090202 – “Технологія машинобудування”, 7.090203 – “Металорізальні верстати та системи”, 7.090258 – “Автомобілі та автомобільне господарство”.

Вивчення дисципліни дає студентам загальне уявлення про галузь техніки, в якій вони будуть працювати, виявляє її взаємозв’язки з іншими галузями та навколишнім світом, що сприяє формуванню гармонійно розвиненого фахівця. В курсі теорії технічних систем з високим ступенем узагальнення викладаються всі основні аспекти системного підходу і дається інструмент для орієнтування в будь-якій спеціальній області техніки. Теорія дозволяє ув’язати між собою різні навчальні курси і пояснити мету їх вивчення. Такий підхід буде забезпечувати краще розуміння зв’язків між окремими елементами системи навчання і змісту багатьох підручників.

Теорія робить для студента зрозумілою всю систему навчання і прояснює місце окремих дисциплін, наприклад, термодинаміки як спеціальної теорії процесів в теплових машинах (окремому типі технічних систем) або теорії опору матеріалів як загального вчення про міцність – один з параметрів систем. В курсі дається системний огляд спеціальної проблематики, завдяки чому легше виявляються пробіли, які необхідно ліквідувати при повторенні навчального матеріалу, а взаємозв’язки між дисциплінами висуваються на передній план. Більш того, включення даної дисципліни в загальний курс інженерного навчання дозволяє пояснити і довести до свідомості всіх, в тому числі і не спеціалістів, суть техніки як одного з основних елементів ноосфери, що створений і використовується людиною.

Завдяки застосуванню теорії стає більш глибоким розуміння історії інженерної діяльності, а також процесу розвитку технічних систем, оскільки на теоретичному та практичному рівні усвідомлюється залежність їх конструктивних параметрів від факторів навколишнього середовища.

Таким чином, дисципліна може служити: базою знань для розробки нових технічних систем, навчань про конструкції; вихідним пунктом для спеціальних теорій; основою для застосування комп’ютерної техніки (алгоритмів, систем банків даних і банків знань); керівництвом для системи навчання; з’єднувальною ланкою для фахівців різного профілю; базою для систематичних досліджень в сфері історії інженерної діяльності.

На закінчення можна сказати, що теорія технічних систем є відображенням сучасного розвитку техніки і являє собою один з проявів розуміння інженерами своєї ролі в сучасному суспільстві.

В перший частині навчального посібника містяться матеріали лекційного курсу: історія виникнення та розвитку дисципліни, її мета, задачі і структура, розглядаються зв’язки з іншими дисциплінами, система понять, система перетворень, технічні процеси та об’єкти, їх класифікації та параметри, основи оцінювання та представлення технічних систем, етапи їх створення та використання, еволюція систем і спеціальні теорії.

 1. Історія виникнення та розвитку дисципліни, мета, задачі та

структура курсу, зв’язок з іншими дисциплінами

Виникнення і розвиток теорії технічних систем (ТТС) мають, в першу чергу, чисто наукові причини, але, разом із тим, обумовлені потребами практики. Розглянемо дані передумови більш детально.

Наукові основи

Однією з найцінніших якостей людини є здатність у процесі пізнання виділяти головне й істотне, залишаючи при цьому без уваги несуттєві чи випадкові ознаки. Це необхідно для правильного і глибокого розуміння об’єкта пізнання. Метод абстрагування допомагав людству одержувати й упорядковувати знання в будь-якій галузі своєї діяльності і тим самим сприяв виникненню і розвитку окремих наук, в тому числі і ТТС, яка поєднала у собі всі основні загальні положення, що стосуються технічних систем різного призначення.

Проте, і дотепер для рішення тієї чи іншої проблеми не завжди є відповідна теорія. В історії техніки знайдеться чимало прикладів того, як практика випереджала теорію, а розвиток теорії згодом дозволяв поліпшувати досягнуті практичні результати.

