Under arbejdet omdanner tekniske systemer energi og information, ejendom og materiens tilstand. Afhængig af formål og funktionsprincip er systemerne opdelt i maskiner, apparater og apparater. I de tilfælde, hvor det er vanskeligt at afgøre systemets tilhørsforhold, bruger de begrebet en enhed eller et kompleks, som for eksempel en reguleringsanordning, et rumkompleks mv.

Tekniske systemer designet til at opnå eller omdanne mekanisk energi er klassificeret som maskiner. De er baseret på mekanismer, dvs. systemer af bevægeligt indbyrdes forbundne kontaktende stive legemer-led, der udfører visse mekaniske bevægelser. Så maskiner inkluderer en bil (hjulkøretøj), en helikopter (pagajkøretøj) osv. Udvendigt kan forskellige maskiner indeholde lignende eller lignende mekanismer. De vigtigste funktionelle dele af maskinen er vist i fig. 9.

Ris. 9. Maskinen og dens vigtigste funktionelle dele

Tekniske systemer designet til at opnå eller omdanne andre typer energi er klassificeret som apparater. Eksempler på disse er et fjernsyn (et fjernsyn, der konverterer elektromagnetiske signaler til visuel-lydinformation), en telefon (et telefonapparat, der gensidigt konverterer lyd og elektriske signaler), et kamera, en raket (rumfartøj), en reaktor (en nuklear eller kemisk reaktor, der ændrer sig ved hjælp af reaktioner, egenskaber og/eller stoftilstand) osv.

Tekniske systemer til hjælpeformål (kontrol, styring, måling, regulering) er klassificeret som enheder. Afhængigt af driftsprincippet er de opdelt i mekaniske (gyroskop osv.), elektriske (voltmeter osv.), optiske (mikroskop osv.) osv., samt enheder med kombineret virkning ( optoelektroniske enheder osv. .).

Maskiners udførelse af hjælpefunktioner kan nødvendiggøre indførelse af elektriske, optiske og andre anordninger i deres sammensætning, og maskinenheder og mekaniske strukturer, såsom for eksempel et computerdiskdrev, en stangstruktur af en transmissionsledningsstøtte, i sammensætningen af ​​enheder. Forskelle i hjælpefunktioner for systemer med samme formål giver dem individualitet.

Som industrielle produkter er tekniske systemer og deres elementer, afhængigt af fremstillingens art, ifølge GOST 2.101 opdelt i følgende typer:

· Komplekse - to eller flere specificerede (der er dele af et fælles system og inkluderet i en enkelt specifikation) produkter, der ikke er forbundet på produktionsanlægget ved monteringsoperationer, men beregnet til at udføre indbyrdes forbundne funktioner;

· Monteringsenhed - et produkt, der består af separate dele, samles på produktionsanlægget og kan betragtes som et selvstændigt slutprodukt;

· Del - et produkt fremstillet af et materiale af samme navn eller mærke uden brug af monteringsoperationer.

Ofte bruger de konceptet med en samling, der indtager en mellemposition mellem en del og en montageenhed. Hvis en samleenhed fungerer som den endelige produkttype i en eller anden form for produktion, så er monteringsenheden en betinget del af produktet, der midlertidigt dannes i processen med dets montering (f.eks. en bildør, hvis den senere kommer ind i slutmontering af produktet).

Maskiner, apparater og enheder kan indgå i mere komplekse tekniske systemer, men kan på den anden side også bestå af separate indbyrdes forbundne dele. Et sæt ofte brugte dele danner elementbasen for fagområdet - maskinteknik, apparatteknik, instrumentteknik. Elementer af en sådan base er normalt kendetegnet ved et smalt funktionelt formål, de kan udvikles fuldt ud af en specialist, eller han bruger dem i det designede system i form af færdige produkter (montageenheder).

Elementer kan variere i design, men har et lignende formål. Det er accepteret at kombinere elementer med samme formål i grupper - modstande, gevindforbindelser osv. Blandt elementerne skelnes typiske, dvs. almindelige og ofte fundet i forskellige enheder (betragtes i generelle tekniske kurser), og specielle, der har en specifik anvendelse (studeret i specielle kurser, såsom rotorer, skinner, vinger osv.). Antallet af typiske elementer er begrænset, men hele rækken af ​​maskiner, apparater og instrumenter er hovedsageligt baseret på brugen af ​​disse elementer.

Elementbasen i maskinteknik har en række funktioner:

· En ret stor del af dens elementer indgår også i de elementære baser for apparat- og instrumentfremstilling, såsom for eksempel detaljer om gevindforbindelser;

· Maskinernes egenskaber påvirkes ikke kun af elementernes typer og arrangement, men også af deres størrelser og produktionsteknologi. Ved at ændre parametrene for det samme element er det muligt at ændre dets funktionelle formål, såsom et hjul og et svinghjul.

3.1. Generel definition af køretøj 3.2. Funktionalitet

3.2.1. Mål-funktion_ 3.2.2. Behov-funktion_ 3.2.3. Funktionsbærer 3.2.4. Funktionsdefinition 3.2.5. Funktionshierarki

3.3. Struktur

3.3.1. Definition af struktur 3.3.2. Strukturelement 3.3.3. Typer af strukturer 3.3.4. Strukturelle principper 3.3.5. Form 3.3.6. Hierarkisk struktur af systemer

3.4. Organisation_

3.4.1. Generelt koncept 3.4.2. Forbindelser 3.4.3. Styring 3.4.4. Organisatoriske destruktive faktorer 3.4.5. Vigtigheden af ​​at eksperimentere i processen med at forbedre organisationen

