Системный подход как база теории технических систем

Системный подход позволяет трактовать любую техническую проблему с позиции теории технических систем

Под технической системой (TS) понимают комплекс, отражаю­щий преобразования и связи технического изделия на основе энергии, массы и информации.

Таким образом, TS – это не отдельные механизмы и машины, а это единый комплекс понятий и положений, который основывается на сущностях и закономерностях структуры, создания и использования.

С точки зрения системного подхода TS можно рассматривать как элемент системы преобразований с различной классификацией и свойст­вами.

I. TS как элемент системы преобразований.

Для удовлетворения своих потребностей человек находит в при­роде лишь некоторые полноценные, не требующие изменения средства. В большинстве случаев он вынужден на эти средства (массу) воздействовать многочисленными технологическими способами: изменять, комбиниро­вать, резать, плавить, варить, разрушать, преображать энергию и др.

Процессы такого рода называются преобразованиями.

Существуют модели системы преобразований вытекающие из следующих соображений:

– желаемые преобразования достигаются целенаправленным воз­действиями материального (S), энергетического (Е), информационного (I) типов.

– все воздействия при любом преобразовании осуществляются людьми (∑Ме), техническими системами и окружением (Um).

Получение модели технической системы (TS-черный ящик) из модели системы преобразований, представлена на рис.1.5.

Рисунок 1.5 – Модель технической системы при взаимодействии
с системой преобразований

При решении проблемы моделирования технической системы и системы преобразований важно установить отношение „цель – средство”. Важно при поставленной „цели” найти те „средства” пригодные для ее выполнения.

II. Классификация TS.

Область применения TS очень широка и включает в себя все отрасли техники и технологии: металлообрабатывающую промышленность, металлургию, транспорт, энергетику, фармацевтическую промышленность и т.д.

TS могут быть классифицированы по следующим признакам:

– по функции (рабочему действию): придание формы, вращение, подъем и т.п.;

– по принципу осуществления рабочего действия: гидравличе­ские, электрические, пневматические, электронные;

– по уровню сложности;

– по характеру функционирования: скоростные, мощностные, им­пульсные и т.п.;

Также существуют классификации по оригинальности, типу про­изводства, фирме изготовителю и т.п.

Классификация по степени оригинальности:

1. Заимствованные TS. Для выполнения необходимых функций уже существует какие-либо TS, из которых могут быть выбраны наиболее подходящие.

2. Доработанные TS. Имеется TS, выполняющая необходимые функции, но не отвечающая некоторым требованиям. Возникает необходимость изменять, габариты, мощность, скорость и т.п.

3. Модифицированные TS. Существующие TS не отвечают предъявляемым требованиям. В модифицированных системах обычно не изменяются функции, некоторые параметры и принцип действия. Изменяются материалы, технология, органоструктура и конструктивная схема. Осуществляется переделка конструкции.

4. Новые TS. Разрабатывается новый принцип действия и другие технические свойства системы.

Более подробно рассмотрим классификацию TS по уровню сложности (табл.1.1). Представленная классификация наиболее часто применяется в конструкторской практике. На более высоких уровнях (второй и выше) существуют промежуточные уровни.

Таблица 1.1 – Классификация технических систем по уровню сложности

Уровень сложности	TS	Характеристика	Примеры
1	2	3	4
I	Конструктивные элементы или детали машины	Элементарная система, изготовленная без монтажных работ	Болт, пружина, шайба
II	Узел; Механизм	Простая система, выполняющая простую функцию	Гидравлический привод, шпин­дельная бабка токарного станка
III	Машина; Прибор	Система, состоящая из групп и элементов, выполняющих определенные функции	Станок, автомо­биль
IV	Промышленный комплекс; Предприятие	Сложная система, состоящая из машин и групп выполняющих ряд функций, характе­ризующаяся упорядоченной совокупностью функций и места	Технологические линии; Цех

На практике общепризнано, что нижние уровни технических систем находят более универсальное применение.

Классификация по типу производства.

