"......последние слова книги пророка Люстрога гласят: «все истинно верующие да разбивают яйца с того конца, с какого удобнее».
Джонатан Свифт «Путешествия Гулливера»

Введение
Теория Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ), разработанная талантливым инженером, изобретателем и гениальным выдумщиком Г.С. Альтшуллером, широко известна и, несомненно, является наиболее эффективным инструментом решения инженерных задач в настоящее время. Опубликовано большое количество материалов на русском и английском языках, в которых суть теории раскрывается достаточно полно для первоначального знакомства с ней. Лучшим русскоязычным ресурсом является сайт Минского центра ОТСМ-ТРИЗ (http://www.trizminsk.org), лучшим англоязычным - Американский ТРИЗ-Журнал (http://www.triz-journal.com). Изучив ТРИЗ по книгам и статьям, можно легко учить других - материал настолько богатый и увлекательный, что интерес к занятиям будет обеспечен.
Однако, для более глубокого понимания ТРИЗ необходимо тщательное осмысление изложенного материала, в первую очередь, понятий и терминов ТРИЗ. Ведь многое в ТРИЗ изложено, как материал для дальнейших размышлений, а не набор информации для простого запоминания.
За время работы для компании САМСУНГ в качестве ТРИЗ-консультанта мне пришлось заново и всерьез переосмыслить все то, что я знал о ТРИЗ раньше. При решении технических задач, обходе патентов конкурирующих компаний и разработке прогноза развития технических систем очень важно было понять глубинное содержание каждого термина ТРИЗ с тем, чтобы применять ее инструменты с максимальной эффективностью.
Одним из основных понятий в ТРИЗ и одним из важнейших звеньев всех без исключения ее инструментов является понятие «Техническая Система». Этот термин вводится в классической ТРИЗ без определения, как производное от понятия «Система». Но при ближайшем рассмотрении становится ясно, что это понятие - «Техническая Система» - требует дальнейшей конкретизации. В пользу такого утверждения говорит, например, семантический аспект. Понятие «Техническая Система» переводится с русского языка на английский двумя способами: «Technical System» и «Engineering System». Используя любую поисковую систему в Интернете, легко убедиться, что эти понятия в понимании специалистов, проявляющих активность в ТРИЗ, практически равноценны. Или взять, к примеру, глоссарий Виктора Фея (http://www.triz-journal.com/archives/2001/03/a/index.htm), в котором просто нет разъяснения ни того, ни другого понятия.
В настоящей статье я попытался описать мое осмысление термина «Техническая Система», постепенно сложившееся после того, как для решения конкретной задачи мне понадобилось узнать полный состав минимально работоспособной технической системы.

Попытка анализа понятия «Техническая Система»
Для начала рассмотрим, что же такое система вообще.
Имеется много разных определений системы. Самое залихватское, абстрактное, потому абсолютно исчерпывающее, но малопригодное для практических целей определение дал В. Гейнс : «Система - это то, что мы определим как систему» . На практике чаще всего пользуются определением системы А.Богданова : «Система - это множество взаимосвязанных элементов, обладающих общим (системным) свойством, не сводящимся к свойствам этих элементов» .

А что такое «Техническая Система»?
К сожалению, непосредственно понятие «Техническая Система» у Г. Альтшуллера не определено. Из контекста ясно, что это некоторая система, имеющая отношение к технике, техническим объектам. Косвенным определением Технической Системы (ТС) могут служить сформулированные им три закона, вернее, три условия, которые должны удовлетворяться для ее существования :
1. Закон полноты частей системы.
2. Закон «энергетической проводимости» системы.
3. Закон согласования ритмики частей системы.

Согласно закону полноты частей системы каждая ТС включает в себя, как минимум, четыре части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и систему управления.

То есть, имеется какая-то система, машина, состоящая из технических объектов, подсистем, которая может выполнять требуемую функцию. Она включает рабочий орган, трансмиссию и двигатель. Все, управляющее действием этой машины, помещается в «Систему управления» или малопонятную «Кибернетическую часть» .
Важным здесь является понимание того, что ТС создается для выполнения некоторой функции. Наверное, следует понимать так, что минимально работоспособная ТС может выполнять эту функцию в любой момент, без дополнительного доукомплектования. Подходы к определению Технической Системы представлены в книге «Поиск новых идей» , где приводится определение «Развивающейся Технической Системы». Этого вопроса касается в своих интересных исследованиях В. Королев . Некоторые критические замечания посвящены этому и в материалах Н. Матвиенко . Определение же понятия «Техническая Система» применительно к ТРИЗ приведено в книге Ю.Саламатова :

«Техническая Система - это совокупность упорядоченно взаимодействующих элементов, обладающая свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов и предназначенная для выполнения определенных полезных функций» .

Действительно, у человека есть какая-то потребность, для удовлетворения которой надо выполнить некоторую функцию. Значит, нужно каким-то образом организовать систему, эту функцию выполняющую, - Техническую Систему - и удовлетворить потребность.
Что же смущает в приведенном выше определении Технической Системы? Не совсем понятное слово «предназначенная». Наверное, все-таки здесь важнее не чьи-то пожелания, а объективная возможность выполнения требуемой функции.
Например, для чего предназначен металлический цилиндр с осевым отверстием переменного диаметра и резьбой на одном его конце?
Ответить на такой вопрос практически невозможно. Дискуссия сразу переходит в плоскость вопроса «а где это можно было бы применить?».

Но можно ли, пользуясь этим определением, сказать: пока это еще не Техническая Система, а с этого момента - уже Техническая Система? Написано так: «....ТС появляется, как только технический объект приобретает способность выполнять Главную Полезную Функцию без человека». А дальше сказано, что одна из тенденций развития ТС - это удаление человека из ее состава. Значит, на каком-то этапе развития ТС человек является ее частью. Или нет? Непонятно.....

Наверное, мы ни в чем не разберемся, если не найдем ответа на следующий вопрос: человек - это часть Технической Системы или нет?

Опросив знакомых тризовцев, я получил достаточно широкий спектр ответов: от твердого «нет», подкрепленного ссылками на корифеев, до робкого «да, наверное».
Самый же оригинальный из ответов: когда автомобиль движется равномерно и прямолинейно - человек не является частью этой технической системы, но как только автомобиль начинает поворачивать, то человек сразу становится ее нужной и полезной частью.

Что у нас в литературе? У Саламатова приведен пример, из которого вытекает, что человек с мотыгой - не ТС. Тем более, сама мотыга не является Технической Системой. А лук - это ТС.
Но чем отличаются мотыга и лук? В луке есть аккумулятор энергии - тетива и гибкий стержень, в хорошей мотыге тоже при замахе ручка изгибается и при движении вниз увеличивает силу удара. Чуть-чуть изгибается, но нам важен принцип. С луком работают в два движения: сначала взводят, потом отпускают, с мотыгой - тоже. Почему же тогда такая несправедливость?

Давайте попробуем разобраться.

