Теорія технічних систем

Структуру технічних систем можна уявити на різних рівнях абстрагування, а саме, як: а) функціональну; б) органоструктуру; в) конструктивну схему.

Можливості символічного, уявлення технічних систем не вичерпуются цими трьома структурами, їх може бути більше.

Взаємозв'язки між розглядуваними структурами технічних систем легко зрозуміти, використовуючи відношення "мета-засіб". З цієї точки зору призначення технічних сис-тем (як мета) забезпечується певною функціональною структурою (як засіб); ця функ-ціональна структура (як мета) може бути реалізована різними органоструктурами (як засіб); органоструктури (як мета) можуть бути реалізовані різними конструктивними схемами (як засіб).

Всі зовнішні дії технічних систем відносяться до активних (крім сторонніх впливів середовища), які називають завадами. Кожному впливу на технічну систему відповідає дія технічної системи (за принципом "вплив-реакція") - випадок "чорного ящику".

 

 

Функціональна структура технічних систем визначається як упорядкована су-купність функцій і відношень між ними і будується стосовно до її робочого стану.

Технічна функція - це здатність технічних систем при певних умовах перетворю-

вати вхідну величину в потрібну вихідну величину при забезпеченні чіткої відповідності залежної вихідної величини від незалежної вхідної.

Відношення між функціями, показані на прикладі функціональної структури слю- сарних лещат, можуть бути представлені в словесній формі таким чином: енергія оберто-вого руху передається ручці, енергія перетворюється із зростанням сили, обертання пе-ретворюється в поступовий рух, а поступовий рух разом з силою передається лещатам. В результаті з'являється функціональний опис способу дії технічних систем.

Мал. 1. – Графічне зображен-ня технічних систем у виг-ляді дерева. а, б) ознак будо-ви об’єкта; в) списки ієрархії спеціфікації.

Серед технічних функцій (для яких основні три можливі характеристики – склад-ність, ступінь абстрактності, призначення) треба вирізнити таке:

• логічна функція, яка перетворює одну або дві незалежні змінні величини в залеж-ні, котрі можуть приймати тільки два значення (наприклад, 0,1);
• узагальнена елементарна функція, яка створюється при об'єднанні операцій за-гального характеру (накопичення, передача, перетворення) з об'єктами таких узагаль-нених категорій як людина, матерія, енергія та інформація;
• нормативна елементарна функція, яка відповідає операціям об'єднання, роз-поділу та керування;
• фізична елементарна функція відповідно до 12 основних фізичних операцій: випускати, відділяти, збирати (складати), підганяти, перетворювати, помножити, направляти, з'єднувати, підключати, змінювати напрямок, встановлювати, ховати (зберігати).

Органоструктура - це абстрактна модель технічних систем, яка містить технічні засоби (виконавчі органи) і відношення, які реалізують способи дії певного класу.

Окремі виконавчі органи можна об'єднати по їх відношенню до перетворень і от-римати структуру більш високого рівня - органоструктуру перетворень (мал. 2), подібну сукупності функцій технічних систем.

 

 

Виконавчі органи (органоструктура) конкретизуються у вигляді конструктивних елементів (конструктивних схем). Конструктивна схема втілює (у загальному вигляді) усі 

потрібні властивості та ознаки технічних систем. Органоструктура може бути реалізована різними конструктивними схемами, в яких можуть існувати три типи від-ношень:

• просторові (визначаються розміщенням елементів технічних систем в просторі);
• механічні (зв'язки) окремих елементів (характеризуються ступенями вільності;
• енергетичні, які задаються, зокрема, силовим взаємовпливом між деталями (нап-риклад, створення сили обертанням гвинта).

Мал. 2. – Органоструктура перетворень

 

Конструктивна схема визначається не тільки типом впливу, способом дії та влас-

тивостями операнда, котрі вона повинна реалізовувати, але також і принципом її побу-дови. Типовим є, наприклад, модульний принцип побудови, котрий позитивно зарекомендував себе не тільки при проектуванні, але також при виготовленні та використанні технічні системи. Часто комбінують різні принципи, що дозволяє залучати її переваги і виключити недоліки.

 

 

Параметри і показники характеризують ступінь виконання функцій або ступінь функціонування технічних систем. Наприклад, головна функція компресора - "стискати газ", але можуть бути різні кінцеві тиски газу, кількість підведеного газу в одиницю часу, види газів, тобто різні ступені функціонування. Особливістю параметрів і показників є можливість їх безпосереднього кількісного вираження.

Параметри (більш загальне поняття, ніж показники) - це комплексні характе-ристики технічних систем і їх можна виразити через один або декілька показників, котрі для машин прийнято звати техніко-економічними. Наприклад, геометричний пара-метр можна виразити через такі показники, як довжина, висота, ширина, глибина, діаметр та ін., параметр маси - через показники абсолютної та питомої маси, тощо. Одни-ми з основних для машин є показники, які характеризують їх призначення: продук-тивність, швидкість роботи, тиск та ін.

Однією з найважливіших властивостей машин, які характеризують ступінь їх ко-рисності, є якість. До якісних характеристик ТС відносять такі їх властивості, як: надійність, технологічність, ергономіка, естетика, екологічність, транспортабельність, придатність до упаковки в експлуатації, тощо.

 

 

Термін "технічна система" визначено як узагальнюючий для широкого кола пристроїв, створених і створюваних людиною та іншими технічними системами, з метою задоволення різноманітних суспільних потреб. Технічні системи застосовуються у всіх сферах людської життєдіяльності; через те класифікація технічних систем як струнка система упорядкування різних машин, механізмів та пристроїв, має надзвичайно важливе методологічне та практичне значення.

Технічні системи можуть бути класифіковані за широким спектром ознак:

• за функцією (технічні системи для формоутворення, обертання, підйому) і типом перетворюваних об'єктів (матерії, енергії, інформації);
• за принципом здійснення робочої дії