3.5. Systemisk effekt (kvalitet)

3.5.1. Egenskaber i systemet 3.5.2. Mekanismen for dannelse af systemegenskaber

3.1. Generel definition af køretøj

Betydningen af ​​den systematiske tilgang i studiet af udviklingsprocesser i teknologi er at betragte ethvert teknisk objekt som et system af indbyrdes forbundne elementer, der danner en enkelt helhed. Udviklingslinjen er en samling af flere knudepunkter - tekniske systemer, der adskiller sig skarpt fra hinanden (hvis man kun sammenligner dem med hinanden); mellem knudepunkterne er der mange mellemliggende tekniske løsninger - tekniske systemer med mindre ændringer i forhold til det tidligere udviklingstrin. Systemerne ser ud til at "flyde" ind i hinanden, udvikler sig langsomt, bevæger sig længere og længere fra det oprindelige system, nogle gange transformerer de til ukendelighed. Små ændringer akkumuleres og bliver årsag til store kvalitative ændringer. For at forstå disse mønstre er det nødvendigt at bestemme, hvad et teknisk system er, hvilke elementer det består af, hvordan forbindelser mellem dele opstår og fungerer, hvad er konsekvenserne af virkningen af ​​eksterne og interne faktorer osv. På trods af den enorme variation har tekniske systemer en række fælles egenskaber, attributter og strukturelle træk, som gør det muligt at betragte dem som en enkelt gruppe af objekter.

Hvad er hovedtrækkene ved tekniske systemer? Disse omfatter følgende:

systemer er opbygget af dele, elementer, det vil sige, de har en struktur,

systemer er skabt til et eller andet formål, det vil sige, de udfører nyttige funktioner;

elementer (dele) af systemet har forbindelser med hinanden, forbundet på en bestemt måde, organiseret i rum og tid;

hvert system som helhed har en speciel kvalitet, ulige med den simple sum af egenskaberne af dets bestanddele, ellers forsvinder fornuften i at skabe et system (integral, fungerende, organiseret).

Lad os forklare dette med et simpelt eksempel. Lad os sige, at du skal lave en sammensætning af en kriminel. Vidnet har et klart mål: at komponere et system (fotografisk portræt) af separate dele (elementer), er systemet beregnet til at udføre en meget nyttig funktion. Naturligvis mødes delene af det fremtidige system ikke tilfældigt, de skal supplere hinanden. Derfor er der en lang proces med at udvælge elementer på en sådan måde, at hvert element, der er inkluderet i systemet, komplementerer det foregående, og tilsammen ville de øge systemets nyttige funktion, det vil sige, at de ville øge portrættets lighed med den oprindelige. Og pludselig sker der på et tidspunkt et mirakel – et kvalitativt spring! - sammenfald af det sammensatte med forbryderens udseende. Her er elementerne organiseret i rummet på en strengt defineret måde (det er umuligt at omarrangere dem), er forbundet, sammen giver de en ny kvalitet. Også selvom vidnet helt nøjagtigt identificerer øjnene, næsen osv. med fotomodeller, så giver denne sum af "ansigtsstykker" (som hver især er korrekte!) ikke noget - det vil være en simpel sum af elementernes egenskaber. Kun funktionelt præcist forbundne elementer giver systemets hovedkvalitet (og retfærdiggør dets eksistens). På samme måde giver et sæt bogstaver (for eksempel A, L, K, E), der kun forbindes på en bestemt måde, en ny kvalitet (for eksempel ELKA).

ET TEKNISK SYSTEM er et sæt af ordnet interagerende elementer, der har egenskaber, der ikke kan reduceres til egenskaberne af individuelle elementer, og er designet til at udføre visse nyttige funktioner.

Således har et teknisk system 4 hovedtræk (grundlæggende):

funktionalitet,

integritet (struktur),

organisation,

systemkvalitet.

Fraværet af mindst én funktion tillader ikke, at objektet betragtes som et teknisk system. Lad os forklare disse tegn mere detaljeret.

Typer af beskrivelser af tekniske systemer.

Som angivet ovenfor, for at opnå den mest komplette beskrivelse af et komplekst teknisk system, skal det produceres fra forskellige positioner. Af de mange aspekter af beskrivelser er det tilrådeligt at udskille fem vigtigste og mest forbrugte, nemlig:

1) strukturel, 2) funktionel, 3) kybernetisk, 4) midlertidig og

5) teknologisk.

Andre aspekter, såsom økonomiske, æstetiske, ergonomiske og andre, kan bruges til at sammensætte beskrivelser, der har et særligt formål.

I overensstemmelse med ovenstående aspekter vil vi udpege fem hovedtyper af beskrivelser (fig. 1.4) og overveje deres funktioner.

Strukturel beskrivelse skal give en idé om strukturen (strukturen) af systemet, dets form (konfiguration), materialer, som dele af systemet er lavet af, stoffer, der anvendes som arbejdsvæsker (fig. 1.5).

Strukturen af ​​et komplekst system, som overvejes i den strukturelle beskrivelse, er som regel hierarkisk i sammensætning; i denne forbindelse, brugt til at beskrive strukturen, karakterisere den indbyrdes position af delsystemer, såvel som deres tilhørsforhold til et eller andet niveau i hierarkiet. Nedbrydningen af ​​et system på et niveau kan være baseret på konstruktive eller teknologiske overvejelser. For eksempel kan alle motorenheder tilhøre et niveau, samleenheder kan tilhøre et andet, og dele kan tilhøre det tredje.

Den vigtigste traditionelle måde at beskrive formen (konfigurationen) af tekniske systemer på er brugen af ​​skitser, tegninger, verbale beskrivelser. Oprettelsen af ​​automatiserede designsystemer krævede udvikling af specielle sprog og metoder til digital beskrivelse af former for forskellige geometriske overflader, den relative position af strukturelle elementer osv., egnet til at indtaste information i en computer.

Metoder til konstruktivt at beskrive systemer er normalt standardiseret i en eller anden form. Standardisering udføres inden for rammerne af det fælles system for designdokumentation (ESKD.)

Den strukturelle beskrivelse giver ikke en idé om systemets egenskaber i processen med de værker, som det skal bruges til. . Til disse formål er de nødvendigefunktionsbeskrivelse , som består af beskrivelser af sekvensen af ​​systemets tilstande under påvirkning af supersystemer (eller det ydre miljø) og beskrivelser af de processer, der bestemmer disse tilstande .