Повчально простежити, як у процесі розвитку цивілізації мінялися уявлення людей про машини. У середні віки було прийнято розглядати машину як деякий суцільний пристрій, що складається з тільки йому приналежних та властивих частин. Так, коли наводився опис млина необхідно було одразу вказати тип досліджуваного зразка (чи водяний то млин, чи вітряк). Для позначення деяких машин не було спеціальних термінів. Наприклад, у Рамеллі в праці, опублікованій в 1588 р. описується пристрій, відомий у теперішній час як поршневий насос, однак сам термін “насос” у праці ще відсутній.

На більш передових позиціях в той час стояв видатний учений та винахідних Леонардо да Вінчі (1452 - 1519 рр.). Нажаль його наукові роботи залишились неопублікованими і впливу на розвиток учення про машини і механізми не зробили. Да Вінчі розглядав елементи і частини машин як загальні для ряду однотипових зразків і займався їх дослідженням. У працях “Мадридський кодекс”, ч. I і II він сформулював два цікавих постулати про машини:

- книгу про суть машин необхідно писати, як книгу про їх застосування;

- механізми суть рай для математичних наук, вони здійснюють на математику плідний вплив.

Тільки з появою перших технічних шкіл (у Парижі в 1794 р. і в Празі в 1806 р.) починається процес упорядкування теорії механізмів в рамках загального учення про машини (Монж, Карно, Ашетт, Ланс). Вводяться 10, а пізніше - 21 клас механізмів, призначених для перетворення руху. У Борні в 1818 р. мова йде вже про необхідність розрізняти 6 класів основних частин машини, що групуються не за принципом перетворення руху, а за їх функціями. Дану ідею запозичають і розробляють Коріоліс і Понселе. Вони розрізняють у машинах три основні частини: рецептор, передавальний механізм і інструмент. У подальшому їх концепція була розвинена засновниками навчання про механізми, в тому числі і А.М. Ампером.

Лише у XIX сторіччі після створення великого числа різних машин було проведено систематичне дослідження їх елементів та механізмів, що дозволило, ґрунтуючись на реальних надійних конструкціях, вести пошук закономірностей, які лежать в основі машин. На той час поряд з машинами, що застосовувалися у військовій та гірничій справах, а також гідроенергетичних машин, існували прядильні, ткацькі та металооброблювальні верстати, друкарські та підйомні машини. Розроблялися нові типи двигунів: парова машина, парова та газова турбіни, гідравлічні та електричний двигуни, двигун внутрішнього згоряння. Важливою проблемою, пов’язаною з механікою і, насамперед, з теорією міцності, стало визначення оптимальних розмірів механізмів та їх елементів. Ф. Рело (1829 - 1905рр.) бачив основу для виявлення загальних принципів роботи машин у прикладній механіці і, зокрема, у кінематиці.

Саме Рело в 1874 р. у своїй роботі „Теоретична кінематика”, опираючись на дослідження Редтенбахера (1809 - 1869 рр.), зробив першу спробу створення загальної теорії механізмів і машин. Далі вона розвивається в роботах Р. Вілліса і П.Л. Чебишева, а у ХХ в. – остаточно сформована в роботах І.І. Артоболевського [1]. У наш час теорія механізмів і машин містить три основні частини: синтез механізмів, динаміка машин, теорія автоматів.

З практичних міркувань усі питання, пов’язані з проектуванням, виробництвом і експлуатацією машин різного призначення розв’язувалися окремо в рамках кожної галузі. Внаслідок цього виникли відокремлені одна від одної сфери знань і професій, в яких професійне навчання повинне було доповнюватися багаторічним досвідом. Причина цього полягала у відсутності загальної теорії, а також відповідної системи збирання інформації і класифікації нових технічних пристроїв і технологій.

Таке положення було можливим і прийнятним тільки на етапі промислової революції (кінець ХVІІІ – початок ХІХ вв.), коли здійснювався перехід від ручних форм виробництва до машинних. Зростаюче промислове виробництво, різні кризові ситуації (особливо друга світова війна), сировинні й екологічні проблеми, що виникли в ході науково-технічної революції (ХХ в.), - усе це вимагало нового підходу і загальної теорії систематизації машин. Створення нових технічних систем (ТС), поряд з підвищенням вимог до них, розробка нових способів розв’язання задач (наприклад, за допомогою комп’ютерної техніки), обумовлюють необхідність перегляду методів вивчення ТС.

