Основні поняття і визначення .

 

Звичайно для вираження своїх думок користуються інтуїтивно вибранними словами і словосполученнями розмовної мови. Проте інтуїтивний підхід для побудови термінології наукової дисципліни непринятний, так що доводиться встановлювати межу придатності і точний зміст кожного слова або висловлювання в рамках даної наукової або спеціальної галузі. При цьому одні поняття використовуються тільки у вузькоспеціальних областях (наприклад, опір подовжньому вигину). Інші поняття, що виражаються часто загальновживаними словами, застосовуються в різноманітних змістах, причому часто їхні значення близькі до повсякденних, але іноді можуть мати значення, цілком відмінне від узвичаєного (наприклад, такі технічні терміни, як “журавель”, “баба”).

Інша проблема пов'язана з вибором найбільше точних назв для таких понять, тобто термінів. Так, навіть пошук загального висловлювання для поняття “машинний продукт” є складною задачею. Для машинобудування, як і для техніки, узагалі, це справедливо, оскільки тут розвиток йшов від практики до теорії. Відповідно до сталої традиції, терміни в технікці частіше усього приймалися інтуїтивно, без їхнього точного визначення. Наприклад, термін “машина”, що є основою цілого ряду інших понять і термінів, має різноманітний зміст в залежності від спеціальної галузі, часу і місця використання.

Точності заради відзначимо, що навіть у деяких фундаментальних науках поки не досягнута повна єдність щодо деяких термінів. Таке положення спостерігається в кібернетиці і теорії систем - науках, що мають основне значення. Відсутність єдності по термінологічних питаннях не дозволяє посилатися на відповідну літературу і змушує розглядати деякі елементарні, але важливі поняття.

В основі вибору використовуваних для позначення спеціальних понять лежать такі принципи:

- широке застосування термінів у їхньому укоріненому значенні, що може бути лише уточнене;

- орієнтація в термінологічному плані на фундаментальні науки, такі, як математика, кібернетика та інші, з урахуванням того, що введені терміни повинні охоплювати й галузі техніки;

- застосування, де це можливо, міжнародної термінології, що полегшує розуміння на міжнародному рівні.

Крім того, для різноманітних понять, поряд із їхніми визначеннями і назвами, будуть рекомендовані також буквені символи для їхнього позначення. Використання символів, з одного боку, відповідає цілям встановлення узвичаєної термінології, a з іншого боку - дозволяє скоротити записи і витрати інженерної праці. У конспекті лекцій використовується невеличка кількість символів (наприклад, технічна система - TS, машинна система - MS); всі інші поняття будуть записуватися цілком, і ніякої необхідності в їхньому розшифровуванні не виникає.

Позначення.

 

AP -	робочий процес;	Ot -	оператор;
Apz -	робочий принцип;	Ou -	вихід;
Au -	эстетичні властивості;	P -	процес;
Bd -	функціонально обумовлені властивості;	R -	відношення;
Be -	виробничі властивості;	S -	матерія;
Di -	маніпуляційні властивості;	ST -	система перетворень;
E -	властивість, елемент;	Str -	структура;
Ef -	показник ефективності;	TOb -	технічний об'єкт;
En -	енергія;	Te -	частина;
Erg -	эргономические властивості;	Te -	підпроцес;
ETS -	елемент технічної системи;	Tg -	технологія;
F -	функція;	TgPz -	технологічний принцип;
Fe -	технологічні властивості;	TP -	технологічний процес;
g -	вагова функція;	TS -	технічна система;
GN -	правові норми;	Umg -	оточення;
He -	якість виготовлення;	V -	поводження;
I -	інформація;	W -	вплив;
In -	вхід;	We -	економічні властивості;
Ko -	конструктивні властивості;	S -	сума, сукупність;
LP -	властивості постачань і планування;	-	система типу “об'єкт”;
M -	машина;	-	система типу “процес”;
Me -	людина;	-	система типу “процес прийняття рішень”;
MS -	машинна система;	-	технічна (машинна) система;
N -	побічний;	® -	перетворення, відношення;
No -	нормований;	-	вплив;
O -	операція;	¯­ -	перетворення мови Ляпунова;
Odi^ij -	операнд (надрядковий символ - номер стана, підрядковий - номер операнда);

 

Визначення.

