Същността на понятията: техническа система, идеална техническа система. Техническа система
"......последни думиВ книгите на пророк Лустрог се казва: „нека всички истински вярващи да счупят яйцата си от най-удобния край“.
Джонатан Суифт "Пътешествията на Гъливер"
Въведение
Теорията за решаване на изобретателски проблеми (TRIZ), разработена от талантливия инженер, изобретател и брилянтен изобретател G.S. Altshuller, е широко известен и несъмнено е най-ефективният инструмент за решаване на инженерни проблеми в момента. Голям брой материали са публикувани на руски и английски езици, в който същността на теорията е разкрита достатъчно пълно за първоначално запознаване с нея. Най-добрият рускоезичен ресурс е уебсайтът на Минския център ОТСМ-ТРИЗ (http://www.trizminsk.org), най-добрият англоезичен ресурс е американският TRIZ-Journal (http://www.triz-journal .com). След като сте изучавали TRIZ от книги и статии, можете лесно да научите други - материалът е толкова богат и завладяващ, че интересът към часовете ще бъде осигурен.
Въпреки това, за по-задълбочено разбиране на TRIZ е необходимо задълбочено разбиране на представения материал, на първо място, понятията и термините на TRIZ. В края на краищата голяма част от TRIZ е представена като материал за по-нататъшен размисъл, а не като набор от информация за просто запаметяване.
Докато работех за SAMSUNG като TRIZ консултант, трябваше да преосмисля и сериозно да преосмисля всичко, което знаех за TRIZ преди. При решаването на технически проблеми, заобикалянето на патенти на конкурентни компании и разработването на прогноза за развитието на техническите системи беше много важно да се разбере задълбоченото съдържание на всеки TRIZ термин, за да се прилагат неговите инструменти с максимална ефективност.
Едно от основните понятия в TRIZ и едно от най-важните звена във всички негови инструменти без изключение е понятието „техническа система“. Този термин е въведен в класическата TRIZ без дефиниция, като производна на понятието „Система“. Но при по-внимателно разглеждане става ясно, че тази концепция - „техническа система“ - изисква допълнителна спецификация. Това твърдение се подкрепя например от семантичния аспект. Концепцията за „техническа система“ се превежда от руски на английски по два начина: „техническа система“ и „инженерна система“. С помощта на която и да е търсачка в Интернет е лесно да се провери, че тези понятия са почти еквивалентни в разбирането на специалистите, работещи в TRIZ. Или вземете, например, речника на Виктор Фей (http://www.triz-journal.com/archives/2001/03/a/index.htm), който просто не обяснява нито едно от двете понятия.
В тази статия се опитах да опиша моето разбиране за термина „техническа система“, което постепенно се разви след като, за да реша конкретен проблем, трябваше да знам пълен съставминимално ефективна техническа система.
Опит за анализ на понятието „техническа система“
Първо, нека да разгледаме какво е системата като цяло.
Има много различни определения за система. Най-безумната, абстрактна и следователно абсолютно изчерпателна, но неподходяща за практически цели дефиниция е дадена от В. Гейнс: „Система е това, което определяме като система“
. На практика най-често се използва определението на системата на А. Богданов: „Системата е набор от взаимосвързани елементи, които имат общо (системно) свойство, което не може да бъде сведено до свойствата на тези елементи“
.
Какво е „техническа система“?
За съжаление Г. Алтшулер не дефинира директно понятието „техническа система”. От контекста става ясно, че това е някаква система, свързана с технология, технически обекти. Непряко определениеТехническата система (ТС) може да бъде обслужвана от три формулирани от него закона или по-точно от три условия, които трябва да бъдат изпълнени за нейното съществуване:
1. Законът за пълнотата на частите на системата.
2. Законът за “енергопроводимост” на системата.
3. Законът за координиране на ритъма на частите на системата.
Съгласно закона за пълнотата на системните части всяко превозно средство включва най-малко четири части: двигател, трансмисия, работен елемент и система за управление.
Тоест има някаква система, машина, състояща се от технически обекти, подсистеми, които могат да изпълняват необходимата функция. Той включва работно тяло, трансмисия и двигател. Всичко, което контролира действието на тази машина, е поставено в "Система за управление" или неясната "Кибернетична част".
Важното тук е да се разбере, че автомобилът е създаден да изпълнява определена функция. Вероятно трябва да се разбере, че превозно средство с минимални възможности може да изпълнява тази функция по всяко време, без допълнителен персонал. Подходите за дефиниране на техническа система са представени в книгата „Търсене на нови идеи“, която дава дефиниция на „развиваща се техническа система“. В. Королев засяга този въпрос в своите интересни изследвания. Някои критични забележки са посветени на това в материалите на Н. Матвиенко. Дефиницията на понятието „техническа система” по отношение на TRIZ е дадена в книгата на Ю. Саламатов:
„Техническата система е набор от подредени взаимодействащи елементи, който има свойства, които не се свеждат до свойствата на отделните елементи и е предназначен да изпълнява определени полезни функции“ .
Наистина, човек има някаква нужда, за да задоволи която е необходимо да изпълнява определена функция. Това означава, че е необходимо по някакъв начин да се организира системата, която изпълнява тази функция - Техническата система - и да задоволи потребността.
Какво е объркващо в горното определение за техническа система? Думата „предвидено“ не е съвсем ясна. Вероятно тук е по-важно не нечие желание, а обективната възможност за изпълнение на необходимата функция.