Заостренная деревянная палочка - это Техническая Система? Не похоже. А автоматическая ручка? Наверное, это ТС, и довольно сложная. Ну а принтер? Несомненно, ТС.
А карандаш? Кто его знает.... Вроде так: ни то, ни се. Может, назвать его «простая Техническая Система»? Свинцовая или серебряная палочка для письма? Вопрос.... Уже и не щепка деревянная, все-таки - драгоценный металл, но и до ручки еще далековато.

Современная капиллярная ручка, карандаш, заостренная палочка и пишущий узел принтера, - что у них общего? Некоторая полезная функция, которую они, в принципе, могли бы выполнять: «оставлять след на поверхности».
«Долговязый Тимошка бежит по узенькой дорожке. Его следы - твои труды». Помните? Это карандаш. А также палочка, свинцовое или серебряное стило, ручка, фломастер, принтер, типографский станок. Каков набор! А ряд - логичный...

Правда, тут снова возникает вопрос.
Если все эти объекты могут выполнять одну и ту же функцию, значит это все - Технические Системы. И не надо делить их на сложные и примитивные. Если объекты выполняют одинаковые функции, то у них не только назначение одинаковое, но и уровень иерархии должен быть одинаковым.
Или наоборот - это все никакие не ТС. Ну, какая Техническая Система - заостренная палочка? Где у нее двигатель или трансмиссия? Но тогда выходит, что принтер тоже не ТС.

Давайте подойдем формально.
Всякая Техническая Система должна выполнять какую-то полезную функцию. Может ли заостренная палочка выполнить свою функцию? Нет. А принтер?..
Проделаем простой опыт. Положим ручку на стол. Или, для упрощения, - на бумагу. Давайте просто подождем, когда она начнет выполнять свою главную полезную функцию. Не выполняет. И не будет выполнять, пока человек, оператор, не возьмет ее в руку, не приложит к листу бумаги, и «...стихи свободно потекут».
А принтер? Начнет ли он печатать, пока пользователь не даст команду компьютеру, а тот, в свою очередь, не переадресует ее принтеру? То есть, без нажатия на кнопку, голосовой команды или, в перспективе, мыслительной команды действие не произойдет.

Таким образом, получается следующее. Ручка, мотыга, принтер, велосипед - не ТС. Точнее, не полные ТС. Это просто «системы технических объектов». Без человека, оператора, они не могут работать, т.е. не могут выполнять свою функцию. Конечно, в принципе - могут, а вот в реальности... Точно так же четыре колеса, кузов и капот не могут ничего никуда перевезти... Даже полностью укомплектованный новенький автомобиль, заправленный, с ключами в замке зажигания, - это не Техническая Система, а просто «система технических объектов». Вот сядет на свое место оператор, в просторечии, шофер, возьмется за баранку, и сразу же автомобиль станет Технической Системой. И все другие технические объекты и системы становятся полными ТС и работают только и исключительно вместе с человеком, оператором.
Оператор может сидеть внутри «системы технических объектов». Может стоять возле нее, подальше или поближе. Может вообще запрограммировать действие Технической Системы, включить ее и уйти. Но в любом случае - оператор должен участвовать в управлении ТС.
И не надо противопоставлять космический корабль мотыге. Как первое, так и второе - это большая или меньшая часть некоторой ТС, которую для нормального выполнения главной полезной функции надо дополнить одним или несколькими операторами.
Вспомним закон полноты частей системы, сформулированный Г.С.Альтшуллером. ТС возникает тогда, когда налицо все ее четыре части (Рис.1), причем, каждая из них должна быть минимально работоспособна. Если хотя бы одна часть отсутствует, то это - не Техническая Система. Так же нет ТС, если одна из четырех частей неработоспособна. Получается, что Техническая Система - это то, что должно быть полностью готово к немедленному выполнению своей главной полезной функции без дополнительного доукомплектования. Как корабль, полностью готовый к походу. Все заправлено, заряжено, и весь экипаж на своих местах.
А без человека система управления не то что «минимально работоспособна», а неработоспособна в принципе, поскольку неукомплектована. Не выполняется закон полноты частей системы. И закон сквозного прохода энергии не выполняется. Идет сигнал в систему управления, и - стоп. Нет обратного потока энергии.
И как быть с теми «Техническими Системами», которые благополучно выполняют свою полезную функцию, но совершенно не содержат технических объектов? Например, электрик, меняющий электрическую лампочку....

Похоже, что есть такой особый уровень иерархии, на котором совокупность объектов, элементов превращается в собственно Техническую Систему. Это - уровень автомобиля с водителем, видеокамеры с оператором, ручки с писателем, автоматизированного производственного комплекса с операторами, его запускающими и обслуживающими и т.п. То есть, это уровень, на котором образуется система: совокупность природных и технических объектов, человека-оператора и его действий, выполняющая какую-то, непосредственно полезную для человека, функцию.

Интересно посмотреть, как выстроена иерархия биологических объектов и систем. Молекулы, клетки, элементы, части организмов - это уровень подсистем. «Подсистема» - это отдельная часть организма, например, скелет слона, жало комара или перо синицы. Сумма таких подсистем, даже их полный набор, целиком собранный из них организм, никак не может выполнять полезные функции. Нужно в этот «набор» добавить еще что-то, вдохнуть «искру божью», чтобы получить живой, функционирующий организм.

Живые организмы, особи, могут объединяться в надсистему. «Надсистема» - это более или менее организованная совокупность животных или растений, например, пчелиная семья. Но такого резкого качественного скачка здесь уже не происходит.

По аналогии с биологическими системами можно трактовать понятие «Техническая Система» как особый уровень иерархии, при котором система получает возможность действовать самостоятельно, т.е. уровень живого организма.

Другими словами, «Техническая Система» в технике соответствует уровню живого организма в природе. В патентной заявке это называется «машина в работе». Т.е., «система технических объектов» плюс человек-оператор. Например, карбюратор - это не ТС, а просто - система, совокупность технических объектов. А вот человек (оператор), стучащий карбюратором по ореху - это ТС с полезной функцией: очищать орехи от скорлупы. Так и человек с мотыгой - ТС, а трактор с плугом - нет. Парадокс....

«Человек» - что это такое в применении к Технической Системе? Что тут трудно для понимания?
Наверное, путаница вызывается самой формулировкой вопроса. Психологически сложно поставить на один уровень человека и колодочный тормоз.
Несомненно, что человек, как часть техносферы, имеет самое прямое отношение к любой ТС и может быть по отношению к ней в следующих ролевых ситуациях:

В надсистеме:
1. Пользователем.
2. Разработчиком.
3. Изготовителем технических объектов системы.
4. Лицом, обеспечивающим техническое обслуживание, ремонт и утилизацию технических объектов системы.
В системе:
1. Оператором, главным элементом системы управления.
2. Источником энергии.
3. Двигателем.
4. Трансмиссией.
5. Рабочим органом.
6. Обрабатываемым объектом.
В окружающей среде:
1. Элементом окружающей среды.