 

Множина - це сукупність реальних або уявних об'єктів - елементів множини. По кількості елементів розрізняють кінцеві і безкінечні множини. Якщо Х - елемент множини М, то записують ХÎМ. Дві множини М и N еквівалентні, якщо кожному елементу множини М точно відповідає елемент множини N і навпаки. Якщо всі елементи множини N утримуються в М, то N - підмножина М, NÌМ. Совокупність усіх, що не належать N елементів М, називається доповненням множини N. Об'єднанням МÈN - це множина, всі елементи якої належать або М, або N. Перетинання МÇN містить всі елементи, що належать як М, так і N.

Системою ми називаємо сукупність, утворену (і упорядковану по визначених правилах) із кінцевої множини елементів. При цьому між елементами системи існують визначені відношення. Можливі також системи, що включають ізольовані елементи (або групи елементів), що не мають відношень з іншими елементами системи.

Елемент і система є відносними поняттями. Елемент може одночасно бути системою менших елементів, a система, у свою чергу, може бути елементом деякої більшої системи. Наприклад, деяка машина - це система, утворена своїми елементами, і в той же час ця машина може бути елементом деякого підприємства. Система може бути розділена на підсистеми різноманітної складності. Об'єктом розгляду для конструктора є машини, для проектувальника - навіть підприємства. На відміну від цього, наприклад, матеріалознавець свої дослідження проводить на рівні молекул як елементів системи (матеріалу).

Поняття “система” знаходиться в одному ряду з такими поняттями, як призначення, поводження, структура, вхід, вихід, властивість, стан.

Система має визначене призначення, що може бути описано системою цілей. Ціль - це деяке (можливо, уявлюване) положення справ, до здійснення якого прагнуть. Тоді система цілей може бути визначена як множина цілей і відношень між ними. Підціль може конкретизувати ціль. Найчастіше підціль є засобом досягнення цілі.

Поведінка може бути визначена як множина послідовних у часу станів системи. Поведінка біологічних систем трактується як сума реакцій на подразнення. Для деяких типів систем (таких, як системи понять і цілей) поняття “певедінка” не має змісту. Ціллю створення технічних систем є цілком визначена їх поведінка. Цілеспрямовану поведінку системи часто називають функцією. У цьому випадку під функцією розуміють деяку стабільну спроможність до визначених дій, що забезпечується лише правильною поведінкою системи, тому що, взагалі говорячи, система може функціонувати неправильно. “Поводження” технічних систем ми будемо називати функціонуванням і застосовувати цей термін у зв'язку з бажаною дією.

Поняття структура (Str) характеризує внутрішню організацію, порядок побудови системи. Таким чином, структура - це сукупність елементів і відношень між ними.

Якщо E={e₁,e₂,…,e_n} є множина елементів, a R={r₁,r₂,…,r_n}–множина відношень, то структура Str={E,R} являє собою множину, що складається з Е и R. Той самий об'єкт може бути визначений декількома системами і, отже, декількома структурами.

Функціонування системи задається її структурою. Відносно замкнута система з заданою структурою функціонує однозначно, тобто її структура цілком визначає засіб функціонування. З іншого боку, функціонування не визначає структуру однозначно. Таж сама функція може бути реалізована різноманітними структурами.

Оточення (навколишнє середовище, Umg) теоретично включає усе, що не входить у дану систему. Практично ж ми обмежимося оточенням, що складається із систем, що включають хоча б один елемент, вихід якого є в той же час входом деякого елемента системи, або елемент, вхід якого є одночасно виходом деякого елемента системи. Таке “безпосереднє” оточення буде називатися реальним оточенням. Повне оточення системи включає такі складові частини: геосфера, атмосфера, біосфера (включаючи людей), техносфера й астросфера.

Вхід (In) подає зовнішнє відношення, навколишнє середовище ® система. Вхідний розмір може бути a залежності від виду системи дією, зв'язком (відношенням) або параметром стана об'єкта дії (операнда). Сукупність усіх входів складає узагальнений вхід (який може бути поданий як вектор окремих входів).