Например, каква е целта на метален цилиндър с аксиален отвор с променлив диаметър и резба в единия край?
Почти невъзможно е да се отговори на такъв въпрос. Дискусията веднага се насочва към въпроса „къде може да се приложи това?“
Но възможно ли е, използвайки това определение, да кажем: засега това не е Техническа Система, но оттук нататък вече е Техническа Система? Написано е така: "....TS се появява веднага щом техническият обект придобие способността да изпълнява основната полезна функция без човек." И тогава се казва, че една от тенденциите в развитието на превозното средство е премахването на хората от неговия състав. Това означава, че на някакъв етап от развитието на автомобила човек е част от него. Или не? Неясен.....
Вероятно няма да разберем нищо, ако не намерим отговор на следния въпрос: човек част ли е от Техническата система или не?
След като интервюирах познати членове на TRIZ, получих достатъчно широк обхватотговори: от твърдо „не“, подкрепено от препратки към светила, до плахо „да, вероятно“.
Най-оригиналният от отговорите: когато колата се движи равномерно и праволинейно, човек не е част от тази техническа система, но веднага щом колата започне да се върти, човек веднага става необходима и полезна част от нея.
Какво имаме в литературата? Саламатов дава пример, от който следва, че човек с мотика не е превозно средство. Освен това самата мотика не е техническа система. А лъкът е превозното средство.
Но каква е разликата между мотика и лък? Лъкът има акумулатор на енергия - струна и гъвкав прът; в добра мотика дръжката също се огъва при люлеене и при движение надолу увеличава силата на удара. Малко се огъва, но принципът е важен за нас. С лъка работят с две движения: първо го напъват, после го отпускат и същото с мотиката. Защо тогава такава несправедливост?
Нека се опитаме да го разберем.
Заострената дървена пръчка техническа система ли е? Не изглежда така. Какво ще кажете за автоматичната пръчка? Това вероятно е TS и доста сложно. Е, какво ще кажете за принтера? Без съмнение, TS.
Какво ще кажете за молив? Кой знае... Изглежда така: нито това, нито онова. Може би да го наречем „проста техническа система“? Оловна или сребърна пръчка за писане? Въпрос... В края на краищата това вече не е парче дърво - благороден метал, но все още е дълъг път до дръжката.
Съвременна капилярна писалка, молив, заострена пръчка и принтерно пишещо устройство – какво е общото между тях? Някаква полезна функция, която те по принцип биха могли да изпълняват: „оставяне на белег върху повърхността“.
„Дългата Тимошка тича по тясна пътека. Неговите следи са твои дела.” Помня? Това е молив. А също и пръчка, оловен или сребърен стилус, химикал, флумастер, принтер, печатарска преса. Какъв набор! И сериалът е логичен...
Вярно, тук отново възниква въпросът.
Ако всички тези обекти могат да изпълняват една и съща функция, тогава всички те са технически системи. И няма нужда да ги разделяме на сложни и примитивни. Ако обектите изпълняват едни и същи функции, тогава те не само имат една и съща цел, но и нивото на йерархия трябва да е същото.
Или обратното - това изобщо не са ТС. Е, каква техническа система е заострена пръчка? Къде му е двигателят или трансмисията? Но тогава се оказва, че принтерът също не е превозно средство.
Нека станем официални.
Всяка техническа система трябва да изпълнява някаква полезна функция. Може ли заострената пръчка да изпълнява функцията си? Не. Ами принтера?...
Нека направим един прост експеримент. Нека сложим писалката на масата. Или, за да опростим, на хартия. Нека просто изчакаме, докато започне да изпълнява основната си полезна функция. Не го прави. И няма да се представи, докато човек, оператор, не го вземе в ръка, не го нанесе върху лист хартия и „...стиховете ще се леят свободно“.
Какво ще кажете за принтера? Ще започне ли да печата, докато потребителят даде команда на компютъра, а той от своя страна го пренасочи към принтера? Тоест без натискане на бутон, гласова команда или, в дългосрочен план, умствена команда, действието няма да се случи.
Така се получава следното. Писалка, мотика, принтер, велосипед - не превозно средство. По-точно не цели превозни средства. Това са просто „системи от технически обекти“. Без човек, оператор, не могат да работят, т.е. не могат да изпълняват функцията си. Разбира се, че по принцип могат, но реално... По същия начин четири колела, каросерия и капак не могат да транспортират нищо никъде... Дори напълно оборудвана нова кола, заредена, с ключове в запалване, не е техническа система, а просто „система от технически обекти“. Операторът, на прост език водачът, сяда, хваща волана и веднага колата се превръща в Техническа система. А всички други технически обекти и системи стават цялостни превозни средства и работят само и изключително заедно с човек, оператор.
Операторът може да седи вътре в „система от технически обекти“. Той може да стои близо до нея, по-далеч или по-близо. По принцип може да програмира действието на техническата система, да я включи и да си тръгне. Но във всеки случай операторът трябва да участва в управлението на превозното средство.
И няма нужда да се противопоставяте космически корабмотика. И първото, и второто са по-голяма или по-малка част от определено превозно средство, което, за да изпълнява правилно основната полезна функция, трябва да бъде допълнено с един или повече оператори.