Den vigtigste måde at beskrive de processer, der finder sted i systemet, er deres nedbrydning til elementære processer, for eksempel processerne med masse og varmeoverførsel, omdannelsen af ​​energi i overensstemmelse med fysiske love. Dette er en intern måde til funktionsbeskrivelse. En ekstern måde er repræsentationen af ​​processer enten i form af en familie af funktionelle egenskaber eller i form af et sæt numeriske værdier af systemparametrene, der svarer til en af ​​dens tilstande. Funktionsegenskaber afhængighederne af de numeriske værdier af systemets parametre på de indikatorer, der bestemmer dets tilstand i driftsprocessen, kaldes ... Hastighedsegenskaberne for motorbelastningerne er et typisk eksempel på egenskaberne ved dens funktion.

I det generelle tilfælde systemets tilstand på et givet tidspunkt t bestemmes af de parametre, der karakteriserer dens eksterne forbindelser, starttilstanden ved t= t0, og også tidsintervallet D t= t - t0.

Motorens tilstand under dens drift kaldes normalt driftsformen. Motorer kan fungere i forskellige tilstande:

stationær (permanent),

ustabil (forbigående), tvungen rotation mv.

For stationære driftstilstande bestemmes motorens tilstand af de parametre, der karakteriserer tilstanden af ​​arbejdslegemerne: luft, brændstof, olie og vand (med vandkøling) - ved input og det ydre miljø - ved output fra motor, såvel som af parametre, der bestemmer energiforbrugerens tilstand (som sædvanlig er krumtapakslens kraft og hastighed). For ikke-stationære tilstande bestemmes motorens tilstand yderligere af parametre, der karakteriserer begyndelsen og tidspunktet for den forbigående proces.

Kendskab til de funktionelle egenskaber er nødvendig for at studere systemer, for at forudsige deres adfærd i forskellige situationer, samt for at sammenligne systemer med hinanden. ... Især sammenligning med et system taget som en standard bruges ofte til at bestemme graden af ​​konditionalitet af det undersøgte system.

For at implementere en funktionel beskrivelse af et delsystem er det nødvendigt at adskille det fra systemet ved at specificere eksterne forbindelser og bestemme dets tilstand. Strukturen af ​​dets funktionelle beskrivelse som et informationssystem er normalt hierarkisk. Mulig tilstedeværelse af alle tre typer hierarkier:

om ledelse, vil jeg komponere dybden af ​​beskrivelsen.

Antallet af niveauer i hierarkiet afhænger af de mål for implementeringen, som beskrivelsen er dannet af, og mængden af ​​vores viden om systemet.

I fig. 1.6 er et fragment af strukturen af ​​den funktionelle beskrivelse af systemet.

På grund af det faktum, at funktionerne i tekniske systemers funktion i vid udstrækning bestemmes af lovene og midlerne til deres kontrol, er det tilrådeligt at udskille et separat aspekt af beskrivelsen - kybernetisk , sigte som er identifikation af ledelsesstrukturen, samt karakteristika for systemets funktion i ledelsesprocessen.

Systemstyring kan være ekstern - fra siden af ​​supersystemet, intern - på grund af et af undersystemerne, der bærer funktionen

kontrol, eller kombineret - fra siden af ​​supersystemer ved hjælp af kontrolundersystemet. Systemer , hvilken har intern kontrol, kaldes automatisk.

Generelt kan vi skelne mellem fire lige hierarkier for ledelse (fig. 1.8). På det laveste niveau i hierarkiet er den såkaldte direkte kontrol, som udføres for at opretholde den specificerede driftstilstand for systemet i en stabil tilstand. Styresystemet svarende til det næste niveau i hierarkiet giver dig mulighed for at analysere tilstanden af ​​det kontrollerede system, når du ændrer handlinger på det, for eksempel fra det eksterne miljø, finder optimal kontrol i overensstemmelse med en given kontrolalgoritme og implementerer den med hjælp fra passende regulatorer og aktuatorer. Dette er et optimalt kontrolsystem. Systemet med adaptiv kontrol er på højeste niveau, hvilket giver mulighed for automatisk i styringsprocessen at foretage justeringer til den optimale kontrolalgoritme.

Og endelig, hvis det er nødvendigt at kontrollere flere systemer, er det muligt at bruge integreret kontrol, hvis egenskab er tilstedeværelsen af ​​yderligere funktioner til gensidig koordinering af arbejdet i kontrollerede systemer.

Det er indlysende, at et teknisk system, i strukturen af ​​kontrolsystemet, hvor der er niveauer af optimale adaptive og nogle gange komplekse kontroller, kan betragtes som kybernetisk.

Metoderne til at konstruere egenskaberne for funktionen af ​​objekter i kontrolprocessen har meget til fælles med metoderne til at konstruere egenskaberne for funktionen i den funktionelle beskrivelse af systemer, så vi vil ikke dvæle ved dette separat.

Det kan anses for, at ethvert teknisk system, i overensstemmelse med tegnet på variabilitet, er tilbøjeligt til udviklingens love, bestemt af de generelle love for teknisk fremskridt. "Udviklingen af ​​systemer, ledsaget af en ændring i deres egenskaber, struktur, anvendelsesområde mv., bør afspejles i deres tidsbeskrivelse. Ved hjælp af en midlertidig beskrivelse er det muligt at spore alle udviklingsstadier, dvs. for eksempel af dieselmotorer fra den første, bygget af G. Diesel, til moderne. beskrivelsen bliver især gribende med prædiktive undersøgelser.

Den midlertidige beskrivelse af systemet kan også knyttes til alle stadier af dets oprettelse (fig. 1.9). I dette tilfælde kan det bruges til planlægningsformål, bestemmelse af timing af systemopgraderinger, ændring af basismodeller osv.

For at fremstille et system er det nødvendigt ikke kun strukturelt, men også teknologisk beskrivelse ... Strengt taget er en teknologisk beskrivelse kun en beskrivelse af et givet teknisk system; det er først og fremmest en beskrivelse af resultaterne af funktionen af ​​det produktionssystem, som dette system er fremstillet i. Men hvis vi tager i betragtning, at designet af et teknisk system og funktionerne i dets funktion i de fleste tilfælde bestemmes af produktionsteknologi, bliver det indlysende, at den teknologiske beskrivelse skal inkluderes i rækken af ​​aspekter af beskrivelsen af ​​systemer.