Доводиться тільки дивуватися відсутності протягом такого довгого часу загальної теорії для технічних об’єктів (ТО) - інструментів, приладів, машин та технічних процесів (ТП) – операцій, підпроцесів та процесів створення та експлуатації ТО, тоді як в інших сферах знання об’єкти дослідження (наприклад, мінерали, тварини, рослини) вже давно вивчаються й упорядковуються в строгих рамках єдиної системи.

Загальна теоретична основа ТС почала формуватись після другої світової війни, спочатку у вигляді окремих положень в рамках декількох тематично пов’язаних між собою досліджень Вегербауера і Кессельрінга, а пізніше в більш інтегрованій формі в роботах Госслінга [2], Рота [3], Хубки [4], Хансена [5], Pополя [6], Йошикави [7].

З цього часу ТТС отримала визнання як основа і джерело інформації для декількох суміжних сфер знання. Зокрема, на неї опирається теорія конструювання.

Практичні основи

Історія розвитку людства це разом зі всім іншим ще і історія створення і удосконалення виробів і технологій. Біля мільйону років тому людина почала виготовляти кам’яні знаряддя праці, 100 тис. років тому з’явилась технологія видобування і використання вогню, 10 тис. років назад – лук і стріли з кремнієвими наконечниками. Пізніше були створені візок на колесах, технологія виплавлення бронзи, водяне колесо, токарний верстат, парова машина, пластмаси, телебачення, обчислювальні машини, космічні апарати, штучне серце, лазерні і біотехнології, а також багато інших ТО і ТП, що є результатом інженерної творчості (ІТ) людства. У наш час у розвинених країнах номенклатура виробів, що випускаються перевищує 20 млн. найменувань.

Якщо говорити в цілому про історію ІТ, то перш за все викликають дивування темпи збільшення числа класів ТО та підвищення їх складності, які ілюструються табл. 1.1, де під класом розуміються ТО, що мають аналогічні або дуже близькі функції (наприклад, клас молотків, напилків, металорізальних верстатів, легкових автомобілів).

 

Таблиця 1.1

Зростання числа і складності ТО

Час	Наближене число класів ТО	Середнє число різних деталей в найбільш складних ТО
100000 р. тому	5	1
10000 р. тому	50	10
1000 р. тому	1000	100
Наш час	50000	10000

Разом з тим, у останні десятиріччя збільшується число фізико-технічних ефектів, що використовуються у ТС, розширюється номенклатура матеріалів і комплектуючих, зростають обсяги патентної та науково-технічної інформації, скорочується час, що виділяється на створення нових ТС.

Відмічені тенденції привели до того, що починаючи з 50-х рр. ХХ в. середня сумарна трудомісткість робіт ІТ збільшується через кожні 10 років у десять разів (при умові збереження якості розробок). По суті даний процес являє собою вибухоподібне зростання обсягів робіт, що не припиняється. Необхідно також зауважити, що темпи нарощування кадрового потенціалу менш значні (табл. 1.2).

 

Таблиця 1.2

Відносне зростання обсягів робіт та кадрового потенціалу ІТ

Параметри порівняння	Роки
	1950	1960	1970	1980	1990
Зростання обсягів робіт з ІТ	1	10	100	1000	10000
Зростання кадрового потенціалу	1	3	9	20	20

До цього треба додати, що серед всіх інженерів, техніків і робітників, які не вчились методам ІТ спроможні створювати нову ефективну техніку складають лише 20%, тобто абсолютне зростання кадрового потенціалу відповідно із наведеними даними слід помножити на коефіцієнт 0,1 – 0,2.

Невідповідність між збільшенням обсягів робіт та підвищенням кадрового потенціалу фахівців приводить до можливості зниження якості розроблюваних ТС. Останнім часом при створенні нових ТО і ТП широко застосовується комп’ютерна техніка, що дозволяє суттєво прискорити розв’язання задач ІТ, проаналізувати значно більшу кількість прототипів і більш обґрунтовано обрати найкращий варіант. Однак і це цілком не знімає гостроту проблем.