Нека си припомним закона за пълнотата на частите на системата, формулиран от Г. С. Алтшулер. Едно превозно средство се появява, когато са налице всичките му четири части (фиг. 1), като всяка от тях трябва да е минимално ефективна. Ако поне една част липсва, значи това не е техническа система. Също така няма превозно средство, ако една от четирите части не работи. Оказва се, че Техническата система е нещо, което трябва да е напълно готово, за да изпълни незабавно основната си полезна функция без допълнителен персонал. Като кораб, напълно готов за плаване. Всичко е заредено, заредено и целият екипаж е на място.
И без човек системата за контрол е не само „минимално ефективна“, но и по принцип неефективна, тъй като няма персонал. Законът за пълнотата на системните части не е изпълнен. И законът за преминаването на енергията не е изпълнен. Сигнал отива към системата за управление и - стоп. Няма обратен поток на енергия.
А какво да кажем за тези „Технически системи“, които успешно изпълняват своята полезна функция, но изобщо не съдържат технически обекти? Например електротехник сменя крушка....
Изглежда, че има специално ниво на йерархия, на което съвкупността от обекти и елементи се превръща в самата техническа система. Това е нивото на кола с шофьор, видеокамера с оператор, писалка с писател, автоматизиран производствен комплекс с оператори, които го пускат и поддържат и т.н. Тоест, това е нивото, на което се формира една система: съвкупност от природни и технически обекти, човек-оператор и неговите действия, изпълняващи някаква пряко полезна функция за човека.
Интересно е да се види как се изгражда йерархията на биологичните обекти и системи. Молекули, клетки, елементи, части от организми - това е нивото на подсистемите. „Подсистема“ е отделна част от организъм, например скелет на слон, ужилване от комар или перо на синигер. Сумата от такива подсистеми, дори пълният им набор, цял организъм, събран от тях, не може по никакъв начин да изпълнява полезни функции. Трябва да добавите още нещо към този „комплект“, да вдишате „Божията искра“, за да получите жив, работещ организъм.
Живите организми, индивидите, могат да се обединят в суперсистема. „Суперсистема“ е повече или по-малко организирана колекция от животни или растения, напр. пчелно семейство. Но такъв рязък качествен скок тук вече не се случва.
По аналогия с биологични системиможе да се тълкува понятието „техническа система“ като специално ниво на йерархия, на което системата получава възможност да действа независимо, т.е. ниво на жив организъм.
С други думи, „техническата система” в техниката съответства на нивото на живия организъм в природата. Патентната заявка нарича това "машината в действие". Тоест „система от технически обекти“ плюс човешки оператор. Например, карбураторът не е превозно средство, а просто система, набор от технически обекти. Но човек (оператор), който чука карбуратор върху гайка, е превозно средство с полезна функция: да почиства черупките от ядки. По същия начин човек с мотика е превозно средство, но трактор с плуг не е. Парадокс....
“Човек” - какво е това, приложено към Техническата система? Какво е трудното за разбиране тук?
Може би объркването се дължи на самата формулировка на въпроса. Психологически е трудно да се поставят на едно ниво човек и спирачка на обувка.
Няма съмнение, че човекът като част от техносферата има най-много пряка връзкакъм всяко превозно средство и може да бъде по отношение на него в следните ролеви ситуации:
В суперсистемата:
1. От потребителя.
2. Разработчик.
3. Производител на обекти на техническата система.
4. Лице, осигуряващо поддръжка, ремонт и обезвреждане на техническите обекти на системата.
В системата:
1. Операторът, основният елемент на системата за управление.
2. Източник на енергия.
3. Двигател.
4. Трансмисия.
5. Работен орган.
6. Обектът, който се обработва.
В околната среда:
1. Елемент заобикаляща среда.
Потребителят несъмнено е основният човек. Той е този, който плаща за създаването на превозното средство, по негова воля разработчиците и производителите се заемат с работата. Заплаща труда на оператора, поддръжката, ремонта и обезвреждането на обекти на техническата система.
Втората група хора осигуряват функционирането на превозното средство по време на работа и изпитват върху себе си въздействието му.
Третата група косвено помага или пречи на този процес, или просто го наблюдава и се влияе странични ефективъзникващи по време на работа.
Едно лице може да изпълнява няколко роли едновременно. Например шофьор на собствена кола или човек, използващ инхалатор. Или колоездач. Той е елемент от почти всички велосипедни системи, с изключение на работната част (седалката) и трансмисията (колелата и рамката на велосипеда).
Все пак се оказва, че човекът е задължителна част от Техническата система.
Изглежда каква е разликата. В края на краищата, когато става въпрос за решаване на реални инженерни проблеми, човек бързо надхвърля проблема и трябва да работи на ниво подсистема. Да, но само там, където координацията и преминаването на енергия се осъществява между подсистеми, които по никакъв начин не са свързани с оператора. И веднага щом се доближим до системата за управление, проблемът за взаимодействието между хората и техническите обекти възниква с пълна сила.
Вземете например кола. Автомобилът придоби сегашния си вид в края на 70-те години, когато бяха изобретени въздушните възглавници и надеждната автоматична скоростна кутия. Повечето от подобренията оттогава са насочени само към подобряване на контрола, безопасността, лекотата на поддръжка и ремонт - тоест към взаимодействието на човек, основната част от автомобила, с другите му части.