Den teknologiske beskrivelse bør indeholde en beskrivelse af teknologiske operationer for bearbejdning af materialer, som systemet er lavet af, testteknologier for delsystemer og hele systemet mv. Den teknologiske beskrivelse skal udføres i overensstemmelse med det fælles system for teknologisk dokumentation (ESTD).

Foredrag 3. Systemkvalitetsindikatorer.

Fuld brug af strukturelle, funktionelle, kybernetiske og andre typer beskrivelser er som regel ikke praktisk til formålet med overvågning og kontrol af systemer, såvel som til at sammenligne sidstnævnte med hinanden. I denne henseende blev det nødvendigt at bruge en mere kompakt form for beskrivelse af systemer i form af et sæt numeriske værdier af parametre defineret for en hvilken som helst (for eksempel nominel) eller flere tilstande i systemet.

Antallet af parametre for et komplekst system, der karakteriserer dets egenskaber, kan være ret stort, i princippet uendeligt. Samtidig er det muligt at udskille en væsentligt mindre gruppe af de vigtigste af dem, hvilket med tilstrækkelig fuldstændighed karakteriserer systemets evne til at levere egenskaberne for de supersystemer, det er inkluderet i. Repræsentanter for denne gruppe af parametre kaldes kvalitetsindikatorer.

Alle mange kvalitetsindikatorer kan opdeles i:

1) indikatorer, der direkte karakteriserer systemets egenskaber,

2) indikatorer, der karakteriserer egenskaberne ved andre systemer, der overføres til dette system.

Den første gruppe af indikatorer kan igen opdeles i følgende undergrupper:

1) indikatorer, der bestemmer systemets vigtigste tekniske egenskaber, for eksempel, såsom effekt, gasrespons, pålidelighed, motorvægt;

2) ergonomiske indikatorer, for eksempel, der karakteriserer vibrationer, støj, røg fra motorens udstødning;

3) operationelle og økonomiske indikatorer, som for eksempel er et skøn over omkostningerne til brændstof, olie, vedligeholdelse af motoren under dens drift;

4) æstetiske indikatorer, for eksempel, der karakteriserer proportionaliteten af ​​former, harmoni og integritet af motordesignet.

Blandt de indikatorer, der karakteriserer egenskaberne ved andre systemer, kan separate undergrupper også skelnes:

1) produktions- og teknologiske indikatorer, der karakteriserer arbejdsintensiteten ved fremstilling af systemet, graden af ​​brug af materialer;

2) produktions- og økonomiske indikatorer, f.eks., såsom den primære pris og prisen på motoren; indikatorer for standardisering og nogle indikatorer for ensretning, der karakteriserer antallet af elementer til fælles med andre systemer.

For at sikre den nødvendige fuldstændighed, pålidelighed og bekvemmelighed ved at beskrive systemer, er det ønskeligt, at de parametre, der anvendes i form af kvalitetsindikatorer, er enkle nok til at bestemme, give en klar og fyldestgørende idé om de egenskaber, som de er tildelt, har god følsomhed over for ændringer i disse egenskaber og være vedvarende over for tilfældige forhindringer i processen med deres identifikation (måling) ... I denne forbindelse er identifikation af nomenklaturen af ​​kvalitetsindikatorer ikke en helt enkel opgave. Ofte bruges specielle metoder til at vælge det mindste antal kvalitetsindikatorer, for eksempel metoden til ekspertvurderinger.

For brugen af ​​kvalitetsindikatorer skal man i stedet for en fuldstændig beskrivelse af systemet betale med en fejl, der er bestemt af ufuldstændigheden af ​​information, som er i hver indikator. Jo mindre antallet af kvalitetsindikatorer er, jo højere er denne fejl naturligvis.

Kvalitetsindikatorer kan karakterisere en eller flere egenskaber ved systemet. I det første tilfælde kaldes de enkelte kvalitetsindikatorer, i det andet - komplekse. Hvis egenskaberne for systemet som helhed vurderes af en indikator, kaldes denne indikator den definerende kvalitetsindikator (GOST 1547-79). Nogle gange i litteraturen kaldes den definerende indikator for kvaliteten af ​​systemet indikatoren for dets effektivitet.

Ganske ofte bruges relative indikatorer, som er forholdet mellem kvalitetsindikatorerne for et givet system og et system, der er vedtaget som en standard. Sættet af relative kvalitetsindikatorer karakteriserer systemets kvalitetsniveau (tekniske niveau).

Hele systemer.

Enhver beskrivelse af et teknisk system kan betragtes som ufuldstændig, hvis vi ikke overvejer graden af ​​tilfredsstillelse af dets egenskaber med behovene hos systemer af en højere orden og i sidste ende samfundet. At opfylde samfundets samlede behov kan betragtes som det primære ultimative mål med at skabe et system, eller mere enkelt, systemets hovedmål .

Samfundets behov, dannet på niveau med tekniske systemer af en bestemt type, skal opfyldes i tre nært beslægtede kategorier:

1) kvalitet,

2) mængder,

3) nomenklaturen af ​​disse systemer.

Især samfundets behov for forbrændingsmotorer skal opfyldes af hver enkelt motors kvalitet, udvalget af motorer og antallet af motorer af hvert navn.

Hvis du ikke ved, i hvilket omfang dette behov er opfyldt, så vil alle aspekter af beskrivelsen beskrevet ovenfor ikke være af væsentlig betydning, da vi ikke vil være i stand til at sige det vigtigste om systemet: om det er godt eller dårlig, dens formålstjenlige brug eller ej.

Samfundets behov for tekniske systemer er opdelt i behovene på de interne og eksterne salgsmarkeder, behovet for det indre marked - i behovene i sektorer af den nationale økonomi, behovet for hver industri - i behovene hos individuelle forbrugere, etc. I den forbindelse kan systemets (endelige) hovedmål opdeles i komponenter, de såkaldte delmål, dem i endnu mindre delmål osv. Resultatet er en hierarkisk struktur af mål, nogle gange omtalt som et måltræ (figur 1.10).

