Что такое технические системы. Описание технических систем. Механизм образования системных свойств

Область применения технических систем очень широка и включает в себя все отрасли экономики. В табл. 3.1 приведены примеры технических систем, используемых в важнейших отраслях экономики.

Классификация технических систем по различным определяющим признакам вносит достаточно стройный порядок в их обширное множество и позволяет лучше ориентироваться. Как следствие этого появляется возможность изучения передового опыта, что позволяет подчас обнаружить между довольно далекими техническими системами интересные, доселе скрытые отношения.

Технические системы могут быть классифицированы по следующим признакам:

по функции (рабочему действию) , например, технические системы для фиксации, придания формы, вращения, подъема;

Таблица 3.1

Примеры технических систем в различных отраслях экономики

Отрасль экономики	Техническая система
назначение	машина
Горное дело	Добыча Транспортировка Обогащение	Врубовая машина Транспортер Сортировальная машина
Энергетика	Выработка пара Выработка электричества	Паровой котел, барабан Паровая турбина, гидротурбина, генератор
Металлургия	Производство чугуна Производство стали Производство проката	Доменная печь Мартеновская печь Прокатный стан
Химическая промышленность	Очистка и переработка нефти Производство красителей Производство пластмасс	Резервуар Реактор Колонна
Фармацевтическая промышленность	Производство медикаментов	Пресс, каландр
Металлообрабатывающая промышленность	Обработка давлением Обработка резанием Термообработка Литье Сборка	Пресс, молот Станок Печь Формовочная машина Конвейер
Строительная промышленность	Строительство оснований и фундаментов Строительство надземных сооружений Земляные работы Гидротехническое строительство Производство стройматериалов	Экскаватор Подъемный кран Скрепер Бетономешалка Формовочный пресс
Транспорт	Железнодорожное сообщение Судоходство Воздушное сообщение	Локомотив, вагон Пароход Самолет
Текстильная промышленность	Производство текстиля Изготовление готового платья	Прядильная машина, ткацкий станок Швейная машина
Пищевая промышленность	Производство муки Производство пищевых жиров Переработка молока	Мукомольная мельница Пресс Центрифуга
Медицина	Диагностика Терапия	Рентгеновский аппарат Протез
Типографское и конторское дело	Печатание Конторские нужды	Печатная машина Пишущая машинка, счетная машина
Сельское и лесное хозяйство	Обработка земли Уборка урожая Заготовка древесины	Трактор с плугом Комбайн Электропила
Распределение, торговля	Самообслуживание Упаковка	Контрольная машина Упаковочная машина

по типу преобразования , например, технические системы для преобразования материи, энергии, информации, биологических объектов;

по принципу осуществления рабочего действия , например, технические системы, основанные на механическом, гидравлическом, пневматическом, электронном, химическом, оптическом, акустическом принципе;

по характеру функционирования , например, мощностные, скоростные, импульсные технические системы, системы для различных условий окружающей среды (например, для тропического климата) и т. п.;

по уровню сложности , например, конструктивные элементы, узлы, машины, предприятия в целом;

по способу изготовления , например, технические системы, изготовленные путем литья, ковки, штамповки, обточки;

по степени конструктивной сложности ;

по форме , например технические системы (конструктивные элементы) в виде тела вращения, плоские, сложной формы;

по материалу , например, технические системы из стали, меди, пластмассы;

по степени оригинальности конструкции , например, заимствованные, доработанные, модифицированные, оригинальные технические системы;

по типу производства , например, технические системы, изготовленные в условиях единичного, серийного или массового производства;

по названию фирмы-изготовителя , например, технические системы "Сименс", "Фиат", "ВАЗ", "BOSCH";

по месту в техническом процессе , по эксплуатационным свойствам, внешнему виду, технико-экономическим характеристикам и т. п.

Ясно, что одна и та же техническая система может принадлежать одновременно к нескольким классам. Ниже более подробно будут рассмотрены те принципы классификации технических систем, которые, с точки зрения проектировщика и конструктора, являются особо важными.

Классификация технических систем по функции. Названия технических систем часто выбираются в соответствии с их функцией. Составление номенклатур изделий применительно к требованиям сбыта, планирования, контроля, сравнительной оценки и т. п. также осуществляется, как правило, в соответствии с функцией технических систем. Изделия обозначаются по функции также в тех случаях, когда требуется помочь потенциальному потребителю найти то или иное техническое средство для выполнения определенной функции: этому служат торговые и промышленные каталоги, обзорные таблицы и т.п.