Вихід (Ou) подає зовнішнє відношення система ® навколишнє середовище. Вихідний розмір може бути в залежності від виду системи дією, зв'язком або параметром стана операнда. Сукупність усіх виходів може бути зведена до узагальненого виходу (вектору виходу). Вихід системи є множина виходів всіх елементів, що не є входами інших елементів системи. Вхідні і вихідні розміри є єдиними зв'язками системи з навколишнім середовищем. Входи і виходи включають усі види зв'язків із навколишнім середовищем: бажані і небажані (перешкоди), зв'язку матеріального (S), енергетичного (En) і інформаційного (I) характеру.

Кожна система, її елементи і відношення мають властивості Е, властивій цій системі і точно її визначальними, такими як розміри, маса, швидкість, форма, стабільність, a також технологічність, транспортабельність і особливо спроможність що-небудь робити, тобто функціонувати. Властивістю є всяка істотна ознака об'єкта. Об'єктів без властивостей не існує. Проте ступінь втілення цих властивостей може бути різноманітною.

Для сукупної характеристики об'єкта, наприклад, при його оцінці, вибирають істотні властивості цього об'єкта. У цих випадках говорять про часткову, узагальнену, ісукупну оцінку, узагальненої якості або цінності. Для одержання сукупної оцінки необхідно виміряти окремі властивості, a часткові оцінки перетворити в узагальнені.

Сукупність значень властивостей системи у визначений момент часу називається станом системи. Аналогічно якості стан системи можна визначити вектором, що має в якості компонентів окремі властивості. При визначенні якості або стана абстрагують від більшої частини несуттєвих властивостей, що не подають інтересу.

Два стани системи можуть бути однаковими або різноманітними. Розходження між станами називається їхньою різницею. Різниця виникає при переході системи з одного стана в інший. Різниця може бути диференціальною (коли має місце безупинний перехід до такого стана) або дискретною.

Модель, подана на мал.4.1., наочно ілюструє приведені вище визначення і їхні взаємозв'язки.

Мал.4.1.Модель системи.

 

Використовуючи різноманітні критерії, можна установити велику кількість типів систем. Системи можна класифікувати в такий спосіб: а) По положенню системи в ієрархії:

- надсистема,

- система,

- підсистема.

б) По зв'язку з оточенням:

- відкриті (із визначеним оточенням, тобто принаймні, з одним входом або виходом);

- замкнуті (без зв'язків з оточенням).

в) По зміні стана:

- динамічні (стан змінюється в часі);

- статичні (стан не змінюється в часі).

г) По характеру функціонування:

-

детермініровані (у залежності від стана системи можна однозначно судити про її функціонування);

- стохастичні (можна тільки висловити припущення щодо можливих різноманітних варіантів функціонування).

д) По типу елементів (у змісті їхньої конкретності):

- конкретні (елементами є реальні об'єкти);

- абстрактні (елементами є відвернені об'єкти).

е) По походженню системи:

- природні (створені природою);

- штучні (створені людьми).

ж) По характеру залежності виходів:

- комбінаторні (вихід залежить тільки від входу);

- секвентивні (вихід залежить від входу й інших розмірів).

з) По ступеню складності структури:

- гранично складні (наприклад, мозок, народне господарство);

- дуже складні (наприклад, цілком автоматизоване підприємство, виробничий комплекс);

- складні (наприклад, легковий автомобіль, бібліотека університету);

- прості (наприклад, сімейна бібліотека, болтове з'єднання).

і) По виду елементів:

- системи типу “об'єкт” (елементами є предмети, наприклад, будинок, двигун, машина);

- системи типу “процес” (елементами є операції, наприклад, виготовлення, фільтрація, перегонка, готування їжі).

 

У зв'язку із системами розглядаються три характерних типи задач.

Задача синтезу - заданий характер функціонування й інші вимоги до системи, визначити структуру, що задовольняє поставленим вимогам.

Задача аналізу - задана структура, визначити функціонування системи.

Задача “ чорного ящика ” - задані система, структура якої невідома або відома частково, визначити її функціонування і, можливо, структуру.

Взагалі говорячи, термін “процес” означає, що щось відбувається, вдосконалюється, тобто змінюється з часом. У природі нескінченне що-небудь відбувається. Природним змінам, тобто таким процесам, як старіння, вивітрювання, ерозія, схильні навіть такі об'єкти, що нам здаються дуже стабільними, незмінними, наприклад, скелі і гори. Те ж саме відноситься і до процесу існування живої істоти.