Opdelingen af ​​systemets mål i delmål udføres for logisk at forbinde dette mål med midlerne til at nå det gennem komponenterne. Måltræet er som regel bygget fra top til bund - fra hovedmål til delmål, og leveringen af ​​mål skal naturligvis udføres fra top til bund. Først leveres målene for det laveste niveau, derefter med deres hjælp (de er ligesom midler til opnåelse) - målene for det nærmeste øverste niveau osv., indtil hovedmålet er nået.

På grund af det faktum, at kvaliteten af ​​et system er et sæt af dets egenskaber, som bestemmer tilfredsstillelsen af ​​målene for dets oprettelse eller brug, bærer kvalitetsindikatorer som det var to funktioner:

for det første giver de dig mulighed for at beskrive hele systemer,

for det andet ved at bruge numeriske udtryk til at vurdere graden af ​​tilfredsstillelse af disse mål.

Hele systemskabelser kan formuleres på forskellige måder:

1) erhverve de bedste (optimale) egenskaber (kvalitet);

2) erhverve de bedste egenskaber i nærvær af restriktioner, for eksempel på menneskelige, materielle, økonomiske ressourcer og tid;

3) erhverve de angivne ejendomme.

Lad hovedmålet i designet af systemet være at få ejendommen f som målt ved kvalitetsindikatoren F . Derefter, for at opnå den bedste kvalitet, er det nødvendigt at skabe et sådant design af systemet eller at give sådanne betingelser for dets drift, hvorunder indikatoren F vil tage den optimale værdi.

I betragtning af at systemoptimering er et meget vigtigt og alvorligt problem, er det tilrådeligt at dvæle ved nogle optimeringskoncepter, som vil være nyttige for os i den efterfølgende præsentation.

Grundlæggende begreber om optimering.

Ordet "kriterium" er af græsk oprindelse, det kan oversættes til "målestok". Hvis der ved hjælp af et eller andet kriterium udløses et optimeringsproblem, så har vi at gøre med et optimalt (optimerings)kriterium. Ovenstående kriterium F er kriteriet for det optimale.

Når man løser nogle optimeringsproblemer på matematiske modeller, er det ikke altid muligt at sammenligne mulighederne efter det valgte optimale kriterium. Nogle gange er det ikke muligt at skelne det eksplicit, og det er nødvendigt at finde andre parametre, der i øvrigt karakteriserer ændringerne; nogle gange er vurderingen baseret på den funktion, der omfatter dette kriterium.

I teorien om operationsforskning kaldes den funktion, der bruges til at evaluere graden af ​​optimal løsning på en matematisk model, kriteriet eller målfunktionen. Den objektive funktion er ikke sammenfaldende med det optimale kriterium ved anvendelse af straffunktionsmetoder, ved løsning af multikriterieproblemer mv.

Der er endnu en forskel mellem det optimale kriterium og den objektive funktion. Det optimale kriterium har måske ikke en matematisk formulering, men består af begreber præsenteret på et verbalt, meningsfuldt niveau. Objektivfunktionen har altid en matematisk formulering.

Der kan være forskellige tilfælde af optimale løsninger.

1. Den objektive funktion kan have et eller flere ekstrema. Den største (mindste) af ekstremerne kaldes det globale ekstremum maksimum (minimum). Afhængigt af antallet af ekstrema kaldes objektive funktioner enkelt- eller multiekstremale (nogle gange - uni- eller polynomier).

2. Den optimale værdi af den objektive funktion opnås inden for eller ved grænserne af det tilladte område. Et lokalt ekstremum, der ligger på kanten af ​​det tilladte område, kaldes et betinget maksimum eller minimum (fig. 1.13).

Valget af optimale kriterier og dannelsen af ​​områder med mulige løsninger udføres på grundlag af analysen af ​​systemets mål. Lad os give et eksempel. Antag, at det er nødvendigt at oprette en motor til at drive generatoren (1. mål), der giver maksimal effekt (2. mål) for de givne begrænsende dimensioner (3. mål). Derefter kan det optimale kriterium tages som værdien af ​​den effektive effekt ved den nominelle tilstand (ved motorhastigheden, generatorrotorens jævne hastighed), og rækken af ​​tilladte løsninger vil blive bestemt af begrænsningerne for hastigheden og designdimensionerne af motoren.

På grund af eksistensen af ​​mange mål, ved optimering af et system, kan mange kriterier bruges til at vurdere det optimale. Repræsentanter for dette sæt kaldes særlige eller lokale kriterier.

Hvis optimeringen af ​​systemet udføres i henhold til et enkelt kriterium, som karakteriserer dets vigtigste (set fra supersystemets synspunkt) egenskaber, så kaldes et sådant kriteriumglobal .

Hvis processen med optimering af et teknisk system involverer kriterier, der evaluerer egenskaberne af delsystemer, der tilhører forskellige niveauer i hierarkiet, så er det tilrådeligt at kalde disse kriterierlokal , eller private, kriterier for det samlede niveau i hierarkiet.

Optimalt system.

For at identificere det bedste system fra det tilgængelige sæt af systemer, er det nødvendigt at tildele et optimalt kriterium og sammenligne dets værdier opnået for hvert af systemerne i sættet . Alt andet lige vil det optimale system være det, hvor kriterieværdien vil have en ekstrem værdi ... Ville et sådant system være det bedste i alle aspekter? Nej, for ét kriterium kan ikke fuldt ud beskrive systemet. For at optimere systemet i henhold til egenskaber, der ikke er omfattet af det valgte kriterium, er det nødvendigt at indføre andre optimale kriterier, det vil sige at gå over til et multi-kriterie optimeringsproblem, og det er normalt umuligt at løse sidstnævnte objektivt og utvetydigt .

Når der er flere kriterier for det optimale, er det normalt umuligt at finde en løsning, der leverer ekstremum til dem alle på samme tid. Lad os forklare dette ved at bruge følgende forenklede eksempel på motoroptimering af

to optimumskriterier.