На любом предприятии используется множество элементов и узлов, выполняющих в различных отраслях техники одну определенную функцию, таких, как крепежные детали, редукторы, соединительные муфты, измерительные, регулирующие и сигнальные приборы, гидравлические и пневматические приборы и их части, специализированные электротехнические устройства и т.п. Узлы и детали машин также можно рассматривать как технические системы, поэтому их классификацию целесообразно проводить тоже по функции, так как конструктор, производственник и эксплуатационник применяют различные детали в соответствии с их функциональной пригодностью. Такая классификация называется конструктивно-функциональной , наряду с классификацией по способу изготовления она является основной при заимствовании существующих технических систем, унификации, типизации и стандартизации элементов и групп . Классификация по этим принципам позволяет экономить рабочее время конструктора.

Классификация технических систем по принципу действия. Для конструктора важно, чтобы технические системы, выполняющие одинаковые функции, были далее сгруппированы по еще какому-либо важному признаку. Таким признаком можно считать принцип действия технической системы . Так, например, технические системы "двигатели" можно подразделить по принципу действия: двигатели электрические, внутреннего сгорания, внешнего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания в свою очередь можно подразделить по используемому физическому принципу смесеобразования на карбюраторные и дизельные. Такого рода признаки технических систем относятся преимущественно к группе функционально обусловленных свойств, весьма характерных для технических систем и имеющих большое значение для методической работы конструктора.

Классификация технических систем по уровню сложности. Деление технических систем на классы по их структуре - обычное дело в работе конструктора. Основным признаком, по которому образуются классы, должна служить функция системы. Однако, учитывая потребности производства, например, по соображениям монтажа, порой возникает необходимость в проведении иной классификации. Табл. 3.2 дает общее представление о классификации технических систем по уровню сложности.

Таблица 3.2

Классификация технических систем по уровню сложности

Уровень сложности	Техническая система	Характеристика	Примеры
I	Конструктивный элемент Деталь машины	Элементарная система, изготовленная без монтажных операций	Болт, подшипниковая втулка, пружина, шайба
II	Подгруппа Группа Узел Механизм	Простая система, выполняющая несложную функцию	Коробка передач, гидравлический привод, шпиндельная бабка токарного станка
III	Машина Прибор Аппарат	Система, состоящая из групп и элементов и выполняющая определенную функцию	Токарный станок, автомобиль, электромотор
IV	Установка Предприятие Промышленный комплекс	Сложная система, состоящая из машин, групп и элементов, выполняющая ряд функций и характеризующая упорядоченные совокупности функций и места	Технологическая линия, цех термической обработки, нефтехимический комплекс

На более высоких уровнях сложности можно различать еще и промежуточные уровни. Тем не менее, следует помнить, что речь идет об относительной иерархии. Одна и та же система более низкого уровня, например электромотор или коробка передач, в одной системе рассматривается как подгруппа, а в другой системе – как группа или машина (подсистема).

На практике общепризнанно, что нижние уровни технических систем находят более универсальное применение, например, такие элементы как "винт", "болт", "гайка" применяются в машиностроении повсеместно, "электромотор" довольно часто, а "технологическая линия" используется лишь в определенных, специальных процессах.

Классификация технических систем по уровню сложности имеет немаловажное значение для конструктора, поскольку уровень сложности технической системы

а) находится в определенном соотношении со степенью сложности решения поставленной перед конструктором задачи;

б) предполагает установление известных границ для специализации конструктора (например, инженер-проектировщик имеет дело с предприятием, инженер-конструктор - с машиной, конструктор деталей - с элементами машины);

в) помогает конструктору ориентироваться в процессе работы, ибо, если он решает задачу на каком-то определенном уровне сложности, ему важно знать лишь то, как его задача согласована с более высоким уровнем (в отношении более низкого уровня конструктор принимает чаще всего только принципиальные решения).

На основании сборочного чертежа отдельные уровни сложности можно рассматривать так же, как совокупности процессов изготовления и монтажа. Образование соответствующих совокупностей, прежде всего из деталей, подгрупп и групп, является необходимым условием создания модульных конструкций, а также целесообразной организации производственного процесса.

Классификация технических систем по способу изготовления. Для изготовления определенных групп технических систем требуется однотипное технологическое оборудование. Например, на одном и том же оборудовании можно изготовить паровые котлы и химические емкости, на другом - токарные, фрезерные, сверлильные и другие станки. Детали машин можно также свести в технологические группы по принципу сходства технологических операций изготовления, где главным отличительным признаком будет служить форма. Такая классификация позволяет рационально провести технологическую подготовку производства и повысить эффективность производственного процесса, поскольку дает возможность объединить рабочие места для изготовления одинаковых по способу изготовления деталей. Это в свою очередь облегчает осуществление самых различных мер рационализации, например специализацию рабочих цехов, предприятий. Значение такой классификации особенно велико при разработке и осуществлении планов подготовки производства, методов управления и планирования. Она является составной частью, так называемой, групповой технологии обработки.