Задачі ІТ виявляються ще більш трудомісткими, якщо врахувати їх специфіку у порівнянні із так званими чітко визначеними інженерними задачами (обчислення об’єму тіла складної конфігурації, розрахунок вала на міцність, визначення параметрів редуктора, вибір технологічного обладнання і т.д.). У табл. 1.3. проведено порівняння вказаних задач за рядом показників.

 

Таблиця 1.3

Відмінності чітко визначених і творчих інженерних задач

Показники порівняння задач	Інженерні задачі
	чітко визначені	творчі
Постановка задачі	Є	Як правило відсутня
Метод (спосіб) розв’язання	Як правило вказаний	Не вказаний
Навчальний приклад	Є	Відсутній
Результат розв’язання	Однозначний і відомий викладачу	Багатозначний і невідомий викладачу

Все вищевикладене дозволяє сформулювати мету і задачі ТТС.

Мета курсу

Метою дисципліни є приведення всіх наявних знань з об’єкта теорії - ТС в єдиний комплекс понять, визначень та положень, ґрунтуючись на їх структурі, параметрах, закономірностях створення і використання, а ні на окремих емпіричних даних.

Задачі курсу

До основних задач ТТС можна віднести:

1. Створення доцільної системи понять, яка дозволить зрозуміти їх значення без додаткових пояснень і виводити з них інші поняття.

2. Навчання навичкам постановки і розв’язання на сучасному науково-технічному рівні задач розробки нових, більш ефективних машин, приладів, технологічного обладнання і технологій, задач реконструкції і модернізації існуючих ТС, задач з економії трудових ресурсів, сировини, матеріалів і енергії.

3. Підготовка до оволодіння інтенсивною технологією ІТ, яка основана на використанні відповідних методів, спеціально підготовленої інформації та комп’ютерної техніки.

Структура теорії

 Структура дисципліни включає основні положення щодо:

- системи понять;

- системи перетворень (СП);

- ТП як елемента СП;

- ТО як елемента СП;

- призначення ТС;

- структури ТС;

- параметрів ТС;

- оцінювання ТС;

- стадій створення і використання ТС;

- еволюції ТС;

- систематики (типів, класів, видів ТС).

Види теорії

 Залежно від сфери використання розрізняють:

- загальну ТТС, яка справедлива для всіх ТС;

- спеціальні теорії, що конкретизують загальну ТТС для окремих типів, класів і видів ТС.

Структура спеціальних теорій може також бути ієрархічною, наприклад: теорія верстатів → теорія металорізальних верстатів → теорія токарних верстатів → теорія токарно-гвинторізних верстатів. Особливе положення займають спеціальні теорії, які застосовуються в ряді галузей техніки, наприклад: теорія механізмів і машин, теорія деталей машин.

Множина

Множина – це сукупність реальних або уявних процесів або об’єктів – елементів (е) множини. За кількістю елементів розрізняють скінченні і нескінченні множини. Якщо е — елемент множини М, то записують: е Î М. Дві множини М і N еквівалентні, якщо кожному елементу множини М точно відповідає елемент множини N і навпаки. Якщо всі елементи множини N містяться в М, то N — підмножина М: N Ì М. Тоді сукупність всіх елементів М неналежних N називається доповненням множини N. Об’єднання М N — це множина, яка складається зі всіх елементів М і N. Перехрещення М N – множина, що містить елементи, які одночасно належать як М, так і N.

 

Система

Системою (С) ми називаємо сукупність, утворену і упорядковану за певними правилами зі скінченної множини елементів, які можуть впливати один на одного (пов’язані внутрішніми впливами). Відомі також системи, між елементами яких відсутні впливи.

Розрізняють системи типу “процес” (елементами є операції) і системи типу “об’єкт” (елементами є реальні об’єкти).

Внутрішні впливи (в) між елементами системи являють собою зв’язки матеріального (М), енергетичного (Е н) або інформаційного (І) характеру. Інші більш складні впливи можуть бути подані комбінаціями трьох вказаних простих.