Lad det første kriterium være motorens effektive effekt ved den nominelle tilstand nej, den anden - motortid mellem fejl T. Lad os overveje motorindstillinger, der kun adskiller sig ved krumtapakslens hastighed ved den nominelle tilstand. Lad arten af ​​ændringen i disse kriterier være den samme som i fig. 1.14, hvor ekstreme punkter er angivet med asterisker. Figuren viser, at den maksimale MTBF T* opnås ved krumtapakselhastighed n1, og den maksimale effekt Ne- kl n2. Den bedste systemmulighed (dvs. motor), hvor den samtidige T= T* og Ne = N * e, i vores opgave kan det naturligvis ikke være.

Fra det givne eksempel viser det sig, at enhver beslutning om at vælge den bedste mulighed, når antallet af optimale kriterier er mere end ét, som regel vil være et kompromis. Hvad gemmer sig i ovenstående definition af det optimale bag udtrykket "et sæt mulige systemer."

Hvis, når man søger efter en optimal løsning i et et-kriterium-problem, ændres den variable parameter i området -en £ x £ b, så kan man på den ene eller anden måde opregne alle dens værdier og derved finde yderpunktet for det optimale kriterium... Når vi overvejer muligheder for konstruktive ideer og ønsker at designe et teknisk system, der er optimalt i forhold til en konstruktiv idé, som ligger til grund for det, så har vi endda teoretisk set ingen mulighed for at sortere alle løsningerne, fordi antallet af indikatorer, der karakterisere en konstruktiv idé er usikker, og måske uendelig. Derfor er det klart, at der i streng forstand ikke kan skabes et optimalt system og derfor et optimalt forbrændingsmotorsystem.

Men for at skelne motorer og deres systemer fra andre skabt ved traditionelle metoder, vi vil kalde den optimale motor (system) sådan (sådan), over hvilken optimeringsproceduren udføres alene eller flere kriterier, der er inkluderet i antallet af kvalitetsindikatorer.

Optimal relativitet.

I forbindelse med ovenstående er konceptet om en optimal løsning ikke en absolut kategori, det er kun gyldigt under de betingelser, der er bestemt ved indstilling af optimeringsproblemet. Først og fremmest afhænger valget af den optimale variant i det væsentlige af, hvad der tages som kriteriet for det optimale og begrænsningerne.

Det burde være indlysende, at hvis, når man optimerer en motor med et givet system af begrænsninger, det optimale kriterium tages som effektiv effekt, så vil vi få et sæt optimale designparametre, hvis motoren er optimeret med hensyn til specifikt brændstofforbrug, en anden, og endelig, hvis motoren er optimeret med hensyn til trækegenskaber, - tredje.

Lad os give et eksempel. Antag, når du indstiller optimeringsproblemet for en dieselmotor med en given effekt som en begrænsning, den tildelte grænseværdi for ressourcen til eftersyn R = 5000 h. Det er sandsynligt, at vi som et resultat af den udførte motoroptimeringsoperation vil have et højhastighedsmotordesign. Hvis vi alt andet lige sætter værdien af ​​den begrænsende ressource R = 100.000 timer, så får vi en optimal lavhastighedsmotor, eller vi vil afsløre, at opgaven ikke har nogen løsning (hvis der er en begrænsning på motorens dimensioner og vægt).

I multikriterieproblemer afhænger resultaterne af valg af den optimale løsning i endnu højere grad af problemformuleringen, da det er nødvendigt yderligere at sætte en regel for valg af optimale løsninger - princippet om optimum.

Af ovenstående følger det, at enhver optimering er relativ, og ved at bruge udtrykket "optimalt system" er det nødvendigt at bestemme, under hvilke betingelser optimum tilvejebringes..

Modelklassificering.

Modelleringer et kraftfuldt middel til videnskabelig og teknisk viden, i hvilken proces ikke selve objektet undersøges, men et mellemliggende system (naturligt eller kunstigt), der er i stand til at give information om det erkendte objekt i det aspekt, der er nødvendigt for forskeren baseret på opgaver, der står over for det .

Modellering er så dybt indlejret i teknologien, at vi ofte ikke bemærker, at vi har med modeller at gøre. På nuværende tidspunkt gennemgår enhver teknisk genstand, før den er inkorporeret i metal, så at sige stadierne af modeleksistens i form af:

tegninger, beregninger, layouts, pilotanlæg mv.

Og faktisk er det ikke selve objektet, der bliver designet, men dets modeller, som så efter passende transformationer implementeres i form af et objekt.

Vi vil forstå ved modellen af ​​et teknisk system EN dens beskrivelse, skrevet på ethvert sprog eller andet teknisk system V, i stand til at erstatte systemet EN i et eller andet aspekt i processen med dets design, forskning eller ledelse.

Ethvert system kan modelleres på et uendeligt antal måder. Dette sæt er defineret og begrænset,

for det første systemets mål,

for det andet målene med modellering,

for det tredje ved de tekniske midler til at bygge modeller, og endelig ved de kreative evner hos deres skabere, som er placeret.

Det er praktisk at bruge modeller af mange årsager:

1) modellen er lettere at håndtere;

2) oftest kan vi vide mere om modellen end om originalen;

3) modellen giver dig mulighed for at få en idé om de ekstreme situationer, som systemet kan befinde sig i, uden fare for udstyr eller menneskeliv;

4) modellen er normalt meget billigere end originalen, og brugen sparer tid.

I dag kan det siges utvetydigt, at en systemisk tilgang er umulig uden den udbredte brug af modellering. Modeller er hovedsageligt nødvendige for at udføre sådant arbejde som studiet af lovene for systemernes funktion, under hensyntagen til deres forhold til det ydre miljø;

forudsige systemers adfærd eller deres egenskaber i givne situationer og forudsige situationer, der er af interesse;

udvælgelse og optimering af parametre og karakteristika for systemfunktioner;

ledelse af design, produktion og drift af systemer.

