Функционально – физический анализ технических объектов

Технический объект разделяется на элементы, каждый из которых имеет вполне определенную функцию по обеспечению работы объекта или его элементов. Элементарная физическая операция может быть реализована с помощью одного физико-технического эффекта. Предельное разделение объекта возможно до неделимых элементов с минимальным числом функций. Среди всех элементов особое внимание уделяется главным элементам (обозначается Е₀). Элементы объекта обозначаются Е₀,Е₁,... Е_N.

Цель функционально-физического анализа - определение, на основе каких физико-технических эффектов работает каждый элемент, анализ функций и физических операций (преобразований) и как элементы функционально связаны между собой.

Конструктивная функциональная структура представляет собой ориентированный граф, вершинами которого являются наименования элементов, ребрами — функции элементов.

Функционально – физический анализ направлен на изучение:

- функций каждого элемента технического объекта и функциональных связей элементов между собой;

- физических операций (преобразования) каждого элемента технического объекта и как элементы функционально связаны между собой;

- физико-технических эффектов, законов, зависимостей на основе которых работает каждый элемент технического объекта и как они взаимосвязаны между собой.

Построение конструктивной функциональной структуры является первым этапом функционально – физического анализа Любой технический объект можно разделить на несколько элементов каждый из которых имеет вполне определенную функцию по обеспечению работы объекта или его элементов. Предельное разделение возможно до неделимых элементов с минимальным числом функции.

Конструктивная функциональная структура представляет собой ориентированный граф, вершинами которого являются наименования элементов объекта, а ребрами — функции элементов.

Аналогично анализу функций технического объекта может быть проведен анализ технологических процессов. При этом для технологических процессов функциональная структура представляет собой граф вершинами которого являются обрабатываемые объекты, а ребрами элементарные операции с указанием режимов обработки.

Технология или процесс - способ, метод или программа преобразования вещества, энергии или информации из заданного начального состояния в заданное конечное состояние с помощью определённых технических объектов.

Функциональная структура представляет собой граф, вершинами которого являются наименования элементов объекта или наименования операций, а ребрами - входные А_Т и выходные С_Т потоки (факторы).

Технический объект или соответствующие человеко-машинные системы состоят из четырех типов подсистем (элементов) S₁, S₂, S₃, S₄, реализующих соответственно четыре типовые функции:

S₁ (Ф₁) – подсистема, реализующая технологическую функцию - обеспечивает превращение исходного материала А₀ в конечный продукт А_к .

S₂ (Ф₂) – подсистема, реализующая энергетическую функцию – превращает вещество или извне полученную энергию W₀ в конечный вид энергии W_к необходимый для реализации функции Ф₁.

S₃ (Ф₃) – подсистема, реализующая функцию управления - осуществляет управляющие воздействия U₁, U₂ на подсистемы S₁,S₂ в соответствии с заданной программой Q и полученной информацией U₁⁰,U₂⁰ о количестве и качестве выработанных конечного продукта A_k и конечной энергии W_K.

S₄ (Ф₄) –- подсистема, реализующая функцию планирования - собирает информацию Q⁰ о произведенном конечном продукте A_k и определяет потребные Q качественные и количественные характеристики конечного продукта.

поток вещества

поток энергии;

поток управляющих сигналов

и воздействий

Функциональная структура преобразования энергии и информации.

Для одной системы может быть сформировано множество различных взаимосвязанных между собой компонентов структуры (подструктур). Например, в структуре общества имеются экономическая, политическая, социальная и другие тесно взаимосвязанные подструктуры.

Аналогично анализу функций технического объекта может быть проведен анализ технологических процессов. При этом для технологических процессов функциональная структура представляет собой граф вершинами которого являются обрабатываемые объекты, а ребрами элементарные операции с указанием режимов обработки.

Множественности структур системы: переход к структуре системы может быть осуществлен только при условии, что найдены элементы и их устойчивые отношения. Причем, как правило, существует большое число критериев, по которым выбираются составляющие систему элементы.

Структурная и функциональная модели дополняют и соответствуют друг другу – каждому элементу приписывается функция, каждую функцию выполняет элемент.

Структурно-функциональная модель описывает элементы, связи и присущие им функции.

