Загальні уявлення про систему

Системні уявлення у вигляді розрізнених знань людини існу­ють дуже давно. їх перші нариси можна знайти вже в творах най­давніших мислителів.

Системність є однією з універсальних рис і відрізняється від загальних якостей речей, таких, як якість і кількість, і є менш до­ступною для безпосереднього спостереження, на якому базується людське пізнання багато тисячоліть.

По справжньому наукові, широко системні уявлення про різні сфери об'єктивної діяльності з'явилися значно пізніше як про­дукт фундаментальних наукових теорій XIX та XX ст. В останні десятиріччя всі науки тією чи іншою мірою переживають процес розширення та поглиблення уявлень про предмет власного дослідження. Певною мірою це треба віднести і до технології. Тут також з'явилися поняття про макро- та мікросистемні об'єкти, системно утворюючі фактори, тощо.

Формалізація системи здійснюється за допомогою математич­них моделей, які можуть бути зв'язком між вихідними параметра­ми, параметрами стану і вхідними, керуючими та збуджуючими змінними. Складна система за звичай формалізується як де-терміновано-стохастична модель. На різних рівнях ієрархії може переважати як детермінований, так і стохастичний опис підсистем.

На рис. 3.1. представлено графічну модель самокерованої си­стеми. Стан керованої частини визначає поведінку всієї системи, яка характеризує її вихід.

Технологічний зв'язок між виходом (випуском) продукції і за­тратами (вхід) за звичай описують виробничою функцією

Y=f(),

де у — об'єм продукції (вихід);

, — затрати на випуск (вхід).

Це рівняння в самому простому випадку може бути лінійними

y= ,

де к — об'єм використовуємих виробничих фондів;

l — чисельність працюючих;

— коефіцієнти регресії.

Рис. 3.1. Графічна модель цілісної самокеруємої системи.

X— вхід системи: V— збуджуюча дія: u — дія керуючої частини: u’ — дія керуємої частини системи: Y— вихід системи.

Нелінійна функція може бути такою

Y=

Для оцінки ефективності виробничих ресурсів використову-

ють два показники середню та граничну ефективність

Ефект масштабу виробництва визначається виразом (a)=

При n>1 має місце зріст віддачі, при n<1 - зменшення, а при n=1 має місце стала віддача виробництва

Сучасні наукові дослідження в технології, машинобудуванні, економіці чи промисловості характеризуються багатоступе-невістю, багатомірністю. Тому системний підхід до технології є реально існуючим у вигляді різноманітних змістовних системних уявлень (незалежно від того, чи відображені вони "системною мовою" чи ні). Однак стійка необхідність у підвищені ефектив­ності вже створених при розробці нових високо якісних складних технічних систем технології, вимагають узгодженого функціону­вання десятків їх компонентів, неодмінно веде до розробки таких методологічних принципів, основою яких є уявлення про складні функціональні системи.

Сучасне підприємство як система значного розміру скла­дається із взаємопов'язаних підсистем, між якими існують співвідношення підпорядкованості з трьома основними пробле­мами якості систем (рис. 3.2). Спрощену систему управління мож­на показати схемою на рис. 3.3.

Підкреслимо, що системне дослідження спрямоване на техно­логічну лінію в цілому, а в іншій методологічній інтерпретації можна розглянути і процес як систему. При системному дослідженні лінії дослідник викриває її загальні закономірності будови, функціонування та розвитку.

Для найкращого зрозуміння значення системного досліджен­ня та його різниці з традиційною інженерною та науковою діяль­ністю, перелічимо завдання, які ним розв'язуються:

> збирання та обробка інформації для прийняття керів­ництвом науково обґрунтованих рішень по удосконаленню тех­нології та техніки;

> розробка загальної програми удосконалення систем як основи взаємопов'язання розвитку окремих підсистем і еле­ментів;

Рис. 3.2. Система підприємства

> системний аналіз і системний синтез виробничого прогре­су з метою його уявлення як системи і подальшого моделювання в рамках підсистем;

> встановлення особливостей функціонування виробничого процесу, що необхідні для з'ясування причин низької точності, малої сталості та надійності;

> оцінка можливостей управління лінією за допомогою ста­тистичних методів;

Рис. 3.3. Спрощена структура управління підприємством

> виявлення рівня розвитку системи шляхом кількісних оцінок цілісності структури, стохастичності зв'язків і чутливості елементів;

> визначення напрямків розвитку технологи, обладнання і засобів автоматизації;

> прогнозування перспективи розвитку системи та її частин. Всі перелічені завдання потребують спеціальних досліджень,

в тому числі і підготовка інформації для прийняття керівництвом певних рішень.

Таким чином, підсумовуючи викладене розглянемо техно­логічний процес як систему.