Пользователь, несомненно, главное лицо. Именно он оплачивает создание ТС, именно по его воле разработчики и изготовители берутся за дело. Он оплачивает труд оператора, техническое обслуживание, ремонт и утилизацию технических объектов системы.
Вторая группа лиц обеспечивает функционирование ТС при работе, испытывает ее действие на себе.
Третья группа косвенно помогает или препятствует этому процессу, или просто наблюдает за ним и подвергается воздействию побочных эффектов, возникающих при работе.

Человек может выполнять несколько ролей одновременно. Например, водитель собственного автомобиля или человек, пользующийся ингалятором. Или велосипедист. Он - элемент почти всех систем велосипеда, кроме рабочего органа (сидения) и трансмиссии (колес и рамы велосипеда).

Все-таки, получается так, что человек - обязательная часть Технической Системы.
Казалось бы, какая разница. Ведь как дойдет до дела, до решения реальных инженерных задач, то человек быстро уходит за скобки проблемы и работать приходится на уровне подсистем. Да, но только в тех местах, где согласование и проход энергии осуществляются между подсистемами, никак не связанными с оператором. А стоит нам подойти поближе к системе управления, как проблема взаимодействия человека и технических объектов встает в полный рост.
Взять, к примеру, автомобиль. Свой нынешний облик автомобиль приобрел уже к концу 70-х годов, когда были изобретены подушки безопасности и надежная автоматическая коробка передач. Большинство усовершенствований с той поры направлены только на то, чтобы улучшить управление, безопасность, удобство обслуживания и ремонта, - т.е., на взаимодействие человека, главной части ТС, с ее остальными частями.
Грузовик 40- 50-х годов имел рулевое колесо диаметром 80 см. Водитель должен быть очень сильным, чтобы управлять таким автомобилем. А в авиации... Гигантский самолет 30-х годов «Максим Горький». Чтобы выполнить маневр, за штурвал должны были тянуть первый и второй пилот вместе. Иногда они звали на подмогу штурмана и остальной экипаж. Сейчас оператор с помощью усилителей может управлять гораздо более нагруженными механизмами. Казалось бы, проблема решена. Ан нет, опять часто забывают про человека... Дело в том, что усилители не всегда позволяют оператору в полной мере чувствовать поведение управляемого механизма. Иногда это приводит к авариям.

Например, проблема безопасности движения автомобиля или более «монотонного» в управлении локомотива. Здесь очень важно, чтобы оператор всегда находился в бодром, работоспособном состоянии. Проблема эта решается и в надсистеме - устраняются причины засыпания за рулем, проводится медицинский контроль, повышается ответственность водителя-оператора. Но все чаще это решается непосредственно в Технической Системе. Прямо в кабине. Если машинист вовремя не выключит сигнальную лампочку, остановится двигатель, и поезд остановится. Или в автомобиле: не поедешь, пока не пристегнешься. Т.е., идет нормальная обратная связь так же, как и между всеми остальными элементами ТС.

Может быть, одна из причин, по которой это направление совершенствования технических систем начало активно развиваться только в последние годы, - это непонимание места человека в их структуре. Вернее, не то, чтобы непонимание, а.... В общем, разработчик попадает в сложную психологическую ситуацию. Человек - разработчик нового - по праву ощущает себя творцом. Он не может до конца прочувствовать того, что такой же человек может быть еще и оператором, двигателем или рабочим органом - частью механизма, машины, Технической Системы. Хорошо еще, если это широко используемая ТС, тесно взаимодействующая с человеком, например, автомобиль. Здесь человек может являться и разработчиком, и оператором, и пользователем одновременно.
Как и с компьютером. Работать с большинством компьютерных программ сложно даже сейчас, когда разработчики поняли простую истину, что с программой будет работать человек-оператор, которому важен результат, а не устройство программы. Это сейчас появились такие понятия, как «дружественный интерфейс». А раньше... Зачем далеко ходить, вспомните «Лексикон».
А другие ТС, стоящие, на первый взгляд, далеко от человека.... Имя им легион. Здесь зачастую и мысль в голову не приходит, что человек - это часть Технической Системы. А ведь при разработке любой из них необходимо анализировать взаимодействие составляющих элементов с учетом возможностей человеческого тела и разума. Иногда это не выполняется.
Мало того, часто не учитываются многие из известных сейчас природных факторов, влияющих на самочувствие человека, четкость его движений и быстроту реакции. А вновь открытые психологические факторы, например, «эффект Кассандры» ?
И встает страшным грибом Чернобыль, падают авиалайнеры и сталкиваются корабли.

А что еще, кроме оператора, нужно для получения готовой к функционированию Технической Системы?

Об этом - во второй части этой статьи.

Литература:
1. Gaines, B.R. «General System research: Quo vadis?» General System Yearboor, 24, 1979.
2. Богданов А. А. Всеобщая организационная наука. Тектология. Кн. 1. - М., 1989. - С. 48.
3. Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. http://www.trizminsk.org/r/4117.htm#05 .
4. Каменев А. Ф. Технические Системы. Закономерности развития. Ленинград, «Машиностроение», 1985.
5. Г. Альтшуллер, Б.Злотин, А. Зусман. В. Филатов. Поиск новых идей: от озарения к технологии. Кишинев, Картя Молдавеняска, 1989. с. 365.
6. В. Королев. О понятии «система». Энциклопедия ТРИЗ. http://triz.port5.com/data/w24.html .
7. В. Королев. О понятии «система» (2). Энциклопедия ТРИЗ. http://triz.port5.com/data/w108.html .
8. Матвиенко Н. Н. Термины ТРИЗ (проблемный сборник). Владивосток. 1991.
9. Саламатов Ю. П. Система законов развития техники (Основы теории развития Технических систем). INSTITUTE OF INNOVATIVE DESIGN. Красноярск, 1996г. http://www.trizminsk.org/e/21101000.htm .
10. Свиридов В. А. Человеческий фактор. http://www.rusavia.spb.ru/digest/sv/sv.html .
11. Иванов Г. И. Формулы творчества или как научиться изобретать. Москва. «Просвещение». 1994
12. Купер Фенимор. Прерия.

Вопросы лекции 1.Понятие технической системы и ее функций. 2.Системный подход. 3.Организация информации в линии развития. Пример анализа реальной системы. 4.Модель функционирующей системы. 5.Функционирующая система в контексте патентного законодательства. 6.Основные элементы функционирующей системы. 7.Действия при пошаговом развитии системы. 8.Трехэтапный алгоритм преобразования системы по Г. С. Альтшуллеру.

Техническая система это совокупность взаимосвязанных материальных частей (элементов), предназначенная для повышения эффективности деятельности человека (общества) и обладающая хотя бы одним свойством, которым не обладает ни одна из составляющих его частей.