Камионът от 40-те и 50-те години имаше волан с диаметър 80 см. Шофьорът трябва да е много силен, за да управлява такова превозно средство. А в авиацията... Гигантски самолет от 30-те години на миналия век “Максим Горки”. За да извършат маневрата, първият и вторият пилот трябваше да дръпнат управлението заедно. Понякога викаха навигатора и останалите членове на екипажа за помощ. Сега операторът с помощта на усилватели може да управлява много по-натоварени механизми. Изглежда, че проблемът е решен. Но не, отново често забравят за човека... Факт е, че усилвателите не винаги позволяват на оператора да усети напълно поведението на управлявания механизъм. Понякога това води до инциденти.
Например проблемът с безопасността на движение на автомобил или по-„монотонен“ локомотив в управлението. Тук е много важно операторът винаги да е в бодро, работоспособно състояние. Този проблем също е решен в суперсистемата - отстраняват се причините за заспиване по време на шофиране, извършва се медицинско наблюдение и се повишава отговорността на водача-оператор. Но все повече това се решава директно в техническата система. Точно в пилотската кабина. Ако машинистът не изключи сигналната светлина навреме, двигателят спира и влакът спира. Или в кола: няма да тръгнете, докато не закопчаете коланите. Тоест всичко си върви нормално Обратна връзкапо същия начин както между всички други елементи на автомобила.
Може би една от причините тази посока на подобряване на техническите системи започна активно да се развива само в последните години, е неразбиране на мястото на човек в неговата структура. Или по-скоро не е толкова недоразумение, но... Като цяло разработчикът се оказва в трудна ситуация психологическа ситуация. Човек, който разработва нещо ново, с право се чувства творец. Той не може напълно да разбере, че едно и също лице може да бъде и оператор, двигател или работен орган – част от механизъм, машина, Техническа система. Също така е добре, ако това е широко използвано превозно средство, което взаимодейства тясно с човек, например кола. Тук човек може да бъде едновременно разработчик, оператор и потребител.
Също като с компютър. Работете с мнозинството компютърни програмиТрудно е дори сега, когато разработчиците са разбрали простата истина, че програмата ще се управлява от човешки оператор, който се интересува от резултата, а не от дизайна на програмата. Сега се появиха такива понятия като „приятелски интерфейс“. И преди... Защо да ходите далече, помнете Лексикона.
И други превозни средства, стоящи на пръв поглед далеч от човека... Имената им са легион. Тук често дори не ни хрумва мисълта, че човек е част от Техническата система. Но при разработването на който и да е от тях е необходимо да се анализира взаимодействието на съставните елементи, като се вземат предвид възможностите човешкото тялои разум. Понякога това не се случва.
Освен това много от сега известните природни фактори, които влияят върху благосъстоянието на човека, яснотата на движенията му и скоростта на реакция, често не се вземат предвид. И новооткритият психологически фактори, например „ефектът на Касандра“?
И Чернобил се издига като ужасна гъба, самолети падат и кораби се сблъскват.
Какво друго, освен оператор, е необходимо, за да се получи една готова за работа Техническа система?
Повече за това във втората част на тази статия.
Литература:
1. Гейнс, Б.Р. „Общи системни изследвания: Quo vadis?“ Година на общата система, 24, 1979 г.
2. Богданов А. А. Обща организационна наука. Тектология. Книга 1. - М., 1989. - С. 48.
3. Altshuller G.S. Творчеството като точна наука. http://www.trizminsk.org/r/4117.htm#05.
4. Каменев A.F. Технически системи. Модели на развитие. Ленинград, "Машиностроене", 1985 г.
5. Г. Алтшулер, Б. Злотин, А. Зусман. В. Филатов. Търсене на нови идеи: от прозрение до технология. Кишинев, Cartea Moldavenaska, 1989. p. 365.
6. В. Королев. За понятието "система". Енциклопедия TRIZ. http://triz.port5.com/data/w24.html.
7. В. Королев. За понятието „система” (2). Енциклопедия TRIZ. http://triz.port5.com/data/w108.html.
8. Матвиенко Н. Н. TRIZ термини (колекция от задачи). Владивосток. 1991 г.
9. Саламатов Ю. П. Система от закони за развитие на технологиите (Основи на теорията за развитието на техническите системи). ИНСТИТУТ ЗА ИНОВАТИВЕН ДИЗАЙН. Красноярск, 1996 г http://www.trizminsk.org/e/21101000.htm.
10. Свиридов В. А. Човешки фактор. http://www.rusavia.spb.ru/digest/sv/sv.html.
11. Иванов G.I. Формули на творчеството или как да се научим да измисляме. Москва. „Образование“. 1994 г
12. Купър Фенимор. прерия.
В процеса на работа техническите системи трансформират енергията и информацията, свойствата и състоянието на материята. В зависимост от предназначението и принципа на действие системите се делят на машини, апарати и устройства. В случаите, когато е трудно да се определи идентичността на системата, се използва понятието устройство или комплекс, като устройство за управление, космически комплекс и др.
Техническите системи, предназначени да получават или преобразуват механична енергия, се класифицират като машини. Те се основават на механизми, т.е. системи от подвижно свързани помежду си контактуващи твърди тела-звена, които извършват определени механични движения. По този начин машините включват кола (колесно превозно средство), хеликоптер (машина с ножове) и др. Външно различните машини могат да съдържат подобни или подобни механизми. Основните функционални части на машината са показани на фиг. 9.