Елемент і система є відносними поняттями. В залежності від того, відносно чого розглядається об’єкт або процес, він може бути системою (для об’єктів або процесів нижчого рівня складності), або елементом в системі вищого рівня складності. Наприклад, коробка швидкостей є системою для валів і зубчастих коліс, з яких вона складається. Однак ця ж коробка в системі металорізального верстата розглядається як елемент. Інколи системи вищого і нижчого рівня складності називають над- і підсистемами (ТпС).

Користуючись положеннями ТТС можна досліджувати як найпростіші (атоми), так і найскладніші системи (космічні апарати, міжгалузеві підприємства). Залежно від рівня складності систем визначаються профіль та кваліфікація фахівців, яких необхідно залучити для їх розробок та дослідження (фізиків–ядерників, конструкторів металорізальних верстатів або проектувальників заводів.

З поняттям “система” пов’язані такі похідні поняття як призначення, функціонування, структура, зовнішні системи і елементи, зовнішні впливи, параметри і стан системи.

Призначення системи

Призначення системи це виконання її зовнішньої (загальної) функції (Ф). Зовнішню функцію системи можна подати множиною внутрішніх функцій (ф) або функцій елементів, що містяться в її складі:

 

                                  Ф = {ф₁, ф₂,..., ф _n },                                       

 

де n – число елементів системи.

Як внутрішню функцію кожного елемента системи, так і зовнішню функцію системи в цілому математично можна описати як

 

                                      Ф = (В; О; У),                                                   

 

де В – загальний внутрішній вплив, який необхідно реалізувати для виконання заданої функції Ф; О – об’єкт, на який спрямований вплив В; У – умови та обмеження, що накладаються на реалізацію впливу В. Опис функції системи може бути якісним (у словесній формі або у формалізованому вигляді) або кількісним (додатково охарактеризованим кількісними параметрами).

 

Функціонування системи

Функціонування може бути визначено як множина послідовних в часі робочих станів системи (див. нижче) або як стабільна спроможність до реалізації заданих послідовних впливів на об’єкт при визначених умовах та обмеженнях. Метою створення системи є задана модель її функціонування.

 

Структура системи

Структура (Стр) системи є об’єднанням множини її елементів Е = {е₁, е₂,..., е _n } і множини внутрішніх впливів між ними В = {в₁, в₂,..., в _m }, тобто, Стр = {Е, В}. Структури деяких систем можна розділити на декілька структур різного типу нижчого рівня складності. Наприклад, структура металорізального верстата містить кінематичну, електричну, електронну, гідравлічну та пневматичну підструктури (підсистеми).

 

Зовнішні системи і елементи

Теоретично множина зовнішніх систем і елементів для даної конкретної системи включає всі процеси та об’єкти, які не входять в множину її елементів (доповнення множини елементів системи до загальної множини процесів та об’єктів всесвіту). Однак інтерес при вивченні тієї чи іншої системи представляють зовнішні системи та елементи, які безпосередньо впливають на її елементи (пов’язані з ними потоками матерії, енергії або інформації) або ті на які безпосередньо впливають елементи системи, що розглядається. Подібні елементи та їх сукупності називаються зовнішніми елементами і системами безпосереднього впливу (е_з.б) і(С_з.б).

 

Зовнішні впливи системи

Під вхідними зовнішніми впливами (в_з.вх) розуміють потоки матерії, енергії або інформаційних сигналів спрямовані від зовнішніх систем і елементів безпосереднього впливу до елементів системи, яка розглядається.

Вихідними зовнішніми впливами (в_з.вих) системи є потоки матерії, енергії або інформації в напрямку від її елементів до зовнішніх систем і елементів безпосереднього впливу.

Загальні зовнішні вхідний (В_з.вх) та вихідний (В_з.вих) впливи являють собою множини відповідно всіх вхідних та вихідних зовнішніх впливів системи.

За наявністю або відсутністю зовнішніх впливів, системи класифікують на відкриті (мають хоча б один вхідний або вихідний зовнішній вплив) та закриті (не мають зовнішніх впливів).

Вхідні та вихідні зовнішні впливи можуть мати передбачуваний і непередбачуваний, позитивний і негативний характер.