Дополнительная функция – это функция, выполнение которой придает новое потребительское качество объекту. Латентная функция – это скрытая функция, выполнение которой не присуще ТС по предназначению. Основная функция – это функция отдельных частей ТС, непосредственно помогающая осуществлять главную функцию. Вспомогательная функция – это функция отдельных частей ТС, предназначенная для обслуживания других подсистем ТС.

Одно из главных требований к оптимальной информационной структуре – требование объективности! Идея Г. С. Альтшуллера состоит в том, чтобы в дополнение к законам развития ТС строить объективные линии развития ТС. Линии развития применяются как инструмент, позволяющий рассмотреть полученное техническое решение в динамике.

Законы развития ТС – в общем виде описывают связи между явлениями, их трудно использовать в качестве инструментов решения задач из-за их обобщенности. Тенденции развития ТС – показывают генеральные направления развития элементов системы в соответствии с объективными законами развития ТС. Линия развития ТС – это конкретизация какой- то тенденции, закономерность развития данного объекта или процесса; это подробный «маршрут» с указанием характерных вариантов преобразований технической системы или ее элемента.

Г. С. Альтшуллер о ТС: Технических объектов много, и они очень разнородны. Но есть нечто общее, присущее всем техническим объектам: все они являются системами. При системном подходе технические объекты рассматриваются как целостные организмы, подчиняющиеся общим законам развития. Карманный фонарик, двигатель, тепловоз, химический завод, речной транспорт – все это примеры ТС. Внешне они нисколько не похожи друг на друга. Их объединяет то, что они системы, т.е. нечто большее, чем арифметическая сумма составных частей.

Важно, чтобы концепция функционирующей системы была согласована с моделями, используемыми в патентном законодательстве!!! Состав функционирующей системы хорошо согласуется с перечнем предметов патентирования, предусмотренных в патентном законодательстве.

Устройство – это система расположенных в пространстве элементов, определенным образом взаимодействующих между собой. Устройство относится к информационному и объектному уровням ФС. Способ – это описание процессов взаимодействия частей ТС. Вещество – это ресурсы, необходимые для работы объектного уровня ФС, а также продукты переработки.

Элементы ФС Совокупности материальных объектов Описание процесса их взаимодействия Вещества, поля и системы, необходимые для работы объектной части системы и оператора Вещества, поля и системы как продукты переработки Алгоритмы и программы для автоматических систем управления Учебные курсы и программы

В ТС каждый переход от одного ее варианта к другому осуществляется только за счет внешнего вмешательства субъекта (человека). Основной постулат философии техники – все ТС развиваются в соответствии с объективными законами. Законы развития ТС отражают существенные, устойчивые и повторяющиеся взаимодействия между элементами ТС, между самими ТС и окружающей средой.

Законы развития ТС 1.Закон полноты частей системы. 2.Закон энергетической проводимости системы. 3.Закон согласования ритмики частей системы 4.Закон увеличения идеальности ТС 5.Закон неравномерности развития частей системы. 6.Закон перехода в надсистему. 7.Закон перехода на микроуровень. 8.Закон увеличения степени вепольности. 9.Закон повышения динамичности, управляемости и вытеснения человека.

Появление нового варианта ФС происходит вследствие поэтапного выполнения следующих условий: 1.Обеспечение «соответствия состава системы выполняемой ею функции» 2.Установление связей между элементами системы 3.Согласование параметров и режимов действия подсистем данной системы

Порядок действий при создании нового варианта ТС 1.Ввести элементы и связи в состав системы. 2.Удалить элементы и связи из состава системы. 3.Заменить одни элементы и связи объектов на другие. 4.Разделить элементы системы на части. 5.Изменить форму и размеры элементов системы.

Порядок действий при создании нового варианта ТС 6.Изменить внутреннюю структуру элементов системы. 7.Изменить состояние поверхности элементов системы. 8.Обеспечить подвижность связей между элементами системы и возможность изменения других ее параметров. 9.Обеспечить и упростить оперативное управление. 10.Проверить и улучшить согласование работы элементов системы.

Виды описаний технических систем.

Как указывалось более высокое, для того, чтобы получить наиболее полное описание сложной технической системы, его необходимо производить из разных позиций. Из множества аспектов описаний целесообразно выделить пять основных и наиболее потребляемых, а именно:

1) конструкционное, 2) функциональное, 3) кибернетическое, 4) временное и

5) технологическое.

Остальные аспекты, например экономический, эстетичный, эргономичный и другие, могут использоваться для составления описаний, которые имеют специальное назначение.

В соответствии с вышеупомянутыми аспектами выделим пять основных видов описаний (рис. 1.4) и рассмотрим их особенности.

Конструкционное описание должно давать представление о строении (структуре) системы, ее форме (конфигурации), материалах, из которых изготовляются части системы, веществах, используемых как рабочие тела (рис. 1.5).

Структура сложной системы, что рассматривается при конструкционном описании, есть, как правило, иерархической по составу; при этом связи, используемые для описания структуры, характеризуют взаимное положение подсистем, а также их принадлежность к тому или другому уровню иерархии. Разбивка системы на уровне может производиться исходя из конструктивных или технологических рассуждений. Например, до одного уровня могут принадлежать все агрегаты двигателя, к другому - сборочные единицы, к третьему - детали.

Основным традиционным способом описания формы (конфигурации) технических систем является использование эскизов, чертежей, словесных описаний. Создание автоматизированных систем проектирования затребовало разработку специальных языков и методов цифрового описания форм разных геометрических поверхностей, взаимного положения элементов конструкций и т. п., пригодных для введения информации в ЭВМ.

Методы конструкционного описания систем обычно стандартизируют в той или другой форме. Стандартизация осуществляется в рамках Единственной системы конструкторской документации (ЕСКД.)

Конструкционное описание не дает представления о свойствах системы в процессе тех работ, для выполнения которых она должна использоваться . Для этих целей необходимое функциональное описание , которое состоит из описаний последовательности состояний системы под воздействием надсистем (или внешней среды) и описаний процессов, которые определяют эти состояния .

Основным способом описания процессов, которые имеют место в системе, есть их разложение на элементарные, например процессы масо и теплообмена, превращения энергии в соответствии с физическими законами. Это внутренний способ функционального описания. Внешним способом является представление процессов либо в виде семейства характеристик функционирования, либо в виде совокупности численных значений параметров системы, соответствующих одному ее состоянию. Характеристиками функционирования называются зависимости численных значений параметров системы от показателей, которые определяют ее состояние в процессе функционирования . Скоростные характеристики нагрузок двигателя - типичный пример характеристик его функционирования.

В общем случае состояние системы в заданный момент времени t определяется параметрами, которые характеризуют ее внешние связи, начальное состояние при t = t0, а также отрезком времени D t = t – t0 .

Состояние двигателя в процессе его функционирования обычно называют режимом работы. Двигатели могут работать в разных режимах:

стационарному (постоянному),

нестационарному (переходному), вынужденного вращения и др.