Элементы (или подсистемы) связаны структурными соотношениями (могут быть представлены в виде схем, карт, диаграмм), которым соответствуют функции.

Помимо функциональных модулей, в структурную схему могут включаться логические блоки, позволяющие изменять характер функционирования в зависимости от того, выполняются или нет некоторые заранее заданные условия.

Структурно-функциональные модели – статические модели – они, не описывают процесс функционирования системы (зависимость изменения свойств системы от времени, начальных и граничных условий).

В зависимости от задач исследования системы в понятие структуры включаются различные аспекты функционирования системы.

Пример.

Структура производственной системы – устойчивое пространственно-временное распределение хозяйственных решений и обеспечивающих их реализацию ресурсов с соответствующими взаимосвязями.

Структура производства – определение множества устройств (элементов) и распределение задач между ними для производства технической системы.

Структура организационной системы – форма распределения задач и полномочий по принятию решений лицами (группами лиц – подразделениями), составляющих организационную систему (организацию), направленная на достижение целей, стоящих перед организацией.

Каждый объект или связь имеет также набор характеристик, при помощи которых можно задать количественные и качественные характеристики моделируемых элементов.

При анализе организационной структуры производственно-экономической системы решаются следующие задачи:

описание состава организации и построение её структурной схемы;

определение функций отдельных подразделений, раскрытие их структурной схемы;

описание материальных, вещественных и информационных связей;

построение обобщённой структурной информационной модели предприятия;

При анализе функциональной структуры решаются задачи:

изучаются функции управления в структурных подразделениях существующей системы;

выбирается состав автоматизированных функций;

определяются их взаимосвязи;

составляется обобщённая функциональная структура задач управления АСУП;

При анализе технической структуры решаются задачи:

определяются основные элементы, участвующие в основных информационных процессах: регистрации и подготовки информации, сборе и передаче, хранении и обработке, воспроизведении и выдаче информации;

составляется формальная структурная модель системы технических средств с учётом топологии расположения элементов и энергетического взаимодействия их как между собой, так и с внешней средой.

Формирование модели структурной схемы (наряду с моделью функционирования) является частью решения общей задачи структурного анализа системы и строится исходя из целей и задач структурного анализа.

Общая задача структурного системного анализа состоит в том, чтобы исходя из заданного описания элементов системы и непосредственных связей между ними, получить заключение о структурных свойствах системы в целом и основных её подсистем.

В основе структурного анализа лежит выявление структуры как относительно устойчивой совокупности отношений, признание методологического примата отношений над элементами в системе, частичное отвлечение от развития объектов.

Содержательная модель структуры предполагает описания: состав системы (перечень элементов), направления связей, типы связей (материальная, энергетическая, информационная). Основная сложность при этом – обоснование числа связей, наиболее существенных для целей моделирования.

Анализ функционирования системы и анализ ее структуры - две взаимосвязанные стадии исследования (поскольку связаны между собой структурные и функциональные свойства системы): зная законы функционирования отдельных элементов, но не зная структуры системы, нельзя представить систему как целое и понять, как она функционирует.

Структурно-функциональная модель описывает элементы, связи и присущие им функции.

Элементы (или подсистемы) связаны структурными соотношениями (могут быть представлены в виде схем, карт, диаграмм), которым соответствуют функции.

Помимо функциональных модулей, в структурную схему могут включаться логические блоки, позволяющие изменять характер функционирования в зависимости от того, выполняются или нет некоторые заранее заданные условия.

Структурно-функциональные модели – статические модели – они, не описывают процесс функционирования системы (зависимость изменения свойств системы от времени, начальных и граничных условий).

Функциональные, геометрические и функционально-геометрические модели отражают соответственно только функциональные, только пространственные и одновременно функциональные и пространственные свойства оригинала.

Модель строится в виде логической структурной схемы системы по модульному принципу - в виде совокупности стандартных блоков-модулей. При этом можно строить и совершенствовать модель итерационным методом, добавляя к основной схеме блок за блоком. Каждая модель может быть разделена на блоки, а блоки — на подблоки. Этот процесс деления блоков на подблоки продолжается до необходимого уровня детализации описания системы. Таким образом, модель функционально подразделяется на подмодели.