 

Стан системи

Множину параметрів системи з їх чисельними значеннями у певний момент часу називають станом (Сн) системи. В залежності від того, які параметри обрані і в якій кількості, розрізняють стани: окремий (проміжний, вхідний або вихідний) – сукупність параметрів системи у момент завершення того чи іншого етапу її функціонування; узагальнений – залежності зміни основних параметрів системи протягом всього періоду її функціонування; сукупний – чисельні значення параметрів системи в процесі її функціонування через певні проміжки часу. Стан може залишатись незмінним або змінюватись за диференціальним (постійна зміна) або дискретним (з проміжками незмінного стану) законами. В свою чергу, диференціальна зміна може мати лінійний або нелінійний характер.

 

Модель системи

Модель, подана на рис. 2.1 наочно ілюструє наведені вище означення та їх взаємозв’язки.

 

Стани технічних об’єктів

Протягом всього терміну існування, починаючі від розробки і до ліквідації технічний об’єкт проходить ряд типових станів (Сн), які визначаються його параметрами. Для правильного опису ТО в той чи інший момент циклу життя необхідно обов’язково вказати його Сн, який дозволяє установити склад СП. В табл. 5.1. дані назви та характеристики основних станів ТО.

 

Таблиця 5.1

Стани ТО

Найменування Сн	Характеристика Сн
1. Розробка	Багатоваріантний аналіз, попередні дослідження, розробка схем, моделювання, теоретичні дослідження, розрахунки, підготовка конструкторської документації
2. Виготовлення	Підготовка виробництва, виготовлення та контроль складових елементів
3. Монтаж	Складання ТО, попередня перевірка
4. Демонтаж	Розбирання на складові елементи для технічного обслуговування, ремонту, транспортування, консервації, або ліквідації
5. Випробовування	Перевірка ТО на робочих та граничних режимах, визначення фактичних параметрів, порівняння їх із заданими, визначення заходів з удосконалення ТО
6. Зберігання	Консервація та відправка на склад
7. Транспортування	Зміна місцеположення для передачі від виробника споживачу, проведення ремонту або ліквідації
8. Експлуатація	Використання за основним призначенням
9. Простій	Перерви у використанні, обумовлені проведенням заходів з технічного обслуговування і ремонту, або відсутністю елементів ТО, що потрібні для його нормальної експлуатації
10. Зміна призначення або ліквідація	Використання ТО в якості макету або виставочного експонату; розділення у брухт

 

5.2. Загальна модель технічних об’єктів

Загальна модель ТО (рис. 5.1) може бути створена на основі моделі СП (див. рис. 3.1) та моделі ТП (див. рис. 4.1). Як елемент системи перетворень ТО пов’язаний: із об’єктом впливу (призначення ТО реалізується за рахунок впливів на об’єкт, в  результаті  чого  змінюється  його стан   (Сн_вх → Сн_вих); із людьми (у виробничому процесі до множини  (S Л можуть відноситись робітники, наладчики, майстри); із технічними процесамита іншими технічними об’єктами; із навколишнім середовищем. Впливи між елементами ТО являють собою потоки матерії (М), енергії (Ен) або інформації (І) і можуть мати бажаний або небажаний характер (побічні впливи - в_з.п.вих).

5.3. Моделі конкретних технічних об’єктів

В залежності від ступеня абстрактності (повноти) – числа ознак та параметрів, що враховуються – модель того чи іншого ТО може бути представлена у вигляді функціональної структури (ФС), принципової (ПС) або конструктивної (КС) схем. Дані моделі розробляються на відповідних стадіях створення ТО (див. розд. 10.1) і в загальному випадку визначають його призначення, функціонування структуру та стан.

Слід одразу сказати, що можливості символьного представлення ТО не вичерпуються трьома названими видами моделей. Теоретично їх може бути нескінченне число, однак саме ці три види використовуються для розв’язання конкретних інженерних задач з розробки та удосконалення ТО, для них визначені свої норми і стандарти. Моделі ієрархічно пов’язані між собою, що дозволяє чітко організувати процес проектування ТО, підвищити його продуктивність та результативність.

На рис. 5.2. наведений приклад трьох видів моделей слюсарних лещат.