Для стационарных режимов работы состояние двигателя определяется параметрами, которые характеризуют состояние рабочих тел: воздуха, топлива, масла и воды (при водяном охлаждении) - на входе и внешней среды - на выходе из двигателя, а также параметрами, которые определяют состояние потребителя энергии (привычно это мощность и частота вращения коленчатого вала). Для нестационарных режимов состояние двигателя определяется дополнительно параметрами, что характеризуют начало и время переходного процесса.

Знание характеристик функционирования необходимо для исследования систем, для прогноза их поведения в разных ситуациях, а также для сравнения систем между собой . В частности, сравнение с системой, принятой за эталон, нередко используется для определения степени кондиционности исследуемой системы.

Для осуществления функционального описания какой-либо подсистемы необходимо выделить ее из системы, задав внешние связи, и определить ее состояние. Структура функционального описания ее как информационной системы обычно носит иерархический характер. Возможное наличие всех трех видов иерархий:

по управлению, составлю глубине описания.

Число уровней иерархии зависит от целей, для осуществления которых складывается описание, и объема наших знаний о системе.

На рис. 1.6 представленный фрагмент структуры функционального описания системы.

В связи с тем, что особенности функционирования технических систем во многом определяются законами и средствами управления ими, целесообразно выделить отдельный аспект описанию - кибернетический, целью которого является выявление структуры управления, а также характеристик функционирования системы в процессе управления.

Управление системой может быть внешним - со стороны надсистеми, внутренним - за счет одной из подсистем, несущей функции

управление, или комбинированным - со стороны надсистем с использованием подсистемы управления. Системы, которые имеют внутреннее управление, получили название автоматических.

В общем случае можно выделить четыре ровные иерархии по управлению (рис. 1.8). На самом нижнем уровне иерархии находится так называемое прямое управление, осуществляемое для поддержки в стабилизированном состоянии заданного режима работы системы. Система управления, соответствующая следующему уровню иерархии, позволяет анализировать состояние управляемой системы при изменении действий на нее, например, со стороны внешней среды, находить оптимальное управление в соответствии с заданным алгоритмом управления и реализовать его с помощью соответствующих регуляторов и исполнительных механизмов. Это - система оптимального управления. На высшем уровне находится система адаптивного управления, позволяя автоматически в процессе управления вносить коррективы в алгоритм оптимального управления.

И, наконец, при необходимости управления несколькими системами возможное использование комплексного управления, особенностью которого является наличие дополнительных функций взаимной координации работы управляемых систем.

Очевидно, что техническую систему, в структуре системы управления которой есть уровни оптимального адаптивного и иногда комплексного управлений, можно считать кибернетической.

Способы построения характеристик функционирования объектов в процессе управления имеют многих общего со способами построения характеристик функционирования при функциональном описании систем, поэтому на этом мы не будем останавливаться отдельно.

Можно считать, что всякая техническая система в соответствии с признаком изменчивости склонна к законам развития, определяемых общими законами технического прогресса. "Развитие систем, сопровождаемое изменением их свойств, структуры, сферы применения и др., должно отображаться времени им описанием. С помощью временного описания можно проследить все стадии развития, например, дизельных двигателей от первого, построенного Г. Дизелем, к современным. Необходимость временного описания становится особенно острой при прогностических исследованиях.

Временное описание системы может быть также привязано ко всем этапам ее создания (рис. 1.9). В этом случае оно может использоваться для целей планирования, определения сроков модернизации систем, изменения базовых моделей и др.

Для того, чтобы систему изготовить, необходимо не только конструкционное, но и технологическое описание . Строго говоря, технологическое описание является описанием только данной технической системы, это, прежде всего описание результатов функционирования производственной системы, в пределах которой данная система изготовляется. Но если учесть, что в большинстве случаев конструкция технической системы и особенности ее функционирования определяются технологией производства, становится очевидной необходимость включения технологического описания в круг аспектов описания систем.

Технологическое описание должно включать описание технологических операций обработки материалов, из которых изготовляется система, технологии испытаний подсистем и всей системы и т.д. Технологическое описание должно выполняться в соответствии с Единственной системой технологической документации (ЕСТД).

Лекция 3. Показатели качества системы .

Использование в полном объеме средств конструкционного, функционального, кибернетического и других видов описаний, как правило, малоудобно для целей контроля и управления системами, а также для сравнения последних между собой. В связи с этим возникла необходимость применения более компактной формы описания систем в виде совокупности численных значений параметров, определенных для какого-либо одного (например, номинального) или нескольких состояний системы.

Число параметров сложной системы, характеризуя ее свойства, может быть достаточно большое, в принципе бесконечно. Вместе с тем можно выделить существенно меньшую группу важнейших из них, с достаточной полнотой характеризуя способность системы обеспечивать свойства тех надсистем, в состав которых она входит. Представители этой группы параметров получили название показателей качества.

Все множество показателей качества можно разделить на:

1) показатели, которые непосредственно характеризуют свойства системы,

2) показатели, которые характеризуют свойства других систем, перенесенные на данную систему.

Первую группу показателей можно, в свою очередь, разделить на следующие подгруппы:

1) показатели, которые определяют основные технические свойства системы, например такие, как мощность, приемистость, надежность, масса двигателя;

2) эргономичные показатели, например, характеризуя вибрацию, шум, дымность выхлопа двигателя;

3) эксплуатационно-экономические показатели, которые есть, например, оценку расходов на топливо, масло, обслуживание двигателя в процессе его эксплуатации;

4) эстетичные показатели, например, характеризуя пропорциональность форм, гармоничность и целостность конструкции двигателя.

Среди показателей, которые характеризуют свойства других систем, можно также выделить отдельные подгруппы:

1) показатели производственно-технологические, характеризуя трудоемкость изготовления систему, степень использования материалов;

2) показатели производственно-экономические, например такие, как себестоимость и цена двигателя; показатели стандартизации и некоторые показатели унификации, характеризуя количество элементов, общих с другими системами.

Для обеспечения необходимой полноты, надежности и удобства описания систем желательно, чтобы используемые в виде показателей качества параметры были достаточно простые в определении, давали наглядное и адекватное представление о тех свойствах, для оценки которых они назначены, имели хорошую чувствительность к изменению этих свойств и были стойкие к случайным препятствиям в процессе их определения (измерение) . В связи с этим выявление номенклатуры показателей качества является не совсем простой задачей. Часто для отбора минимального числа показателей качества используют специальные методы, например метод экспертных оценок.

За применение показателей качества вместо полного описания системы приходится платить погрешностью, определяемой неполнотой информации, что заключается в каждом показателе. Очевидно, что чем меньшее число показателей качества, тем эта погрешность более высокая.

Показатели качества могут характеризовать одно или несколько свойств системы. В первом случае они называются единичными показателями качества, во втором - комплексными. Если свойства системы в целом оцениваются одним показателем, то этот показатель называется определяющим показателем качества (ГОСТ 1547-79). Иногда в литературе определяющий показатель качества системы называют показателем ее эффективности.