Forskningsproblemer, der kan løses ved modellering, kan opdeles i fire grupper:

direkte analyseproblemer, hvor responsen af ​​et system med en given struktur og egenskaber på handlingen på det bestemmes;

omvendte analyseproblemer, hvor, ifølge en kendt reaktion af et system med en kendt struktur og egenskaber, de forstyrrelser, der forårsagede denne reaktion, bestemmes;

synteseproblemer, der kræver at finde strukturen af ​​systemet og dets parametre, der giver de ønskede egenskaber;

induktive problemer, hvis løsning er nødvendig for at teste hypoteser, afklare beskrivelserne af systemet, identificere visse egenskaber ved systemet.

Alle modeller kan opdeles i abstrakt og materiale. Abstrakt vi vil kalde modeller, der er beskrivelser, og modeller implementeret i form af tekniske, cybernetiske eller kombinerede systemer,- materiale .

Abstrakte modeller er informationssystemer; de kan ikke eksistere uden væsentlige informationsbærere... Abstrakte modeller omfatter: verbale modeller (for eksempel beskrivelser af design af motorer, betjeningsvejledninger), grafiske modeller (tegning) og endelig matematiske modeller, som hovedsageligt bruges til at beskrive sprogene i matematiske symboler.

På den anden side er der abstrakte modeller af systemer og abstrakte modeller for operationer på systemer. Sidstnævnte vil blive kaldt driftsmodeller, tjener de til at udføre forskellige operationer udført på både abstrakte og materielle modeller.

En operation på en model kan betragtes som selve modellen, hvis driftsmodellen præsenteres som en model for funktionen af ​​et komplekst supersystem, som omfatter det system, som operationen udføres på, og det system, der udfører operationen, - mand, computer eller mand-maskine system.

Materialemodeller er opdelt i fysiske og analoge.

Fysiske modellerhar samme fysiske karakter af processerne som det simulerede system ... V analoge modeller virkelige processer, der finder sted i det modellerede system, erstattes af processer af en anden fysisk karakter, som har fælles mønstre med virkelige processer .

Et teknisk objekt kaldes en virkelig enhed skabt af en person, en metode, et materiale designet til at opfylde visse behov.

Alle tekniske objekter består af elementer, der er udelelige dele af en helhed. Hvis funktionen af ​​et element i et teknisk objekt påvirker funktionen af ​​et andet element, så kaldes sådanne tekniske objekter (i modsætning til aggregater) normalt tekniske systemer (TS).

Et teknisk system er et sæt af indbyrdes forbundne elementer af et teknisk objekt, kombineret for at udføre en specifik funktion, mens det besidder egenskaber, der ikke kan reduceres til summen af ​​egenskaberne af individuelle elementer.

Typer af tekniske systemer.

De elementer, der udgør det tekniske system, er kun relativt udelelige dele af helheden. For eksempel omfatter en træbearbejdningsmaskine mange komplekse dele: en seng, mekanismer for hovedbevægelse, fremføring, lokalisering, regulering, indstilling, kontrol og drev. Samtidig kan en enkelt maskine i "træbearbejdningsværkstedet"-systemet med et stort antal forskellige maskiner betragtes som et element, det vil sige en udelelig helhed. I denne forbindelse kaldes i forhold til systemet "maskinen" "træbearbejdningsværkstedet". supersystem, og de ovennævnte dele af maskinen - delsystemer. For ethvert system kan der skelnes mellem et subsystem og et supersystem. For systemets ″ mekanisme for hovedbevægelsen af ​​maskinen ″ vil dele af lejehuset, akslen, skæreværktøjet være undersystemer, og maskinen - et supersystem. Nogle systemer udfører modsatte funktioner i forhold til dette system. De kaldes antisystemer. For eksempel er et overfladeskib og en ubåd, en motor og en bremse objekter, der fungerer omvendt.

Idealet for tekniske systemer.

Tekniske systemer udvikler sig i henhold til loven om progressiv evolution. Det betyder, at udviklingskriterierne i hver generations system forbedres, indtil de nærmer sig det globale ekstremum. Hvert teknisk system stræber efter sit ideal, når dets parametre vægt, volumen, areal osv. nærmer sig det ekstreme. Et ideelt teknisk system er et, der ikke synes at eksistere, og dets funktioner udføres fuldt ud af sig selv. Idealitetens regelmæssighed er værdifuld, fordi den antyder, i hvilken retning et effektivt teknisk system bør udvikle sig. Det er generelt accepteret, at et system er ideelt, hvis det har en eller flere af følgende egenskaber:

1. Systemets dimensioner nærmer sig eller falder sammen med dimensionerne af det behandlede eller transporterede objekt, og systemets masse er meget mindre end objektets masse. For eksempel blev bulkmaterialer i oldtiden opbevaret og transporteret i jordfartøjer, nu i poser.

2. Massen og dimensionerne af det tekniske system eller dets vigtigste funktionelle elementer bør nærme sig nul, og i det begrænsende tilfælde lig med nul, når der ikke er nogen anordning, og den påkrævede funktion udføres. For eksempel sker opdeling af træ i stykker med en sav. Men nu dukkede der laserinstallationer op til disse formål. Der er ikke noget skæreværktøj, som det var, men dets funktioner udføres.

3. Objektets behandlingstid har tendens til eller er lig med nul (resultatet opnås med det samme eller øjeblikkeligt). Den vigtigste måde at realisere denne egenskab på er at intensivere processer, reducere antallet af operationer og kombinere dem i rum og tid.

4. Effektiviteten af ​​et ideelt system har tendens til enhed, og energiforbrug - til nul.

5. Alle dele af et ideelt system udfører nyttigt arbejde i det fulde omfang af deres designkapacitet uden nedetid.

6. Systemet fungerer i uendelig lang tid uden nedetid og reparation.

7. Systemet fungerer uden menneskelig indblanding.

8. Det ideelle system har ikke en skadelig effekt på mennesker og miljø

Beskrivelse af tekniske systemer

Kriterier for udvikling af tekniske objekter

Begrebet tekniske objekter, tekniske systemer og teknologier

En persons kreative opfindsomme aktivitet manifesterer sig oftest i udviklingen af ​​nye, mere avanceret i design og den mest effektive i drift. tekniske genstande(TO) og teknologier deres fremstilling.