Поряд із природними процесами, людина організує штучні процеси з метою здійснення необхідних або бажаних для нього змін. Такі зміни служать задоволенню людських потреб. Хоча людина і підпорядковується законам природи, усе ж вона може прискорити, підсилити або поліпшити деякі природні процеси або їхні властивості.

Цілеспрямована зміна визначених об'єктів має для людей життєву важливість. Штучні процеси, у котрих ті або інші властивості об'єкта дії (операнда) перетерплюють відповідні зміни при участі людей і технічних засобів, унаслідок чого досягається бажаний стан операнда, будемо називати перетвореннями.

Термін “операнд” (Od) тут обраний у якості загальної назви всіх предметів, систем і станів, що піддаються цілеспрямованому перетворенню. Перетворення є слідство визначених впливів, заснованих на фізичних, хімічних або біологічних явищах і що описуються деякою інструкцією - рецептом, алгоритмом, технологією. Науками, що досліджують перетворення в якійсь визначеній області, є, наприклад, термодинаміка, технологія виробництва.

Впливи на операнд виконуються операторами. Ці впливи є виходами операторів. На мал.4.2. подана модель процесу перетворення. Вплив операторів здійснюється у виді потоків матерії (S), енергії (En) і інформації (I).

Потрібно пояснити ще одне важливе поняття - алгоритм. Процес перетворення являє собою сукупність операцій (О); алгоритм - це однозначно визначена послідовність операцій, що або встановлюється один раз заздалегідь дійсна протягом усього процесу перетворень, або змінюється в залежності від результату виконаної операції. Таким чином, алгоритм можна визначити аналогічно структурі процесу як упорядкована множина операцій, їхніх відношень і умов переходу від однієї операції до іншої. Значна подібність є між поняттями алгоритму і технологічного процесу, що подає собою послідовність операцій виготовлення виробу.

 

 

Мал.4.2.Модель процесу перетворення.

 

Досить типовими видами процесів у техніці є керування і регулювання. Керування - це процес у системі, за допомогою якого одна або декілька вхідних величин діють бажаним засобом на інші, що вважають вихідними. Регулювання - це процес, за допомогою котрого деякі змінювані (регульовані) розміри безупинно сспіввідносяться з еталонними (керуючими), причому на регульовані величини впливаютьз метою приведення відповідних відхилень до нуля.

Відношенням (R) називається взаємозв'язок або взаємодія двох і більш об'єктів або явищ абстрактного або конкретного типу. При конструюванні істотні об'єктивні, визначені відношення, що піддаються опису відповідно до фізичних або логічних законів. Відношення зв'язують окремі елементи в різноманітні системи. Вираження “об'єкт Х знаходиться у відношенні R до об'єкта Y”, символічно позначається R(X,Y). Відношення може бути рефлексивним, симетричним або транзитивним. Ці типи відношень можна охарактеризувати в такий спосіб:

а) рефлективність - кожний об'єкт еквівалентний самому собі;

б) симметричність - якщо один об'єкт еквівалентний другому, то другий об'єкт еквівалентний першому;

в) транзитивність - два об'єкти еквівалентні між собою, якщо вони по окремості еквівалентні третьому;

Якщо виконуються всі три умови, то відношення називається відношенням еквівалентності. Відношення між двома об'єктами буде також називатися кореляцією. Кореляція - це математична модель відношення в узагальненій формі.

Подоба. Подоба - це відношення подібності між двома або більш системами (об'єктами, процесами, висловленнями), обумовлене деякими загальними властивостями. Взагалі говорячи, можливий діапазон ступенів подоби від повної рівності (ідентичності) до часткової подібності. Можна говорити про функціональну, структурну та інші види подоби. Звичайно подоба об'єктів розуміється як однаковість форми (але, як правило, не рівність по розмірі). Відношення подоби має велике значення при математичному і фізичному моделюванні. Закони подоби дозволяють визначити умови, при виконанні яких результати модельних експериментів справедливі для реальних умов. Наприклад, плин газу або рідини подібні при рівних числах Рейнольдса. Область подоби може бути визначена як перетинання множини властивостей, що беруть участь у даному відношенні.

Аналогія. Відповідність істотних ознак, властивостей, структур або функцій об'єктів або явищ будемо називати аналогією. Цей термін часто вживається в тому ж змісті, що і подоба.

