Системний підхід до дослідження технічних стистем

Системний підхід до дослідження технічних стистем

Системний підхід до дослідження технічного процесу

 

Людина і суспільство мають велику кількість потреб у залежності від цілей, які вони перед собою ставлять. Будь-яка потреба формується як сукупність вимог до об’єкту у сталому стані. Об’єкт розглядається як засіб досягнення мети. Якщо бажана мета не може бути досягнута безпосередньо, то з’являються проміжня ціль (підціль) і потреба змін, які дозволяють досягнути необхідну ціль (стан).

 

 

Модель технічного процесу

 

Узагальнений технічний процес визначає перетворення операнда без точної вказівки того, «чим», «хто», «коли» і «де» його виконує. Опис будь-якого технічного процесу повинен містить у собі відповіді на такі запитання:

а) що є операндом і які його стани (вихідний, кінцевий, проміжний)?

б) за допомогою яких перетворень(технології) досягається сукупність перетворення Od^1→ Od² у рамках існуючих умов – природних явищ, суспільних законів та інших обмежень?

в) якими діями (матеріального, енергетичного або інформаційного типу) можуть бути реалізовані часткові перетворення (хоча б у першому наближенні без деталізації)?

г) якими операторами виконуються окремі дії?

Передбачається, що бажаний стан є виходом (результатом) технічного процесу, для цього процесу необхідно визначити такі показники, які його характерними ознаками:

- кінцевий стан операнда;

- технологічний принцип;

- типи і послідовність операцій (дій), які відповідають вибраній технології;

- результат кожної операції;

- розподіл результатів по операціям, який відповідає постановці задачі і необхідному кінцевому результату.

 

 

Операнди і структура технічного процесу

 

 

Операцією (0) можна назвати елементарний процес, який відповідає одній робочій дії. Операція технічного процесу – це безперервна у часі частина процесу перетворення, яка виконується оператором або групою операторів, як незалежне завдання на одному робочому місці, та стосується тільки одного операнда.

Узгоджена сукупність операцій являє собою технологічний процес. Технологічний процес залежить від вимог до операнда й особливо від технічних засобів, якими реалізується процес. Технологія може удосконалюватися з часом у відповідності з процесом знання. Структура технічного процесу (ТР) залежить у першу чергу від технології й у загальному вигляді подана на рис. 2.6.

 

Рис.2.6 Структура технічного процесу

Дослідження технічних систем на основі системного підходу

 

Найбільш важливими елементами перетворень (поруч з людьми і реальним оточенням) є технічні системи TS, які виконують необхідні впливи на операнда Od (пасивний елемент системи, який може відноситься до однієї з категорій: людина, матерія, енергія, інформація, або до їх комбінації) у результаті чого здійснюються необхідні перетворення. Таким чином, технічні системи є засобом реалізації перетворень.

 

Сутність технічної системи

 

При розгляданні технічної системи необхідно перед усім визначити такі ключові характеристики як її призначення, спосіб дії та структура.

У причинно-механістичному сенсі будь-яка технічна система підпорядковується принципу причинності: кожне явище у технічній системі має одну або декілька причин й одночасно є причиною для низки інших явищ. Без причини ніщо не відбувається.

Встановлено, що при більш детальному розгляданні причина розкладається на три компоненти:

- обставини, при яких будь-що відбувається;

- внутрішні умови при яких здійснюється явище;

- привід, який є безпосередньо причиною.

“Дія” відбувається тоді і тільки тоді, коли існує “причина”. Поняття причинності сформульоване у результаті узагальненого досвіду людей і дослідженнях науки.

Виходячи з принципу причинності людина створює причинні системи (ланцюги дій) та саме причини, які повинні забезпечити необхідну дію у певний момент часу.

Такий процес розвитку від причин до наслідків для досягнення поставленої мети має місце при проектуванні та конструюванні технічних систем, які у сенсі причинності реалізують систему причин й здійснюють дію. При цьому повинні дотримуватися умови функціонування системи, у тому числі й умови реального оточення.

Технічні системи повинні реалізувати заплановані цілеспрямовані впливи на операнд технічного процесу.

Подібно до функціонування і призначення необхідно розрізняти технічні та цільові функції технічних систем. Технічна функція системи визначається як здатність перетворювати вхідні величини у вихідні, тоді як задачі технічної системи вірніше характеризувати цільовими функціями. Цільова функція знаходиться з технічною функцією у відношенні “ціль-засіб”.