Классификация технических систем по степени конструктивной сложности. Технические системы можно также классифицировать с точки зрения конструктивной сложности. В качестве примера в табл. 3.3 технические системы третьего уровня сложности (см. табл. 3.2) разделены на 6 категорий по степени их конструктивной сложности. В зависимости от уровня сложности рассматриваемой технической системы для решения связанных с ней проблем выбирается соответствующий специалист или группа специалистов. При планировании конструкторской работы степень конструктивной сложности разрабатываемой технической системы служит критерием для установки определенных временных рамок инженерной работы.

Таблица 3.3

Примеры классификации технических систем III уровня сложности по

степени конструктивной сложности

Детали машин также можно классифицировать в зависимости от степени сложности их конструкции. Соответствующий пример классификации по другому принципу дан в табл. 3.4. Критериями опенки степени конструктивной сложности служат:

а) степень оригинальности конструкции;

б) сложность выполняемых функций, форм, структуры в целом;

в) сложность расчетов;

г) размеры, необходимые точность их выполнения и качество обработки;

д) особые требования, предъявляемые к таким характеристикам, как масса, технологичность конструкции, затраты, требования к внешнему виду и т. п.

Таблица 3.4

Примеры классификации деталей машин по степени конструктивной сложности

Степень конструктивной сложности	Характеристика	Примеры
	Очень простые детали с небольшим количеством контрольных размеров невысокой точности	Опорная шайба, простой рычаг, небольшой вал, болт, крепежная скоба
	Простые детали с большим количеством контрольных размеров	Рычаг, шкив, простое штампованное изделие
	Более сложные детали	Шестерня, шлицевой вал
	Более сложные детали с большим количеством контрольных размеров	Довольно сложные отливки, небольшие поковки
	Очень сложные детали	Сложные отливки кожухов и поковки средних размеров
	Очень сложные и большие детали	Каркасы, кожухи машин, сварные или литые станины
	Особо сложные детали больших размеров и необычной формы с точным выдерживанием большого количества контрольных размеров	Лопасти турбины, большие поковки, прецизионные отливки сложной формы

Классификация элементов технических систем по степени стандартизации и происхождению. Такая классификация очень важна для оценки экономичности конструкции. По степени стандартизации технической системы можно судить о целесообразности и возможных масштабах ее производства в рамках данного предприятия. С экономической точки зрения количество оригинальных конструктивных элементов в технической системе должно быть как можно меньшим, поскольку они характеризуют требования, предъявляемые к конструкторской и технологической подготовке производства. Существует правило, которое гласит, что чем меньше количество оригинальных конструктивных элементов в создаваемой системе, тем выше вероятность для организации ее серийного или даже массового производства . Часто, впрочем, в силу каких-либо иных причин эти соображения не являются решающими.

Классификация технических систем по степени оригинальности конструкции. При разработке новой машины конструктор всегда старается использовать в конструкции, оправдавшие себя на практике узлы и детали. По степени оригинальности конструкции технические системы можно разделить на следующие категории.

Заимствованные технические системы . Для выполнения необходимой функции уже существуют какая-либо техническая система или даже несколько систем, из которых могут быть выбраны наиболее подходящие. К ним относятся в первую очередь унифицированные элементы и группы (болты, клинья, вентили, пружины), а также неунифицированные элементы и группы, которые могут быть заимствованы из других конструкций.

Доработанные технические системы . В наличии имеется какая-либо техническая система, выполняющая необходимую функцию, но не отвечающая некоторым требованиям. Возникает потребность, например, изменить габариты, мощность, число оборотов, скорость, установочные размеры, материал или технологию. Структуры системы и важнейшие свойства элементов в этом случае остаются без изменения. Таким образом, доработка технической системы проводится исключительно в целях приспособления ее к особым условиям и требованиям новой задачи, а новые материалы используются только в целях повышения качества, удешевления или модернизации.

Модифицированные технические системы . Существующие системы не отвечают требованиям, предъявляемым к некоторым свойствам групп и элементов конструкции. В модифицированной конструкции обычно не изменяются лишь функция, некоторые параметры и по возможности принцип действия. В элементах могут быть изменены форма, размеры, материал или технология, в сложных технических системах изменяются органоструктура и конструктивная схема, т.е. некоторые элементы и группы, их соединение и размещение в пространстве. Обычно модификация осуществляется путем переделки конструкции.

Новые технические системы . Для выполнения желаемой функции отсутствует техническая система или же существующая имеет недостатки принципиального характера. Необходима система с новым принципом действия и другими техническими свойствами.

Классификация технических систем по типу производства. Тип производства, который определяется количеством изготавливаемых единиц продукции, придает каждому изделию ряд характерных технических и экономических свойств.