Ориз. 9. Машина и нейните основни функционални части
Техническите системи, предназначени за получаване или преобразуване на други видове енергия, се класифицират като устройства. Примери за тях включват телевизор (телевизионно устройство, което преобразува електромагнитни сигнали във визуална и аудио информация), телефон (телефонно устройство, което извършва взаимно преобразуване на звукови и електрически сигнали), камера, ракета ( космически кораб), реактор (ядрен или химически реактор, който променя свойството и/или състоянието на дадено вещество чрез реакции) и др.
Техническите системи за спомагателни цели (мониторинг, управление, измерване, регулиране) се класифицират като устройства. В зависимост от принципа на действие се делят на механични (жироскоп и др.), електрически (волтметър и др.), оптични (микроскоп и др.) и др., както и инструменти комбинирано действие(оптико-електронни устройства и др.).
Изпълнението на спомагателни функции от машини може да наложи въвеждането на електрически, оптични и други устройства в техния състав, както и машинни възли и механични конструкции, като например компютърно дисково устройство или прътова структура на електропреносна линия поддържа. Разликите в спомагателните функции между системите с еднакво предназначение им придават индивидуалност.
Как промишлените продукти, техническите системи и техните елементи, в зависимост от естеството на производството съгласно GOST 2.101, се разделят на следните видове:
комплекс - две или повече определени (част от едно, обща системаи включени в една спецификация) продукти, които не са свързани при производителя чрез монтажни операции, но са предназначени да изпълняват взаимосвързани функции;
монтажна единица - продукт, който се състои от отделни части, се сглобява в завода-производител и може да се разглежда като самостоятелен краен продукт;
· част - продукт, изработен от материал, който е хомогенен по име или марка, без използването на операции по сглобяване.
Често се използва концепцията за монтажна единица, която заема междинна позиция между част и монтажна единица. Ако монтажната единица действа като краен продукт на някакъв вид производство, тогава монтажната единица е условна част от продукта, временно оформена по време на нейното сглобяване (например врата на кола, ако по-късно бъде доставена за окончателното сглобяване на продуктът).
Машините, апаратите и устройствата могат да бъдат част от по-сложни технически системи, но от друга страна могат да се състоят и от отделни взаимосвързани части. Набор от често използвани части формира елементната база предметна област- машиностроене, апаратостроене, уредостроене. Елементите на такава база обикновено се характеризират с тясна функционална цел, един специалист може да ги разработи изцяло или да ги използва в проектираната система под формата на готови продукти (монтажни единици).
Елементите могат да се различават по дизайн, но имат подобна цел. Прието е елементите с едно и също предназначение да се комбинират в групи - резистори, резбови съединения и др. Сред елементите се разграничават типични, т.е. общи и общи в различни устройства(покрити в общи технически курсове) и специални, които имат конкретно приложение(изучавани в специални курсове, като ротори, релси, лопатки и др.). Броят на стандартните елементи е ограничен, но цялото разнообразие от машини, апарати и устройства е изградено главно върху използването на тези елементи.
Елементната база на машиностроенето има редица характеристики:
· доста голяма част от неговите елементи също са включени в елементните бази на апаратите и инструментостроенето, като например части от резбови съединения;
· характеристиките на машините се влияят значително не само от видовете и разположението на елементите, но и от техните размери и технология на производство. Чрез промяна на параметрите на един и същ елемент е възможно да се промени функционалното му предназначение, като например колело и маховик.
3.1. Общо определение за превозно средство 3.2. Функционалност
3.2.1. Цел-функция_ 3.2.2. нужда-функция_ 3.2.3. Функционален носител 3.2.4. Определение на функцията 3.2.5. Йерархия на функциите
3.3. Структура
3.3.1. Определение на структурата 3.3.2. Структурен елемент 3.3.3. Видове конструкции 3.3.4. Принципи на изграждане на конструкцията 3.3.5. форма 3.3.6. Йерархична структура на системите
3.4. Организация_
3.4.1. Обща концепция 3.4.2. Връзки 3.4.3. контрол 3.4.4. Фактори, които разрушават организацията 3.4.5. Значението на експериментирането в процеса на подобряване на организацията
3.5. Системен ефект (качество)
3.5.1. Свойства в системата 3.5.2. Механизъм на формиране на свойствата на системата
3.1. Общо определение за превозно средство
Смисълът на системния подход при изучаване на процесите на развитие в технологиите е да се разглежда всеки технически обект като система от взаимосвързани елементи, които образуват едно цяло. Линията на развитие е комбинация от няколко възлови точки - технически системи, които се различават рязко една от друга (ако се сравняват само една с друга); Между възловите точки има много междинни технически решения - технически системи с незначителни промени в сравнение с предишната стъпка на развитие. Системите сякаш „преливат“ една в друга, бавно се развиват, отдалечавайки се все повече и повече от първоначалната система, понякога се трансформират до неузнаваемост. Малките промени се натрупват и стават причина за големи качествени трансформации. За да се разберат тези закономерности, е необходимо да се определи какво представлява техническата система, от какви елементи се състои, как възникват и функционират връзките между частите, какви са последствията от действието на външни и вътрешни фактори и др. Въпреки огромното разнообразие, техническите системи имат редица общи свойства, признаци и структурни характеристики, което ни позволява да ги разглеждаме като една група обекти.