“Зовнішні ” задачі системи визначаються її призначенням, а “внутрішні” – технічними функціями.

Взаємодія складових частин технічої системи таке, що реалізує внутрішній технічний процес і тим самим створює необхідну зовнішню дію.

Причинний ланцюг з перетворенням наслідків (виходів) у причини (входи) наступних операндів характеризує спосіб дій (спосіб функціонування) технічної системи. Внутрішні перетворення у технічні системі або описують внутрішніми функціями системи і тоді зображають призначення системи у вигляді її функціональної системи у вигляді її функціональної структури, або характеризують засобами (тобто виконавчими органами), що здійснюють такі функції, й тоді спосіб дій системи може бути поданий як її органоструктура.

Технічна система може бути створена тільки у тому випадку, якщо є можливість створити і бажаним чином об’єднати її складові частини. При цьому за допомогою структури повинні бути реалізовані (у можливо більш повній мірі) визначенні властивості, які забезпечують бажане функціонування системи. Розгляд технічних систем з точки зору структури призводять до понять структурних елементів і груп, що знаходяться між собою у визначених геометричних, механічних, енергетичних та інших відносинах. Структура являє собою як би “рентгенівський знімок” об’єкта.

У ході свого розвитку від виникнення та існування до ліквідації будь-яка технічна система проходить низку типових станів, обумовлених зміною складу системи перетворень.

Методів системного підходу

 

Технічні системи характеризуються низкою ознак. Першою ознакою можна вважати різноманітність елементів системи, які не мають аналогів у інших галузях.

Хоча різні технічні системи функціонують по різному, ціллю функціонування завжди залишається здійснення перетворення; у нормальних умовах воно детерміновано і ним можна керувати. У випадку пошкодження системи її функціонування порушується.

Усі численні та різноманітні властивості технічних систем можна класифікувати за різними категоріями.

Класифікація властивостей за способом їх установлення. Це зовнішні до них відносяться властивості, які визначають відносини системи з оточенням.

Внутрішні властивості визначають відношення між елементами системи та властивості цих елементів.

Класифікація властивостей за причинними зв’язками. Такими властивостями є вхідні впливи (причина) та функції (наслідки).

Класифікація за функціональною залежністю. До таких відносяться такі, що змінюються залежно, тобто знаходяться у функціональній залежності, та такі, які здійснюють тільки вплив на інші, незалежні змінні.

Класифікація властивостей за можливістю їх кількісного визначення.

Класифікація властивостей за їх значущістю.

Класифікація властивостей за їх фізичною суттю.

Найбільш суттєвого у наведеній вище класифікації властивостей, - розкриття відношень між ними. Класифікація властивостей за фізичною суттю.

Класифікація властивостей за необхідністю у конструкторській роботі.

Функція F (робоча функція системи) і дії W (допоміжна підготовча функція, функція управління і керування, функція узгодження). Основна (робоча) і допоміжна дії, що необхідна для виконання перетворень, здійснюються шляхом взаємодії людини і технічної системи. Технічна система TS у теперішній час виконує більшу частину таких дій. Людина залишає за собою лише деякі дії по керуванню TS. Технічна система, таким чином, повинна виконувати необхідні функції, тобто бути спроможною до заданий дій. Функція F(робоча функція системи) є важливою властивістю будь-якої TS, бо якщо усі інші функції є, а робоча функція не виконується, то така система є некорисною. Істотно, що для здійснення робочої дії необхідні допоміжні. У відповідності з цим, функції можна розподілити на робочі основні) підготовчі, керування та узгодження. Як правило, допоміжна функція великої системи здійснюється через підсистему, для якої така функція є основною.

Функціонально обумовлені властивості Bd (продуктивність, швидкість, розміри, маса), тобто які умови характерні для такої системи. Необхідно задавати параметри системи, які визначають призначення TS і конкретизують (“звужують”)рамки множини засобів до кількох засобів, які виконують задані умови.

Виробничі функції Ве. Надійність, безпека, строк служби, витрати енергії, матеріалів, займана площа, ремонтопридатність, можливість регулювання і т.д.

Ергономічні властивості Erg. Задачі дослідження відношень в системі людина-машина включають вивчення впливу часу і руху у виробничому процесі на людину, що сприймаються органами чуттів, обробку даних і прийняття рішень, робочі, ефективні і граничні навантаження, порушення нормальної орієнтації, адекватність реакції, адаптацію і т.д.