Достаточно часто используют относительные показатели, которые являются отношением показателей качества данной системы и системы, принятой за эталон. Совокупность относительных показателей качества характеризует уровень качества (технический уровень) системы.

Целые системы .

Всякое описание технической системы можно считать неполным, если не рассматривать степень удовлетворения ее свойств потребностям систем высшего порядка и, в конечном итоге, - общества. Обеспечение совокупной потребности общества можно считать основной конечной целью создания какой-нибудь системы или, проще говоря, основной целью системы .

Потребность общества, формируемая на уровне технических систем определенного типа, должна удовлетворяться по трем тесно связанным друг с другом категориям:

1) качества,

2) количества,

3) номенклатуре этих систем.

В частности, потребность общества в двигателях внутреннего сгорания должна удовлетворяться качеством каждого двигателя, номенклатурой двигателей и количеством двигателей каждого наименования.

Если не знать, насколько эта потребность удовлетворяется, то все рассмотренные выше аспекты описания не будут иметь существенного значения, поскольку мы не сможем сказать о системе самого главного: хорошая она или плохая, целесообразное ее использование или нет.

Потребность общества в технических системах распадается на потребности внутреннего и внешнего рынков сбыта, потребность внутреннего рынка - на потребности отраслей народного хозяйства, потребность каждой отрасли - на потребности отдельных потребителей и т.д. В связи с этим основную (конечную) цель системы можно разбить на составляющие, так называемые подцели, те - на еще более мелкие подцели и т.д. В результате выходит иерархическая структура целей, которую иногда называют деревом целей (рис. 1.10).

Разбивка цели системы на подцели производится для того, чтобы через составляющие логически связать эту цель со средствами ее достижения. Дерево целей, как правило, строится сверху вниз - от основной цели к подцелям, а обеспечение целей, очевидно, должно осуществляться от к верху низа. Сначала обеспечиваются цели самого низкого уровня, потом с их помощью (они являются как бы средствами достижения) - цели ближайшего верхнего уровня и т. д., пока не будет достигнута основная цель.

В связи с тем, что качество системы есть совокупность ее свойств, которые обусловливают удовлетворение целей ее создания или применения, показатели качества несут в себе как бы две функции:

во-первых, они позволяют описать целые системы,

во-вторых, с помощью численных выражений оценить степень удовлетворения этих целей.

Целые создания системы могут формулироваться по-разному:

1) приобрести наилучшие (оптимальные) свойства (качество);

2) приобрести наилучшие свойства при наличии ограничений, например на человеческие, материальные, денежные ресурсы и время;

3) приобрести заданные свойства.

Пусть основной целью, что стоит при проектировании системы, есть получение свойства f , измеряемого с помощью показателя качества F . Тогда, чтобы получить наилучшее качество, необходимо создать такую конструкцию системы или обеспечить такие условия ее функционирования, при которых показатель F примет оптимальное значение.

Учитывая, что оптимизация систем - очень важная и серьезная проблема, целесообразно остановиться на некоторых понятиях оптимизации, которые пригодятся нам при последующем изложении.

Основные понятия оптимизации.

Слово «критерий» греческого происхождения, его можно перевести как «мерило оценки». Если с помощью какого-либо критерия развязывается задача оптимизации, то мы имеем дело с критерием оптимума (оптимизации). Рассмотренный выше критерий F является критерием оптимума.

При решении некоторых задач оптимизации на математических моделях не всегда удается вести сравнение вариантов по выбранному критерию оптимума. Иногда его не удается выделить в явном виде и приходится находить другие параметры, которые побочно характеризуют изменения; иногда оценка ведется по функции, в которую входит этот критерий.

В теории исследования операций функция, по которой ведется оценка, степени оптимума решения на математической модели, получила название критериальной, или целевой, функции. Целевая функция не совпадает с критерием оптимума при использовании методов штрафных функций, при решении многокритериальных задач и т.д.

Есть еще одно отличие критерия оптимума от целевой функции. Критерий оптимума может не иметь математической формулировки, а состоять из понятий, представленных на словесном, содержательном уровне. Целевая функция всегда имеет математическую формулировку.

Могут существовать разные случаи оптимальных решений.

1. Целевая функция может иметь один или несколько экстремумов. Наибольший (наименьший) из экстремумов называется глобальным экстремумом максимумом (минимумом). В зависимости от числа экстремумов целевые функции называют одно- или многоэкстремальными (иногда – уни- или полиномами).

2. Оптимальное значение целевой функции достигается внутри или на границах допустимой области. Локальный экстремум, что лежит на грани допустимой области, называется условным максимумом или минимумом (рис. 1.13).

Выбор критериев оптимума и формирования областей допустимых решений осуществляется на основе анализа целей системы. Приведем пример. Пусть необходимо создать двигатель для повода генератора (1-я цель), обеспечивающий максимальную мощность (2-я цель) при заданных предельных габаритах (3-я цель). Тогда критерию оптимума может быть принята как величина эффективной мощности на номинальном режиме (при частоте вращения двигателя, ровной частоте вращения ротора генератора), а область допустимых решений будет определяться ограничениями на частоту вращения и конструктивные размеры двигателя.

В связи с существованием множества целей при оптимизации какой-нибудь системы может быть использовано множество критериев для оценки оптимума. Представителей этого множества называют частными, или локальными, критериями.

Если оптимизация системы ведется по единственному критерию, что характеризует ее основные (с точки зрения надсистеми) свойства, то такой критерий называют глобальным .

Если в процессе оптимизации технической системы принимают участие критерии, которые оценивают свойства подсистем, которые принадлежат разным уровням иерархии, то эти критерии целесообразно называть локальными , или частными, критериями итого уровня иерархии.

Оптимальная система .

Для того, чтобы выявить лучшую систему из имеющегося множества систем, необходимо назначить критерий оптимума и сравнивать его значения, полученные для каждой из систем множества . При прочих равных условиях оптимальной будет та система, у которой величина критерия будет иметь экстремальное значение . Будет ли такая система наилучшей во всех аспектах? Нет, поскольку одним критерием нельзя полностью описать систему. Для того, чтобы оптимизировать систему по свойствам, не охватываемым выбранным критерием, нужно вводить другие критерии оптимума, то есть перехаживать к многокритериальной задаче оптимизации, а решить последнюю объективно и однозначно, как правило, невозможно.

При существовании нескольких критериев оптимума обычно невозможно найти решение, что доставляют экстремум всем им одновременно. Объясним это на следующем упрощенном примере оптимизации двигателя по

двух критериях оптимума.