Какви са основните характеристики на техническите системи? Те включват следното:
системите се състоят от части, елементи, тоест те имат структура,
системите се създават за определени цели, тоест изпълняват полезни функции;
елементи (части) на системата имат връзки помежду си, свързани по определен начин, организирани в пространството и времето;
всяка система като цяло има някакво специално качество, неравен на простата сума от свойствата на съставните му елементи, в противен случай няма смисъл да се създава система (солидна, функционираща, организирана).
Нека изясним това прост пример. Да приемем, че трябва да създадете скица на престъпник. На свидетеля е дадена ясна цел: да се създаде система (фотопортрет) от отделни части (елементи), системата е предназначена да изпълнява много полезна функция. Естествено, частите на бъдещата система не са свързани случайно, те трябва да се допълват взаимно. Следователно има дълъг процес на подбор на елементи по такъв начин, че всеки елемент, включен в системата, да допълва предходния и заедно те биха увеличили полезната функция на системата, тоест биха увеличили сходството на портрета с оригинала. И изведнъж в един момент се случва чудо – качествен скок! - съвпадение на самоличността с външния вид на престъпника. Тук елементите са организирани в пространството по строго определен начин (невъзможно е да се пренаредят), свързани са помежду си и заедно дават ново качество. Дори свидетелят абсолютно точно да идентифицира отделно очите, носа и т.н. с фотомодели, тогава тази сума от „парчета от лицето“ (всеки от които е правилен!) не дава нищо - това ще бъде проста сума от свойствата на елементите. Само функционално прецизно свързани елементи осигуряват основното качество на системата (и оправдават нейното съществуване). По същия начин набор от букви (например A, L, K, E), когато се комбинират само по определен начин, дава ново качество (например FIR-tree).
ТЕХНИЧЕСКА СИСТЕМА е набор от подредени взаимодействащи елементи, който има свойства, които не се свеждат до свойствата на отделните елементи и е проектиран да изпълнява определени полезни функции.
Така техническата система има 4 основни (фундаментални) характеристики:
функционалност,
цялост (структура),
организация,
качество на системата.
Липсата на поне една характеристика не позволява обектът да се счита за техническа система. Нека обясним тези знаци по-подробно.
Нека подчертаем няколко структури, които са най-характерни за технологията: 1). Корпускулярен.Състои се от еднакви елементи, хлабаво свързани помежду си; изчезването на някои елементи почти няма ефект върху функцията на системата. Примери: ескадра кораби, пясъчен филтър. Ориз. 3.1. Корпускулярна структура на системата 2). "Тухла".Състои се от еднакви елементи, здраво свързани помежду си. Примери: стена, арка, мост. Ориз. 3.2. "Тухлена" структура на системата. 3). Верига.Състои се от еднотипни шарнирни елементи. Примери: гъсеница, влак. Ориз. 3.3. Верижна структура на системата. 4). мрежа.Състои се от различни типове елементи, свързани помежду си директно или транзитно през други, или чрез централен (нодален) елемент (звездна структура). Примери: телефонна мрежа, телевизия, библиотека, отоплителна система. Ориз. 3.4. Мрежова структура на системата. 5). Многократно свързани.Включва много кръстосани връзки в мрежовия модел. Ориз. 3.5. Многосвързана структура на системата. 6). Йерархичен.Състои се от разнородни елементи, всеки от които е неразделна част от система от по-висок ранг и има връзки "хоризонтално" (с елементи от едно ниво) и "вертикално" (с елементи от различни нива). Примери: машина, кола, пушка. Според вида на развитие във времето структурите са:- Разгъване. С течение на времето, когато GPF се увеличава, броят на елементите се увеличава.
- Търкаляне. С течение на времето, с увеличаване или непроменена стойност на GPF, броят на елементите намалява.
- Намаляване. В даден момент от времето броят на елементите започва да намалява с едновременно намаляване на GPF.
- Унизително. Намаляване на GPF с намаляване на връзките, мощността и ефективността.