Естетичні властивості Аи. Рекомендації з цього приводу зібрані у правилах технічної естетики, вони призвані надати системі естетичні властивості.

Маніпуляційні властивості Di, тобто наскільки придатна система для цілей транспортування, зберігання і пакування.

Характеристики постачання і планування LP визначає коли система може бути поставлена, у якій кількості виготовляється, тобто визначає серійність виробництва.

Характеристики відповідності правовим нормам GN. Визначає відповідність системи правовим юридичним нормам і положенням.

Технологічні властивості Fe. Технологічні властивості дають уяву про те яким чином може бути сконструйований виріб, про кількість операцій при його виробленні, трудоміскість, технологічну підготовку, спеціальні пристосування, точність, процеси регулювання, монтажу та багато інше.

Конструктивні властивості Ко. До конструктивних властивостей відноситься:

1. Спеціальні конструктивні властивості, які пов’язані із здійснюваними перетвореннями.

2. Загальні конструктивні властивості, які характерні для більшості технічних систем різних класів.

3. Елементарні конструктивні властивості є засобами, які знаходяться у розпорядженні конструктора, за допомогою яких він реалізує усі інші властивості. Це структура, форма, розміри, матеріал, обробка поверхні, допуски, спосіб виготовлення.

Економічні властивості We. Вони являють собою, з одного боку, витрати, з іншого – дохід.

Якість виготовлення Не. Якість виготовлення є лише результатом ефективного виробництва, що являє собою самостійну задачу.

Розглянемо вибір критеріїв і оцінювання технічних систем.

В принципі можливі три схеми оцінювання, вони характеризуються питаннями, які приведені у таблиці. Оцінювання здійснюється двома способами: а) інтуїтивно; б) об’єктивно, тобто на основі значущих критеріїв.

 

Таблиця 2.1

 

Схеми оцінювання

 

Схема	Об’єкт, що оцінюється	Тип оцінного питання
І	Реалізована технічна система	Яка технічна система?
ІІ	Постановка задачі (перелік вимог) і варіант рішення або взірець	Відповідає система (модель) даній постановці задачі?
ІІІ	Постановка задачі і різні можливі рішення, які технічно відповідають постановці задачі	Яке рішення краще (оптимальне)?

 

В процесі оцінювання виконується такі операції: а) вибір узагальненого показника; б) вибір критеріїв оцінювання (властивостей); в) визначення критеріальних оцінок; г) перетворення оцінок в узагальнений показник.

Визначимо деякі поняття.

1. Для об’єктивного оцінювання повинні бути вибраними значущі критерії. При цьому виходять з того, що TS має цінність, яку можна встановити. Цінність системи визначається тим, які потреби вона задовольняє і в якій мірі. Розрізняють такі види цінності:

- технічна цінність,яка визначається як сукупність (вектор) якостей технічних властивостей даної TS. Тут маються на увазі головним чином властивості функціонування, обслуговування та виробництва. Сюди також відносяться також технологічні та конструктивні властивості;

- економічна цінність – сума (вектор) якостей економічних властивостей;

- споживча цінність охоплює зовнішні властивості виробу, що задовольняють потреби людей;

- сукупна цінність являє собою найбільш узагальнений показник, що враховує цінність усіх класів даного виробу.

2. Важливим етапом оцінювання є вибір критеріїв, тобто значущих властивостей системи.

3. Хоча більшість властивостей (критеріїв) можуть бути оцінки кількісно, але все ж важко об’єднати їх в узагальнений покажчик, бо різні властивості виражаються у різних одиницях.

4. Математична обробка оцінок і отримання узагальненої оцінки.

Таким чином, для того, щоб технічну систему можна було застосувати, вона повинна виконувати робочу функцію і мати інші властивості з визначеним рівнем їх втілення. Деякі з таких властивостей забезпечують виконання робочої функції, а інші характеризують виріб з інших боків.

Важливішими категоріями властивостей є зовнішні (споживчі) і внутрішні (конструктивні) властивості.

Узагальнена оцінка сукупної цінності технічної системи визначається сумою оцінок частина цінностей (властивостей). Для оцінювання властивостей системи необхідно витрати найбільш об’єктивну оцінку вимірювання. Витратні значущі властивості називаються критеріями, вибір яких є важливішим етапом оцінювання.

Системний підхід до дослідження технічних стистем