Пусть первый критерий есть эффективная мощность двигателя на номинальном режиме Ne, второй - наработку двигателя на отказ Т. Будем рассматривать варианты двигателя, отличные только частотой вращения коленчатого вала на номинальном режиме. Пусть характер изменения этих критериев будет таким, как на рис. 1.14, где экстремальные точки обозначены звездочками. Из рисунка видно, что максимальная наработка на отказ Т* достигается при частоте вращения коленчатого вала п1, а максимальная мощность Ne - при п2. Наилучшего варианта системы (то есть двигателя), при котором одновременное Т = Т* и Ne = N*e, в нашей задаче, очевидно, быть не может.

Из приведенного примера выходит, что всякое решение по выбору наилучшего варианта при числе критериев оптимума больше одного, как правило, будет компромиссным. Что же прячется в приведенном выше определении оптимума за выражением «множество возможных систем».

Если при поиске оптимального решения в однокритериальной задаче варьируемый параметр изменяется в диапазоне а £ х £ b, то можно перебрать тем или иным способом все его значения и тем самым найти экстремум критерия оптимума . Когда же мы рассматриваем варианты конструктивных идей и хотим спроектировать техническую систему, оптимальную по конструктивной идее, что лежит в ее основе, то у нас даже теоретически нет возможности перебрать все решения, потому что число показателей, которые характеризуют конструктивную идею, неопределенно, и может быть бесконечным. Отсюда ясно, что в строгом значении оптимальную систему, а следовательно, и оптимальную систему ДВС создать нельзя.

Вместе с тем чтобы отличать двигатели и их системы от других, создаваемых традиционными способами, будем называть оптимальным двигателем (системой) такой (такую), над которым произведенная процедура оптимизации в одиночку или нескольким критериям, которые входят в число показателей качества.

Относительность оптимума .

В связи с вышеизложенным понятие оптимального решения не является абсолютной категорией, оно справедливое только при условиях, обусловливаемых при постановке задачи оптимизации. Прежде всего, выбор оптимального варианта существенно зависит от того, что принимается как критерия оптимума и ограничений.

Должно быть очевидным, что если при оптимизации двигателя с заданной системой ограничений критерия оптимума принять как эффективную мощность, то мы получим один набор конструктивных оптимальных параметров, если двигатель оптимизировать по удельной затрате топлива, - другой, и, наконец, если двигатель оптимизировать по тяговым свойствам, - третий.

Приведем такой пример. Допустим, при постановке задачи оптимизации дизеля заданной мощности как ограничение назначенное предельное значение ресурса к капитальному ремонту R = 5000 ч. Вероятно, что в результате проведенной операции оптимизации двигателя мы будем иметь конструкцию быстроходного двигателя. Если же при прочих равных условиях задать значение предельного ресурса R = 100 000 ч, то мы получим как оптимальный тихоходный двигатель или выявим, что поставленная задача не имеет решения (если есть ограничение на габариты и массу двигателя).

В многокритериальных задачах результаты выбора оптимального решения еще в большей степени зависят от постановки задачи, поскольку необходимо задать дополнительно правило выбора оптимальных решений - принцип оптимума.

Из сказанного выше следует, что всякая оптимизация относительна, и, употребляя термин «оптимальная система», необходимо обусловливать, при каких условиях обеспечивается оптимум .

Классификация моделей .

Моделирование является могучим средством научно-технического познания, в процессе которого исследуется не сам объект, а некоторая промежуточная система (естественная или искусственная), способная давать информацию о познаваемом объекте в необходимом для исследователя аспекте исходя из тех задач, которые стоят перед ним .

Моделирование настолько глубоко внедрилось в технику, что часто мы не замечаем, что имеем дело с моделями. В настоящее время какой-нибудь технический объект, ранее чем он будет воплощен в металле, проходит стадии, если можно так выразиться, модельного существования в виде:

чертежей, расчетов, макетов, опытных установок и др.

И фактически проектируется не сам объект, а его модели, которые потом после соответствующих превращений реализуются в виде объекта.

Будем понимать под моделью технической системы А ее описание, составленное на каком-либо языке, или другую техническую систему В, способную замещать систему А в том или другом аспекте в процессе ее проектирования, исследования или управления ею .

Всякую систему можно моделировать бесконечным множеством способов. Это множество определяется и ограничивается,

во-первых, целями системы,

во-вторых, целями моделирования,

в-третьих, техническими средствами для построения моделей, и, наконец, творческими способностями их творцов, которые располагаются.

Использование моделей удобно по многим причинам:

1) с моделью легче обращаться;

2) о модели чаще всего мы можем знать больше, чем об оригинале;

3) модель позволяет получить представление о крайних ситуациях, в которых может очутиться система, без опасности для оборудования или жизни людей;

4) модель, как правило, значительно более дешевое, чем оригинал, и ее использование позволяет экономить время.

Сегодня однозначно можно сказать, что системный подход невозможный без широкого применения моделирования. Модели в основном необходимы для выполнения таких работ, как исследование законов функционирования систем с учетом их взаимосвязей с внешним окружением;

прогнозирование поведения систем или их свойств в заданных ситуациях и прогнозирование ситуаций, что интересуют;

выбор и оптимизация параметров и характеристик функционирования систем;

управление проектированием, производством и эксплуатацией систем.

Исследовательские задачи, разрешимые с помощью моделирования, можно разделить на четыре группы:

прямые задачи анализа, в которых определяется реакция системы с заданной структурой и свойствами на действии на нее;

обратные задачи анализа, в которых по известной реакции системы с известной структурой и свойствами определяются возмущения, которые вызывали эту реакцию;

задачи синтеза, требуя нахождения структуры системы и ее параметров, которые обеспечивают получение заданных свойств;

индуктивные задачи, решения которых необходимо для проверки гипотез, уточнений описаний системы, выявления определенных свойств системы.

Все модели можно разделить на абстрактные и материальные. Абстрактными будем называть модели, которые являются описаниями , а модели, реализованные в виде технических, кибернетических или комбинированных систем, - материальными .

Абстрактные модели являются информационными системами; они не могут существовать без материальных носителей информации . Среди абстрактных моделей можно выделить: словесные модели (например, описания конструкции двигателей, инструкции по эксплуатации), графические модели (чертеж) и, наконец, математические модели, которые используют для целей описания преимущественно языки математических символов.

С другой стороны, существуют абстрактные модели систем и абстрактные модели операций над системами. Последние будем называть операционными моделями , они служат для выполнения разных операций, производимых как над абстрактными, так и над материальными моделями .

Операцию над моделью, можно считать самой моделью , если операционную модель представить как модель функционирования сложной надсистеми, в которую входят та система, над которой производится операция, и система, что производит операцию , - человек, ЭВМ или человеко-машинная система.

Материальные модели делятся на физические и аналоговые.

Физические модели имеют одинаковую с моделируемой системой физическую природу процессов . В аналоговых моделях реальные процессы, которые имеют место в моделируемой системе, замещаются процессами другой физической природы, что имеют общие закономерности с реальными процессами .

Техническим объектом называют созданные человеком реально существующие устройство, способ, материал, предназначенные для удовлетворения определенных потребностей.