Ориз. 3.6. Промяна във времето техническа характеристикасистеми Въпреки индивидуални характеристикиспецифични системи ( самолет, двигатели, инструменти), тази зависимост има характерни участъци. В област 1 системата бавно се развива. Секция 2 съответства на масово приложение. “Зрелостта” на системата идва. В раздел 3 скоростта на развитие на системата намалява. Системата остарява. Тогава развитието следва следващата крива. Всяка следваща крива от този графикотговаря на ново поколение техническа система. В книгата на V.I. Муштаев „Основи на инженерното творчество“ Дадени са аналитични изрази, които приближават такъв параметър на самолета като неговата скорост. В дълбините на всеки предишен етап се ражда следващият, чиято жизнеспособност и ефективност винаги е по-висока от предишния. Характеристики на развитието сложни системиса, че всяка подсистема, включена в системата, също преминава през всичките три етапа на развитие. Следователно S-образните криви за сложни системи са интегрални, състоящи се от набор от S-образни криви на всички включени подсистеми. В същото време най-слабата подсистема, чиито ресурси са изчерпани първа, обикновено възпрепятства развитието на цялата система. Следователно по-нататъшното подобряване на техническата система е възможно само след нейната подмяна. Пример в областта на самолетостроенето. През 20-те години аеродинамичната концепция се изчерпа. Биплан с фиксиран колесник и отваряща се пилотска кабина. През 40-те години скоростта на самолета е ограничена от неефективността на витлото при скорости от около 700 км/ч. Това дава началото на развитието на реактивната авиация. Горните криви могат да послужат като основа за разработване на научно обоснована методология за изследване на процесите на развитие на конкретни технически устройства. 3.3. Закони за развитие на технологиите и TRIZ (теорията за решаване на изобретателски проблеми) Законите за развитие на техническите системи са идентифицирани за първи път от К. Маркс в работата му „Бедността на философията“. Той пише: „Прости инструменти, натрупване на инструменти, сложни инструменти, управление на сложен инструмент с един двигател - човешки ръце. Захранване на тези инструменти от природните сили; автомобили; система от машини с двигател - това е курсът на развитие на машините. Като резултат Статистически анализПатентен фонд G.S. Алтшулер разработи обща схема за развитие на технически системи. Диаграмата показва основните проблеми, трудности, конфликти, срещани на различни нива и етапи на развитие, технически грешки, допуснати от изобретателите при решаване на проблеми, както и правилните естествени пътища за по-нататъшно развитие. Беше определено също обща посокаразвитие на техническите системи в посока повишаване нивото на идеалност. Такива системен подходразвитието на технологиите ни позволи да развием теорията за решаване на изобретателски проблеми (TRIZ) Тя се основава на постулата: техническата система се развива според обективно съществуващите закони, тези закони са познаваеми. Те могат да бъдат идентифицирани и използвани за съзнателно, целенасочено решаване на изобретателски проблеми. Закономерностите на развитие на техническите системи се класифицират в 3 групи: статика, кинематика, динамика. Статичните закони определят жизнеспособността на новите технически системи. Основните са следните закономерности: 1. наличието и поне минималното изпълнение на него компоненти; 2. преминаване на енергия от край до край през системата до нейното работно тяло; 3. Координиране на собствените честоти на трептения (или периодичност) на всички части на системата. Кинематиката обединява законите, които характеризират развитието на системите, независимо от конкретните технически и физически механизми на това развитие. 1. Всяка техническа система се стреми да повиши степента на идеалност и степента на динамичност: 2. Процесът на развитие е неравномерен и преминава през етапи на възникване и преодоляване на техническите противоречия: 3. Техническата система се развива само до определена граница, след това става част от суперсистемата; в същото време развитието на системно ниво рязко се забавя или спира напълно, като се заменя с развитие на ниво надсистема. Динамичните закони отразяват тенденциите на развитие на съвременните технически системи. 1. Развитието върви в посока повишаване на степента на управляемост; 2. Развитието на съвременните технически системи се движи в посока на повишаване степента на раздробяване и диспергиране на работните органи. По-специално, типичен е преходът от работни органи на макро ниво към работни органи на микро ниво. Друг подход към законите за развитие на техническите системи беше предложен от Меерович и Шрагин в книгата „Закони за развитие и прогнозиране на техническите системи“. Има 3 групи за разработване на технически системи. Общи закони, закони за синтез на системи и закони за развитие на системи. Общи закономерности: 1. Развитието на всяка техническа система върви в посока повишаване степента на нейната идеалност; 2. Компонентите на системата се развиват неравномерно – чрез възникване и преодоляване на технически противоречия; 3. След изчерпване на възможностите за развитие, техническата система може да се изроди, да се запази на определено ниво или нейният работен орган да стане подсистема на нова система. Закони на системния синтез: 1. Автономната система трябва да се състои от четири минимално работещи части: работен елемент, двигател (източник на енергия), трансмисия и управляващ елемент; 2. Комуникацията през части от системата и самите нейни части трябва да осигуряват свободното преминаване на енергия през цялата система; 3. Системата може да се контролира чрез въздействие върху всяка част от нея. Законите на развитие отразяват условията и причините за развитието на системата и се формулират по следния начин: 1. Съгласуване на ритъма на техническите системи; 2. Динамизиране на работния орган (на макро и микро ниво); 3. Увеличаване на броя на управляваните връзки; 4. Структуриране; 5. Преход към суперсистемата; 6. увеличаване на броя на допълнителните функции. TRIZ постулати
- Технологиите се развиват по определени закони.
- За решаване на изобретателски проблеми е необходимо да се идентифицират и разрешат противоречията.
- Изобретателските проблеми могат да бъдат класифицирани и решени с помощта на подходящ метод.
- Решаване на творчески и изобретателски проблеми с всякаква сложност и фокус без изчерпване на възможности.
- Прогнозиране на развитието на техническите системи (TS) и получаване на обещаващи решения (включително принципно нови).
- Развитие на качествата на творческа личност.
- Решаване на научни и изследователски проблеми.
- Идентифициране на проблеми, трудности и предизвикателства при работа с технически системи и по време на тяхното развитие.
- Идентифициране на причините за дефекти и аварийни ситуации.
- Максимум ефективно използванересурсите на природата и технологиите за решаване на много проблеми.
- Обективна оценка на решенията.
- Систематизиране на знания във всяка област на дейност, което позволява много по-ефективно използване на тези знания и развитие на конкретни науки на фундаментално нова основа.
- Развитие на творческо въображение и мислене.
- Развитие на творчески екипи.
Описание на техническите системи
Критерии за развитие на технически обекти
Понятие за технически обекти, технически системи и технологии
Творческата изобретателска дейност на човека най-често се проявява в разработването на нови, по-напреднали в дизайна и по-ефективни в експлоатация. технически обекти(ДО) и технологиитяхното производство.
В официалната патентна литература термините „технически обект” и „технология” получиха наименованията съответно „устройство” и „метод”.
