Зв’язок теорії технічних систем з іншими дисциплінами

Окрім фундаментальних (математика, фізика, хімія, біологія), ТТС пов’язана з рядом загально-інженерних та спеціальних дисциплін (опір матеріалів, теоретична механіка, матеріалознавство, теорія механізмів і машин, деталі машин і іншими).

Наприклад, при вивченні САПР можуть використовуватись деякі методи або прийоми ТТС і навпаки. В обох курсах широко застосовується загальне програмне забезпечення.

В курсі „Автоматизовані банки даних і банки знань” вивчаються методи підготовки та використання блоків з інформацією щодо ТС різного призначення, які можуть служити вихідними даними при розв’язанні задач ІТ.

Якщо спроектована ТС не має аналогів, то для її засвоєння на виробництві необхідно здійснити такі стадії: математичного моделювання (для визначення робочих параметрів ТС), створення дослідного зразка (для проведення експериментів і перевірки теорії), а також розробки методики проектного розрахунку (для обчислення оптимальних конструктивних параметрів). Вказані стадії проектування ТС розглядаються в курсі дисципліни „Основи науково-дослідної роботи студентів”. В ньому ж вивчається послідовність подання заявки на видачу патенту, дається поняття про світовий сучасний науково-технічний рівень, а також патентно-ліцензійну комерційну діяльність.

2. Основні поняття

Звичайно для формулювання власних думок люди користуються словами і словосполученнями, що обирають інтуїтивно, на рівні підсвідомості. Однак такий інтуїтивний підхід є непридатним для формування теорії та методик розв’язання задач наукової дисципліни (в тому числі і ТТС) у зв’язку із тим, що приводить до непорозумінь і втрат важливої інформації. Тому, для основних понять, а також для їх визначень рекомендується використовувати загальну наукову термінологію, що вже склалась протягом останніх трьох сторіч.

В основу теоретичних положень фундаментальних та загальноінженерних дисциплін покладені по-більшості спеціалізовані або вузькоспеціалізовані терміни (наприклад, “профіль повздовжнього перерізу”, “станина”, “карданний вал”), однак зустрічаються і слова взяті із мови загального використання, які отримали друге або третє, але вже наукове значення (наприклад, термін “бабка”).

Заради точності треба відмітити, що і в ряді фундаментальних дисциплін між вченими ще не досягнуто єдності з питання вибору термінів та формулювання означень. Це не дозволяє робити посилання на відповідні літературні джерела і змушує повторно розглядати деякі елементарні, але важливі поняття.

Ще одна термінологічна проблема пов’язана із відмінами значень одних і тих самих слів у різних мовах, або навпаки, із різним вимовлянням та написанням термінів, що застосовуються для одного поняття. Так, наприклад, німецький термін “Technik” (техніка) не збігається з англійським “technique” (методика, технічний прийом, обладнання), а німецьке слово “Konstrukteur” (конструктор, будівельник) є неадекватним відповідному англійському “designer” (конструктор, проектувальник).

У зв’язку із вищевикладеним, при формуванні понятійної основи ТТС були використані такі принципи:

- орієнтація в термінологічному плані, в першу чергу, на поняття фундаментальних дисциплін, які маються загальне визнання.

- максимально широке використання міжнародної термінології.

Крім того, для ряду понять будуть рекомендовані абревіатури та літерні символи, що, по-перше відповідає вимогам міжнародних стандартів і, по-друге, дозволяє скороти записи і витрати інженерної праці при розв’язанні задач.

Визначення понять буде здійснюватись в два етапи. Спочатку (в даному розділі) даються визначення найбільш важливих основних понять, що зустрічаються протягом усього курсу. Спеціальні поняття будуть розглядатись пізніше, в порядку обговорення відповідних тем. Для полегшення орієнтації основні поняття об’єднуються в групи за ключовим словом, наприклад групи “множина”, “система” і т.д. При цьому, кожна з груп вивчається у порядку черговості, який залежить від необхідності застосування того чи іншого ключового поняття у формулюваннях визначень групи. Наприклад, у визначенні ключового поняття “система” використовується інший ключовий термін “множина”. Отже, спочатку треба розглянути групу понять “множина”.

 

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).