Технологічна система

В загальновизначеному розумінні під системою розуміють якимось чином упорядковану множину різнорідних взаємозв'я­заних між собою та утворюючих деяку єдність елементів. Будь-яка технологічна лінія підпадає під це загально прийняте визна­чення системи, оскільки складається із певної заздалегідь визна­ченої кількості різнорідних технологічних операцій, що об'єднанні певним чином для виготовлення певного продукту визначеної кількості та якості. Окремі технологічні операції об'єднують в угруповання (дільниці, цехи), тобто в середині тех-

нологічної лінії (системи) утворюють підсистеми, які повинні ма­ти деякі властивості цілої системи (технологічної лінії).

У відповідності з фундаментальними визначеннями загальної теорії систем треба визначити характерні особливості системи.

1. Наявність мети функціонування, яка визначає її основне призначення. Для технологічної системи основною метою є ви­пуск продукції певної якості та кількості. Ця мета досягається послідовним виконанням окремих завдань, які здійснюються складовими системи-підсистемами (технологічними операціями).

2. Наявність керування, тобто упорядкованість системи — при­ведення її у відповідність з метою та завданнями системи. Керуван­ня здійснюється безпосередньо працівниками (ручне керування), працівниками з використанням технічних засобів (автоматизоване управління) або тільки технічними засобами, які працюють за про­грамами, що розроблені працівниками (автоматичне керування).

3. Система має визначену структуру і розкладається на підси­стеми, основною ознакою яких є її цільове призначення. Мета функціонування кожної підсистеми виходить із загальної мети функціонування системи і є часткою функціонування системи більш високого рівня.

4. Ієрархічність побудови системи. Це означає, що кожна складова системи (підсистема) може розглядатись як система, яка в свою чергу сама є складовою системи більш високого порядку.

5. Безперервна зміна стану елементів підсистем без зміни структури (графа) системи, оскільки при зміні структури змінюється вся система (нова або удосконалена технологія).

На базі цих загальних положень будь-яку технологічну лінію (виробництва хліба, цукру, лугів, кислот, пального, тощо) можна розглядати як систему, що складається із окремих технологічних операцій (подрібнення, сортування, нагрівання, вилучення воло­ги, хімічні і біохімічні перетворення) або підсистем. Комплекс ок­ремих технологічних операцій іноді об'єднують в групи (цехи, дільниці) розглядаючи їх як підсистеми більш високого порядку в системи технологічної лінії.

Об'єднання окремих технологічних операцій в групи (цехи, дільниці) пов'язано частіше зі зручністю керування. Зі зміною си­стем керування об'єднання окремих операцій в дільниці (цехи) може змінитися.

Технологічна лінія — це відкрита система, яка залежить від умов зовнішнього середовища, визначає її життєдіяльність та

взаємоурівноваженість із зовнішнім середовищем (попит ринку, технічний прогрес, наукові доробки, нове устаткування, тощо).

Крім того, що технологічна лінія як система складається із фізико-хімічних систем, вони є складовою системи організації ви­робництвом (керування підприємством) через яку здійснюється взаємозв'язок із зовнішнім середовищем (ринок).

Три ступеня ієрархії забезпечують і розподіл функції кожного рівня цієї ієрархії та належне їх виконання. Розглядаючи техно­логічну лінію як систему або як підсистему середнього рівня підприємства, що складається із сукупності специфічних техно­логічних операцій, треба відзначати специфіку будови матема­тичних моделей технології. Природно, що в основу математич­ного опису зв'язків між елементами технологічної лінії повинні бути покладені відомі фізико-хімічні закономірності, які опису­ються рівняннями матеріального та енергетичного балансу:

Де - маса продуктів які надходять та виходять із і-го елементу

m, n — частка компонентів у вхідному та вихідному по­токах.

— кількість теплоти, що надходить та виходить із і-го елементу, та втрати теплоти у навколишнє се­редовище.

До цього треба додати рівняння рівноваги

C+Ф=K+N

де: С — кількість степенів свободи;

Ф — кількість фаз системи;

N — кількість зовнішніх впливових факторів;

К — кількість незалежних компонентів системи.

Треба додати також рівняння кінетики фізико-хімічних явищ

I=LX

де I— швидкість перебігання фізико-хімічного явища;

X— потенціал (градієнти температур, концентрацій, тощо);

L — кінетичний коефіцієнт.

Наведені чотири типи рівнянь значно ускладнюються при зміні структури потоків (зворотна, паралельна, перехресна течії,

тощо) та конкретизуються для кожного типу фізичних та

хімічних явищ.

Математичні зв'язки технологічної системи із системою уп­равління підприємством (вища ієрархія) повинні включати в себе вартісні показники (ціна, собівартість) і є основою для складання математичного опису для визначення собівартості продукції.