Слово "предмет"обозначава нещо, с което човек (субект) взаимодейства в своите познавателни или обективно-практически дейности (компютър, кафемелачка, трион, кола и др.).
Думата "технически" означава това ние говорим зане за някакви конвенционални или абстрактни обекти, а именно „ технически обекти».
Техническите обекти се използват за: 1) въздействие върху предмети на труда (метал, дърво, масло и др.) по време на създаване материални активи; 2) приемане, предаване и преобразуване на енергия; 3) изследване на законите на развитие на природата и обществото; 4) събиране, съхранение, обработка и предаване на информация; 5) управление технологични процеси; 6) създаване на материали с предварително зададени свойства; 7) движение и комуникации; 8) потребителски и културни услуги; 9) осигуряване на отбранителната способност на страната и др.
Технически обект – широко понятие. Това е космически кораб и ютия, компютър и обувка, телевизионна кула и градинска лопата. Съществуват елементарна поддръжка, състоящ се само от един материален (конструктивен) елемент. Например, чугунен дъмбел, супена лъжица, метална шайба.
Наред с понятието „технически обект” широко се използва понятието „техническа система”.
Техническа система (ТС) –Това е определен набор от елементи, които са подредени помежду си, предназначени да задоволяват определени нужди, да изпълняват определени полезни функции.
Всяка техническа система се състои от редица структурни елементи (връзки, блокове, възли, възли), наречени подсистеми, чийто брой може да бъде равен на N. В същото време повечето технически системи също имат суперсистеми - технически обекти от по-висок клас структурно ниво, в което се включват като функционални елементи. Една суперсистема може да включва от две до M технически системи (фиг. 2.1.).
Техническите обекти (системи) изпълняват определени функции(операции) за трансформиране на материя (жива и предмети) нежива природа), енергийни или информационни сигнали. Под технологияозначава метод, метод или програма за преобразуване на материя, енергия или информационни сигнали от дадено първоначално състояние в дадено крайно състояние с помощта на подходящи технически системи.
Всяка ТО е в определено взаимодействие с околната среда. Взаимодействието на ТО със заобикалящата жива и нежива среда може да се осъществи чрез различни комуникационни канали, които са полезно разделени на две групи(фиг. 2.2.).
Първа групавключва потоци от материя, енергия и информационни сигнали, предавани от околната среда към TO, втора група –потоци, предавани от съоръжението за поддръжка към околната среда.
A t – функционално определени (или управляващи) входни влияния, входни потоци във физическите операции, които се изпълняват;
И в – принудителни (или смущаващи) входни въздействия: температура, влажност, прах и др.;
S t – функционално определени (или регулирани, контролирани) изходни въздействия, изходни потоци, реализирани в обекта физически операции;
C in – принудителни (смущаващи) изходни влияния под формата на електромагнитни полета, замърсяване на водата, атмосферата и др.
Критериите за развитие на поддръжката са най-важните критерии (показатели) за качество и следователно се използват при оценка на качеството на поддръжката.
Ролята на критериите за развитие е особено важна при разработването на нови продукти, когато дизайнерите и изобретателите в стремежа си да надминат нивото на най-добрите световни постижения или когато предприятията искат да закупят готови продукти от това ниво. За решаването на такива проблеми критериите за развитие играят ролята на компас, показващ посоката на прогресивното развитие на продуктите и технологиите.
Всяко техническо оборудване има не един, а няколко критерия за развитие, следователно, когато разработват техническо оборудване от всяко ново поколение, те се стремят да подобрят някои критерии колкото е възможно повече, без да влошават други.
Целият набор от критерии за техническо развитие обикновено се разделя на четири класа (фиг. 3.3.):
· функционален,характеризиращи показатели за изпълнение на функцията на обекта;
· технологичен, отразяващи възможността и сложността на производството на ТО;
· икономически, определяне на икономическата целесъобразност за изпълнение на функцията с помощта на разглеждания ТО;
· антропологиченсвързани с оценка на въздействието върху хората на отрицателни и положителни факториот страна на създадената от него ТО.
Един единствен критерий не може напълно да характеризира нито ефективността на разработеното техническо оборудване, нито ефективността на процеса на неговото създаване. Въз основа на това, когато започват да създават ново техническо оборудване, разработчиците формират набор от критерии (индикатори за качество) както за техническия обект, така и за процеса на неговото създаване. Процедурата за избор на критерии и разпознаване на степента на важност се нарича стратегия за избор.
В същото време наборът от критерии се регулира от GOST. Показатели за качестворазделени на 10 групи:
1. назначения;
2. надеждност;
3. икономическа употребаматериали и енергия;
4. ергономични и естетически показатели;
5. показатели за технологичност;
6. стандартизационни показатели;
7. уеднаквителни показатели;
8. показатели за безопасност;
9. патентно-правни показатели;
10. икономически показатели.
Всеки технически обект (система) може да бъде представен чрез описания, които имат йерархична подчиненост.
Нужда (функция ).
Под трябвасе отнася до желанието на човек да получи определен резултат в процеса на трансформация, транспортиране или съхранение на материя, енергия, информация. Описанията на нуждите на P трябва да съдържат информация:
Г – за действие, което води до задоволяване на потребност от интерес;
G – за обекта или предмета на технологична обработка, към който е насочено действие D;
N - за наличието на условия или ограничения, при които се изпълнява това действие.