1. TS единичного и мелкосерийного производства.

В этом случае конструкторские и подготовительные работы необ­ходимо приспособить к нуждам поштучного производства, в условиях которого стоимость каждой изготовленной технической системы увеличивается. Не исключено, что в условиях единичного производства необходимая функция технической системы вообще не будет достигнута, поскольку при изготовлении крупных технических систем приходится работать без прототипа. Поэтому эта категория систем предъявляет высокие требования к конструкторской документации и оснащению производства современными технологическими комплексами с ЧПУ.

2. TS серийного и массового производства.

Эти системы в целом лучше проработаны с точки зрения произ­водства. Из-за большого объема партий изделий доля конструкторских затрат по отношению к общим расходам невелика. Однако поскольку кон­тролю подвергается, как правило, лишь небольшая часть изделий, то не исключены различные погрешности и дефекты. Только при осуществле­нии непрерывного контроля за всеми операциями или выпускаемыми де­талями и изделиями в целом можно добиться стабильного качества при серийном и массовом производствах.

Специалисту упомянутые категории систем интересны и в том плане, что они формируют основу для определения возможного качества изделий.

Прослеживается четкая тенденция ко все большему использования унифицированных, серийно выпускаемых технических систем, особенно для выполнения различных функций низких уровней, например элементов соединения, измерения, регулирования, привода, распределения. С другой стороны, возрастает количество систем специального назначения. Современное производство не может обойтись без целого ряда вспомогательных средств, специализированных машин, автоматов и поточных линий, специального оборудования, т.е. без всего того, что обеспечивает выпуск дешевой унифицированной продукции в массовом количестве.

III. Свойства TS.

При рассмотрении TS по их свойствам анализ обычно начинают со слов „какая”, „какой” и т.п. (скорость, надежность, производитель­ность, цена и т.п.).

Наиболее предпочтительной является классификация свойств по потребности в конструкторской работе.

Существует соотношение между техническими, эргономическими и эстетическими свойствами TS (рис. 1.6).

Рисунок 1.6 – Соотношение между техническими, эргономическими
и эстетическими свойствами системы

Рассмотрим, каковы функции системы и что делает система.

1. Функционально обусловленные свойства (производительность, скорость, размеры, масса и т.п.).

2. Производительные свойства (надежность, срок службы, расход энергии, занимаемая площадь).

3. Эргономические свойства (удобства обслуживания способы обслуживания, требования к оператору).

4. Эстетические свойства (форма, цвет).

5. Эксплуатационные свойства (условия транспортирования, хранения, условия работы).

6. Характеристика поставок (доступность, серийность).

7. Правовые нормы (сертификация, патентная чистота).

8. Технологические свойства (технология, сборка, тип производства).

9. Экономические свойства (экономическая эффективность, цена).

10.Конструктивные свойства (структура, форма, материал, качество поверхности, тип производства).

11.Качество изготовления (брак, недостатки).

Остановимся на наиболее интересных особенностях свойств TS.

Для каждой TS можно найти оптимальное соотношение между техническими, эргономическими и эстетическими свойствами в зависимости от сферы их применения.

Зависимость качества проекта от длительности процесса конст­руирования и количества конструкторов (рис. 1.7).

Видно, что время разработки конструкторской документации зависит от числа конструкторов. Возможно, значительно сократить время на конструирование проекта, используя современные CAD системы.

Рисунок 1.7 – Зависимость качества проекта
от длительности процесса конструирования

Отношение между категориями свойств, показано на рис.1.8.

Рисунок 1.8 – Отношения между категориями внешних
и внутренних свойств

Диаграмма (рис.1.8) характеризует концентрацию свойств изде­лия при прохождении различных стадий „жизненного” цикла. Доказано, увеличение концентрации свойств изделия по мере продвижения его по „жизненному” циклу, т.е. от стадии проектирования до стадии эксплуата­ции.

IV. Стадии создания и использования TS.

Насколько сложна TS, настолько сложным и длительным является процесс ее создания.

Для современного единичного и мелкосерийного производства существует примерное распределение расходов, определяющих себестои­мость изделия. Необходимо отметить, что современное производство ха­рактеризуется значительной концентрацией сложных технологических систем, оснащенных системами CNC. Считается, что затраты на конст­рукторские работы составляют 30% себестоимости продукции, подго­товка производства – 25%, изготовление – 20%, прочие расходы – 25%.