Відзначимо, що крім розповсюдження терміну "системний аналіз" треба використовувати термін "системний синтез" що має бути застосований при проектуванні системи. Системний аналіз та синтез технологічних процесів може бути успішно за­стосовано тільки при наявності математичної моделі процесу. Без математичної моделі не може бути і мови про системний

аналіз або синтез.

При класичному (індуктивному) підході до моделювання, тобто переходом від часткового до загального модель синте­зується об'єднанням складових, які були розроблені окремо. На відміну від цього, системний підхід передбачає послідовний пе­рехід від загального до часткового, якщо в основу покладено за­гальну мету досліджень.

Системний аналіз дозволяє розглядати проблему в цілому, із постійним наголосом на ясність аналізу, на кількісні методи оцінки та на виявлення невизначеності. Але ці процедури не га­рантують доброякісності, що розроблена на основі аналізу. Не­вдачі частіше відбуваються тоді, коли невдало сформульована мета або вибрано невдалий критерій для кількісної її оцінки. Проте існують деякі принципи якісного аналізу.

1. Правильний вибір проблеми. Одержання точної відповіді на неправильно поставлене запитання менш корисне, ніж не зовсім вдала відповідь на правильно поставлене запитання.

2. Аналіз повинен мати системну спрямованість, не ізолювати процес, не відволікатись від взаємозв'язків із сторонніми елемен­тами зосереджувати зусилля на розширенні границь дослідження.

3. Необхідно усвідомити наявність невизначеності та оцінити їх вплив, тобто вказати на те, що значення параметра будуть у межах певних границь, та вказати на те, як зменшити межі невиз­наченості.

4. Намагатись найти нові альтернативи.

5. Результати (рекомендації) повинні бути перевірені, ясні та об'єктивні, тобто незалежні ні від особистості, ні від репутації або будь яких інших інтересів.

Класичний підхід доцільно використати при моделюванні порівняно простих об'єктів. При системному підході до моделю­вання чітко визначають мету досліджень, а потім утворюють мо­дель. Стосовно моделювання мета виникає із завдання досліджен­ня, що дозволяє вибрати критерії відбору і оцінити склад еле­ментів, які входять у створену модель. Критерії відбору окремих елементів і критерії моделі, що складається, можуть бути різними.

При дослідженні структури системи і її властивостей, в тому числі і властивостей системи моделей, відрізняють структурний і функціональний підходи. При структурному підході виявляють склад відокремлених елементів системи та зв'язок між ними. Найбільш загальним описом структури вважають топологічний, який дозволяє визначити частини системи і зв'язок між ними на основі теорій графів. При функціональному описі поведінки сис­теми реалізують функціональний підхід, який оцінює функції, котрі виконує, чи повинна виконувати система, що приводять до досягнення мети. Функціональні і структурні (морфологічні) описи можуть бути об'єднані і одержані емпіричним або аналітичним методом аналізу фізико-хімічних явищ.

Класичний підхід до аналізу технологічних ліній або систем використовують при удосконаленні діючих ліній, розглядаючи кожну складову технологічного процесу послідовно з метою її відповідності кінцевій меті технології за різними ознаками.

Системний підхід використовують звичайно при проекту­ванні нових технологічних ліній, починаючи з аналізу ринку го­тової продукції або послуг (маркетингу). Спочатку можливість його збуту в певній кількості та якості встановлюють вимоги до продукту, а потім встановлюють необхідну потужність вироб­ництва. Виходячи з асортименту, якості та кількості готової про­дукції, наявності та якості сировини, встановлюють послідовність технологічних операцій, необхідне устаткування та можливість його постачання.

При визначенні послідовності технологічних операцій вста­новлюють об'єм та площу приміщень, витрати на її обслугову­вання, шляхи постачання енергії, сировини, допоміжних ма­теріалів, робочої сили тощо. Тобто, системний підхід починають "з кінця", будуючи відповідні моделі не тільки для проектування, але й для здійснення самого проекту (управління проектами).

Все викладене і становить системну модель побудови (синте­зу) виробництва. Викладене дозволяє заключите: 90

1) технологічною системою умовно можна назвати сукупність технологічних операцій, що виконуються над переробляємим продуктом (сировиною) у визначеній послідовності;

2) технологічну систему можна сформувати із різних еле­ментів в різних комбінаціях, але при цьому повинна бути чітко сформульована технологічна мета системи (кількісні та якісні ха­рактеристики її функціонування);

3) технологічна система знаходиться в рівновазі, якщо кількість однорідних частинок (молекул, клітин), що виходять з однієї части­ни системи (фази, речовини) дорівнює кількості вхідних;

4) умовою рівноваги (узгодженості) технологічної системи з ви­щим рівнем керування є відповідність її продукції попиту на ціни.