I den officielle patentlitteratur har udtrykkene "teknisk objekt" og "teknologi" fået navnene henholdsvis "anordning" og "metode".

Ord "et objekt" betegner, hvad en person (subjekt) interagerer med i sin kognitive eller objektive-praktiske aktivitet (computer, kaffekværn, sav, bil osv.).

Ordet "teknisk" betyder, at vi ikke taler om nogen betingede eller abstrakte objekter, nemlig " tekniske genstande».

Tekniske objekter bruges til: 1) indvirkning på arbejdsgenstande (metal, træ, olie osv.), når der skabes materielle værdier; 2) modtagelse, transmission og transformation af energi; 3) forskning i lovene for udvikling af natur og samfund; 4) indsamling, lagring, behandling og transmission af information; 5) proces kontrol; 6) skabe materialer med forudbestemte egenskaber; 7) bevægelse og kommunikation; 8) forbruger- og kulturtjenester; 9) at sikre landets forsvar mv.

Et teknisk objekt er et vidt begreb. Dette er et rumskib og et strygejern, en computer og en støvle, et tv-tårn og en haveskovl. Eksisterer elementær vedligeholdelse kun bestående af ét materiale (konstruktivt) element. For eksempel støbejernshåndvægt, spiseske, metalskive.

Sammen med begrebet "teknisk objekt" er udtrykket "teknisk system" meget brugt.

Teknisk system (TS) - det er et bestemt sæt af ordnede indbyrdes forbundne elementer designet til at tilfredsstille bestemte behov, til at udføre visse nyttige funktioner.

Ethvert teknisk system består af en række strukturelle elementer (links, blokke, enheder, samlinger), kaldet delsystemer, hvis antal kan være lig med N. Samtidig har de fleste tekniske systemer også supersystemer - tekniske objekter af en højere designniveau, hvori de indgår som funktionelle elementer. Supersystemet kan omfatte fra to til M tekniske systemer (Fig. 2.1.).

Tekniske objekter (systemer) udfører visse funktioner (operationer) til transformation af stof (objekter af levende og livløs natur), energi eller informationssignaler. Under teknologi betyder en metode, metode eller program til at konvertere stof, energi eller informationssignaler fra en given begyndelsestilstand til en given sluttilstand ved brug af passende tekniske systemer.

Enhver TO er i en vis interaktion med omgivelserne. TO's interaktion med det omgivende levende og livløse miljø kan ske gennem forskellige kommunikationskanaler, som hensigtsmæssigt er opdelt i to grupper(fig. 2.2.).

Første gruppe omfatter strømme af stof, energi og informationssignaler transmitteret fra miljøet til TO, anden gruppe - strømme overført fra TO til miljøet.

Og m - funktionelt betingede (eller kontrol) inputhandlinger, inputstrømme til de fysiske operationer, der implementeres;

Og påtvingede (eller forstyrrende) inputpåvirkninger: temperatur, fugtighed, støv osv.;

C t - funktionelt betingede (eller regulerede, kontrollerede) outputeffekter, outputstrømme af fysiske operationer implementeret i objektet;

С в - tvungne (forstyrrende) udgangseffekter i form af elektromagnetiske felter, vandforurening, atmosfære osv.

Kriterierne for udvikling af vedligeholdelse er de vigtigste kvalitetskriterier (indikatorer) og bruges derfor til at vurdere kvaliteten af ​​vedligeholdelsen.

Udviklingskriteriernes rolle er især stor i udviklingen af ​​nye produkter, når designere og opfindere i deres missioner stræber efter at overgå niveauet for verdens bedste præstationer, eller når virksomheder ønsker at købe færdige produkter på dette niveau. For at løse sådanne problemer spiller udviklingskriterier rollen som et kompas, der angiver retningen for den progressive udvikling af produkter og teknologier.

Enhver vedligeholdelse har ikke ét, men flere udviklingskriterier, derfor stræber de, når de udvikler vedligeholdelse af hver ny generation, efter at maksimere nogle kriterier og ikke forværre andre.

Hele sættet af kriterier for udvikling af TO er normalt opdelt i fire klasser (fig. 3.3.):

· funktionelle, karakterisering af ydeevneindikatorerne for objektets funktion;

· teknologisk afspejler muligheden for og kompleksiteten ved at fremstille TO;

· økonomisk at bestemme den økonomiske gennemførlighed af at implementere funktionen ved hjælp af den betragtede TO;

· antropologisk forbundet med vurderingen af ​​indvirkningen på en person af negative og positive faktorer fra siden af ​​TO skabt af ham.

Et enkelt kriterium kan ikke fuldt ud karakterisere hverken effektiviteten af ​​den udviklede TO eller effektiviteten af ​​processen med dens oprettelse. Ud fra dette, begynder udviklerne at oprette en ny TO, danner udviklerne et sæt kriterier (kvalitetsindikatorer) for både det tekniske objekt og processen med dets oprettelse. Proceduren for at udvælge kriterier og anerkende graden af ​​vigtighed kaldes udvælgelsesstrategi.

Samtidig er et sæt kriterier reguleret af GOST. Kvalitetsindikatorer inddelt i 10 grupper:

1.udnævnelse;

2. pålidelighed;

3. økonomisk brug af materialer og energi;

4. ergonomisk og æstetisk ydeevne;

5. indikatorer for fremstillingsevne;

6. indikatorer for standardisering;

7. indikatorer for forening;

8. Sikkerhedsindikatorer;

9. patent- og juridiske indikatorer;

10. økonomiske indikatorer.

Hvert teknisk objekt (system) kan repræsenteres af beskrivelser med hierarkisk underordning.

Brug for (funktion ).

Under brug for betyder en persons ønske om at opnå et bestemt resultat i processen med transformation, transport eller opbevaring af stof, energi, information. Beskrivelser af behov P skal indeholde oplysninger:

D - om den handling, der fører til tilfredsstillelse af interessen;

G - om objektet eller emnet for teknologisk behandling, som handlingen er rettet mod D;

N - om tilstedeværelsen af ​​betingelser eller begrænsninger, hvorunder denne handling implementeres.