Все технические объекты состоят из элементов, представляющих собой неделимые части целого. Если функционирование одного элемента технического объекта влияет на функционирование другого элемента, то такие технические объекты (в отличие от агрегатов) принято называть техническими системами (ТС).

Техническая система – это совокупность взаимосвязанных элементов технического объекта, объединенных для выполнения определенной функции, обладающая при этом свойствами, не сводящимися к сумме свойств отдельных элементов.

Типы технических систем.

Элементы, образующие техническую систему, только относительно неделимые части целого. Например, деревообрабатывающий станок включает много сложных частей: станину, механизмы главного движения, подачи, базирования, регулирования, настройки, управления и приводы. В то же время в системе ″деревообрабатывающий цех″ с большим количеством разнообразных станков отдельный станок можно считать элементом, т. е. неделимым целым. В связи с этим по отношению к системе ″станок″ ″деревообрабатывающий цех″ называют надсистемой , а выше перечисленные части станка – подсистемами. Для любой системы можно выделить подсистему и надсистему. Для системы ″механизм главного движения станка″ части корпус подшипников, вал, режущий инструмент будут подсистемами, а станок – надсистемой. Некоторые системы выполняют по отношению к данной системе противоположные функции. Их называют антисистемами. Например, надводный корабль и подводная лодка, двигатель и тормоз – это объекты, функционирующие наоборот.

Идеал технических систем.

Технические системы развиваются по закону прогрессивной эволюции. Это значит, что в системе каждого поколения улучшаются критерии развития до приближения их к глобальному экстремуму. Каждая техническая система стремится к своему идеалу, когда ее параметры веса, объема, площади и т.п. приближаются к экстремальным. Идеальная техническая система та, которой как бы нет, а функции ее выполняются в полном объеме сами по себе. Закономерность идеальности ценна тем, что она подсказывает, в каком направлении должна развиваться эффективная техническая система. Принято считать систему идеальной, если она имеет одно или несколько из следующих свойств:

1. Размеры системы приближаются или совпадают с размерами обрабатываемого или транспортируемого объекта, а масса системы намного меньше массы объекта. Например, в древности сыпучие материалы хранили и транспортировали в глиняных сосудах, сейчас в мешках.

2. Масса и размеры технической системы или ее главных функциональных элементов должны приближаться к нулю, а в предельном случае равны нулю, когда устройства нет, а необходимая функция выполняется. Например, деление древесины на части выполняется пилой. Но вот появились лазерные установки для этих целей. Режущего инструмента как бы нет, но функции его выполняются.

3. Время обработки объекта стремится или равно нулю (результат получается сразу или мгновенно). Основной путь реализации этого свойства – интенсификация процессов, сокращение числа операций, совмещение их в пространстве и во времени.

4. КПД идеальной системы стремится к единице, а расход энергии – к нулю.

5. Все части идеальной системы выполняют без простоев полезную работу в полной мере своих расчетных возможностей.

6. Система функционирует бесконечно длительное время без простоев и ремонта.

7. Система функционирует без участия человека.

8. Идеальная система не оказывает вредного влияния на человека и окружающую среду

3.1. Общее определение ТС 3.2. Функциональность

3.2.1. Цель-функция_ 3.2.2. Потребность-функция_ 3.2.3. Носитель функции 3.2.4. Определение функции 3.2.5. Иерархия функций

3.3. Структура

3.3.1. Определение структуры 3.3.2. Элемент структуры 3.3.3. Типы структур 3.3.4. Принципы построения структуры 3.3.5. Форма 3.3.6. Иерархическая структура систем

3.4. Организация_

3.4.1. Общее понятие 3.4.2. Связи 3.4.3. Управление 3.4.4. Факторы разрушающие организацию 3.4.5. Значение эксперимента в процессе улучшения организации

3.5. Системный эффект (качество)

3.5.1. Свойства в системе 3.5.2. Механизм образования системных свойств

3.1. Общее определение тс

Смысл системного подхода при исследовании процессов развития в технике заключается в рассмотрении любого технического объекта как системы взаимосвязанных элементов, образующих единое целое. Линия развития представляет собой совокупность нескольких узловых точек - технических систем, резко отличающихся друг от друга (если их сравнивать только между собой); между узловыми точками лежит множество промежуточных технических решений - технических систем с небольшими изменениями по сравнению с предшествующим шагом развития. Системы как бы "перетекают" одна в другую, медленно эволюционируя, отодвигаясь все дальше от исходной системы, преображаясь иногда до неузнаваемости. Мелкие изменения накапливаются и становятся причиной крупных качественных преобразований. Чтобы познать эти закономерности, необходимо определить, что такое техническая система, из каких элементов она состоит, как возникают и функционируют связи между частями, каковы последствия от действия внешних и внутренних факторов, и т.д. Несмотря на огромное разнообразие, технические системы обладают рядом общих свойств, признаков и структурных особенностей, что позволяет считать их единой группой объектов.

Каковы основные признаки технических систем? К ним можно отнести следующие:

системы состоят из частей , элементов, то есть имеют структуру,

системы созданы для каких-то целей , то есть выполняют полезные функции;

элементы (части) системы имеют связи друг с другом , соединены определенным образом, организованы в пространстве и времени;

каждая система в целом обладает каким-то особым качеством , неравным простой сумме свойств составляющих ее элементов, иначе пропадает смысл в создании системы (цельной, функционирующей, организованной).

Поясним это простым примером. Допустим, необходимо составить фоторобот преступника. Перед свидетелем поставлена четкая цель: составить систему (фотопортрет) из отдельных частей (элементов), система предназначается для выполнения весьма полезной функции. Естественно, что части будущей системы не соединяются как попало, они должны дополнять друг друга. Поэтому идет длительный процесс подбора элементов таким образом, чтобы каждый элемент, входящий в систему, дополнял предыдущий, а вместе они увеличивали бы полезную функцию системы, то есть усиливали бы похожесть портрета на оригинал. И вдруг, в какой-то момент, происходит чудо - качественный скачок! - совпадение фоторобота с обликом преступника. Здесь элементы организованы в пространстве строго определенным образом (невозможно переставить их), взаимосвязаны, вместе дают новое качество. Даже если свидетель абсолютно точно идентифицирует по отдельности глаза, нос и т.д. с фотомоделями, то эта сумма "кусочков лица" (каждый из которых правильный!) ничего не дает - это будет простая сумма свойств элементов. Только функционально точно соединенные элементы дают главное качество системы (и оправдывают ее существование). Точно так же набор букв (например, А, Л, К, Е), соединившись только определенным образом дает новое качество (например, ЕЛКА).

ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА - это совокупность упорядоченно взаимодействующих элементов, обладающая свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов, и предназначенная для выполнения определенных полезных функций.

Таким образом, техническая система имеет 4 главных (фундаментальных) признака:

функциональность,

целостность (структура),

организация,

системное качество.

Отсутствие хотя бы одного признака не позволяет считать объект технической системой. Поясним эти признаки подробнее.