Гомоморфізм. Відношення між двома системами, коли кожну складову частину і кожне відношення однієї системи можна відобразити на деяку складову і деяке відношення другої системи (але не обернено), називається гомоморфізмом. У цьому випадку виконання відповідних умов подоби дозволяє перенести результати модельних експериментів на натуру. Область подоби може бути визначена як перетинання множини властивостей.

Ізоморфізм. Ізоморфізмом називається відношення між двома системами, коли кожної складової частини однієї системи може бути поставлена у відповідності визначена складова частина іншої системи, і, навпаки, (симетричність), а також, коли для кожного відношення між двома відповідними складовими частинами таке ж відношення в іншій системі і навпаки.

Ідентичність. Це відношення між об'єктами або процесами, що характеризуються однаковими властивостями (ознаками). При абсолютній ідентичності повинні бути однаковими усі властивості, при відносної - тільки деякі (у цьому випадку має місце подоба).

Еквівалентність. Об'єкти або процеси називаються еквівалентними, якщо між ними є відношення еквівалентності, тобто рівноцінності. Еквівалентність повніше ідентичності, тому що для останньої характерна тільки рефлексивність. Стосовно до техніки обидва поняття будуть використовуватися як синоніми, тобто під еквівалентністю буде припускатися абсолютна ідентичність.

Математичні функції. Важливий клас відношень виражають математичні функції як закономірні залежності від перемінної: y=f(x). Такого роду математичні функції виражають точно установлене відношення між х и у, тобто детермінованний зв'язок.

Причинність. Між причиною і викликаною її дією існує асиметричне відношення. Причина викликає дію. Існує строга детермінірована (типу “якщо…, те”) або ослаблена форма причинного відношення. Причинний ланцюг має місце, якщо дія виступає в якості причини подальших дій.

Зв'язок. Якщо визначені виходи елемента (системи) одночасно є входами якогось елемента (системи), те такого роду відношення називається зв'язком. Зв'язок може бути прямої (послідовної або рівнобіжної), оберненої або комбінованої; вона може бути матеріальною, енергетичною або інформаційною.

Відношення ціль - засіб. Це - асиметричне двомісне відношення між системою цілей (призначенням, задачею) і засобом їхньої реалізації.

Просторове відношення. Відношення такого роду характеризує взаємне положення елементів відношення в просторі. Просторові відношення вивчаються в топології.

Логічне відношення. Логічним відношенням (в логіці - двух- або багатомісним предикатом) називається відношення між об'єктами типу “L₁ менше, чим L₂”, або “L₃ знаходиться біля L_4..”Відомими константами (функторами) є: І; АБО; І-АБО; НІ-АБО; ТАК, ЩО; АБО-АБО; ЯКЩО-ТО; ТІЛЬКИ ЯКЩО-ТО; ТІЛЬКИ ТОДІ-КОЛИ; ДОРІВНЮЄ. З цього перерахування ясно, що описані вище відношення є також логічними відношеннями. У ЕОМ реалізація відношень такого роду здійснюється логічними елементами.

Тимчасове відношення. Відношення такого роду описує упорядочивание процесів і подій у часу.

 

Висновки.

 

1. Функціонування системи задається її структурою.

2. Відносно замкнена система з заданою структурою функціонує однозначно; функціонування цілком визначається структурою.

3. Функціонування не визначає структуру однозначно. Та сама функція може бути реалізована різноманітними структурами.

Технічний процес.

 

Сучасний світ буяє технічними процесами, у яких, так чи інакше, беруть участь люди. Кожна людина звичайно бере участь у декількох процесах одночасно, задовольняючи свої потреби, безпосередньо або створюючи засоби для наступного задоволення своїх або чужих потреб. Ключовим словом тут є потреба.

Який зв'язок потреби з технічним процесом? Повторимо: а) спочатку виникає стан незадоволеності або ситуація, що людина хоче або повинні змінити; б) цей стан змушує сформулювати потребу; в) вважається, що потреба, взагалі говорячи, може бути задоволена різноманітними засобами; г) з'ясовується, що засоби, що могли б бути використані безпосередньо, відсутні; д) потрібно змінити існуючий стан на бажане шляхом перетворень; е) перетворення здійснюються в технологічних процесах.