Теорія технічних систем

Поведінка може бути визначена як множина послідовних у часі станів системи. Ці-леспрямована поведінка системи називається функцією (або телеологічною функцією). Поведінку технічної системи будемо називати функціонуванням.

Структура системи характеризує внутрішню організацію, порядок і побудову системи, тобто структура - це сукупність елементів і співвідношення (зв'язків) між ними. Якщо Е= {е1, е2,...еп} є множина елементів, а R = {r1, r2,...rп} множина співвідно-шень (зв'язків), то структура Str = {Е, R} є множина, яка складається з Е і R. Один і той же об'єкт може бути визначений кількома системами.

Наприклад, для верстата-автомата можна визначити систему головного руху, систему подачі, систему автоматичного керування, систему автоматичного заванта-ження заготовок тощо.

 

Мал. 2. – Ієрархія технічних систем на прикладв металообробних верстатів.

 

Функціонування системи задається її структурою, яка повністю визначає спосіб функціонування. Відносно замкнута система з конкретною структурою функціонує однозначно. З іншого боку, функціонування не визначає структуру однозначно, тому що одна і та ж функція може бути реалізована різними структурами.

Оточення (навколишнє середовище Umg) системи теоретично включає все, що не входить в дану систему, але ми обмежимося тільки реальним довкіллям, а не повним, до якого входять: геосфера, атмосфера, біосфера (з людьми), техносфера, астросфера.

Вхід (Iп) - це зовнішнє відношення навколишнього середовища до системи, тобто навколишнє середовище  система. Сукупність усіх входів складає узагальнений вхід, як вектор окремих дій, зв'язків (відносин) та (або) параметрів стану (операндів).

Мал. 3. – Уза-гальнена модель системи.

Вихід (Ou) - це зовнішнє відношення системи до навколишнього середовища, тоб-то система - навколишнє середовище. Сукупність усіх виходів може бути зведена до узагальненого виходу (вектору виходу).

Входи і виходи системи включають усі види зв'язків з навколишнім середовищем: бажані і небажані (завади), зв'язки матеріального (S), енергетичного (En) та інфор-маціоного (І) характеру.

Вся система, її елементи і відносини володіють властивостями, які належать цій системі і відносно точно її визначають (розміри, маса, швидкість, форма, стабільність, технологічність, транспортабельність, а особливо здатність щось робити, тобто функціо-нувати).

Властивістю є будь-яка суттєва ознака об'єкту. Для сукупної характеристики об'єкту, наприклад, при його оцінюванні, вибирають найбільш суттєві властивості. В цьому випадку мова йде про часткову, узагальнену та сукупну оцінку, узагальнені влас-тивості або цінності.

Сукупність значень властивостей системи в зазначений момент часу називається станом системи, який за аналогією з якістю можна визначити вектором, що містить як компоненти окремі властивості.

Два стани системи можуть бути однаковими або різними. Різниця між станами називається різницею, яка виникає при переході системи від одного стану до іншого. Різ-ниця може бути диференційованою (коли має місце безперевний перехід до наступного стану) або дискретною.

 

 

Відповідно до розвитку критеріїв можна встановити велику кількість систем, що класифікують їх:

а) За місцю системи в ієрархії: надсистема, система, підсистема;

б) За зв'язках з оточенням: відкрита (з певним довкіллям, тобто прийнайні з одним входом аботвиходом), закриті або замкнуті (без зв’язку з довкіллям);

в) За зміною стану: динамічні (стан змінюється в часі), статичні (стан не змі-нюється в часі);

г) За характером функціонування: детерміновані (в залежності від стану системи можно однозначно судити про ії функціонування), стохастічні (можно тільки висловити припущення відносно різних можливих варіантів функціонування)

д) За типом елементів (в розумінні їх конкреттності): конкретні (елементами є реальні об’екти), абстрактні (елементами є нереальні об’екти);

е) За походженням системи: природні (створені природою), виготовлені (створені людьми);

є) За характером залежност виходов: комбінаторні (вихід залежіть тільки від вхо-ду), секвентивні (вихід залежіть тільки від входу та інших величин);

ж) За рівнем складності структури: надзвичайно складні (мозок, народне госпо-дарство), дуже складні (завод-автомат або цех-автомат), складні (верстат-автомат), прос-ті (болтове з’єднання);

з) За видом елементів: системи типу «об’ект» (елементами є: двигун, машина, патрон), системи типу «процесс» (елементами є операції: виготовлення, фільтрація, пе-регонка, різання, та інші).

В зв’язку з необхідністю проектування систем розглядають три характерні типи задач: аналіз, синтез, вимірювання (іспит).

Задача аналізу – задана структура (відомі вхід Z і X), необхідно визначити функ-ціонування системи (вектор множини вихідних параметрів Y).

Задача синтезу – задані характер функціонування (відомий вектор вихідних параметрів Y) та інші вимоги до системи (включаючи відомий вектор вхідних параметрів Z), необхідно визначити структуру, котра задовольняє поставленим вимогам.

Задача вимірювання – задані параметри системи (вектор Х) і характер функціону-вання (вектор вихідних параметрів Y), необхідно визначити вхідні параметри Z.

Можливо розвязання і четвертої задачі або задачи «чорного ящика» - в якої за-дана система, структура якої невідома або відома частково, необхідно визначити її функ-ціонування (Y = ?) і, можливо, структуру (X = ?), невідомі або частково відомі вхід (Z=?) і структура (X = ?) або вхід (Z = ?) і вихід (Y = ?).

Існують системи типу "об'єкт" і типу