Технические системы единичного производства . В этом случае конструкторские и подготовительные работы необходимо приспособить к нуждам поштучного производства, в условиях которого стоимость каждой изготовленной технической системы увеличивается. Не исключено, что в условиях единичного производства необходимая функция технической системы вообще не будет достигнута, поскольку при изготовлении крупных технических систем приходится работать без прототипа. Вот почему эта категория систем предъявляет высокие требования к конструктору.

Технические системы серийного или массового производства . Эти системы в целом лучше проработаны с точки зрения производства. Из-за большого объема партий изделий доля конструкторских затрат по отношению к общим расходам невелика. Однако поскольку контролю подвергается, как правило, лишь небольшая часть изделий, то не исключены различные погрешности и дефекты. Только при осуществлении непрерывного контроля за всеми операциями или выпускаемыми деталями и изделиями в целом можно добиться стабильного качества при серийном и массовом производствах. Специалисту упомянутые категории систем интересны и в том плане, что они формируют основу для определения возможного качества изделий. Прослеживается четкая тенденция ко все большему использованию унифицированных, серийно выпускаемых технических систем, особенно для выполнения различных функций низких уровней, например элементов соединения, измерения, регулирования, привода, распределения. С другой стороны, возрастает количество технических систем специального назначения. Современное производство не может обойтись без целого ряда вспомогательных средств, специализированных машин, автоматов и поточных линий, специального оборудования, т. е. без всего того, что обеспечивает выпуск дешевой унифицированной продукции в массовом количестве. Обе категории изделий предъявляют высокие требования к объему и качеству конструкторской работы.

Классификацию технических систем можно проводить с различных точек зрения; при этом из всего множества технических систем образуются подмножества, связанные общими отличительными признаками. Полученные категории могут служить различным целям, например систематизации, наглядности, оценке, анализу и т. п.

В процессе работы технические системы преобразуют энергию и информацию, свойство и состояние вещества. В зависимости от назначения и принципа действия системы подразделяют на машины, аппараты и приборы. В тех случаях, когда трудно определить принадлежность системы, употребляют понятие устройства или комплекса, как, например, регулирующее устройство, космический комплекс и т.д.

Технические системы, предназначенные для получения или преобразования механической энергии, относят к машинам. Их основу составляют механизмы, т.е. системы подвижно связанных между собой контактирующих твердых тел-звеньев, совершающих определенные механические движения. Так, к машинам относятся автомобиль (колесная машина), вертолет (лопастная машина) и т.п. Внешне разные машины могут содержать подобные или схожие механизмы. Основные функциональные части машины показаны на рис. 9.

Рис. 9. Машина и ее основные функциональные части

Технические системы, предназначенные для получения или преобразования иных видов энергии, относят к аппаратам. Их примерами могут служить телевизор (телевизионный аппарат, преобразует электромагнитные сигналы в визуально-звуковую информацию), телефон (телефонный аппарат, осуществляет взаимное преобразование звуковых и электрических сигналов), фотоаппарат, ракета (космический аппарат), реактор (ядерный или химический реактор, изменяющий посредством реакций свойство и/или состояние вещества) и т.д.

Технические системы вспомогательного назначения (контроль, управление, измерение, регулирование) относят к приборам. В зависимости от принципа действия их подразделяют на механические (гироскоп и т.п.), электрические (вольтметр и т.п.), оптические (микроскоп и т.п.) и т.д., а также на приборы комбинированного действия (оптико-электронные приборы и т.п.).

Выполнение машинами вспомогательных функций может вызывать необходимость введения в их состав электрических, оптических и иных устройств, а в состав аппаратов машинные агрегаты и механические конструкции, как, например, дисковод компьютера, стержневая конструкция опоры линии электропередачи. Отличия во вспомогательных функциях у одинаковых по назначению систем придают им индивидуальность.

Как промышленная продукция, технические системы и их элементы в зависимости от характера изготовления по ГОСТ 2.101 подразделяют на следующие виды:

· комплекс - два или более специфицированных (являющихся частями одной, общей системы и входящие в единую спецификацию) изделия, не соединенные на предприятииизготовителе сборочными операциями, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных функций;

· сборочная единица - изделие, которое состоит из отдельных частей, собирается на предприятии-изготовителе и может рассматриваться как самостоятельная конечная продукция;

· деталь - изделие, изготовленное из однородного по наименованию или марке материала без применения сборочных операций.

Часто используют понятие сборочного узла, занимающего промежуточное положение между деталью и сборочной единицей. Если сборочная единица выступает как конечный вид продукции какого-то производства, то сборочный узел является условной частью изделия, временно формируемой в процессе его сборки (например, дверь автомобиля, если в дальнейшем она поступает на завершающую сборку изделия).

Машины, аппараты и приборы могут входить в состав более сложных технических систем, но, с другой стороны, также могут состоять из отдельных взаимосвязанных частей. Набор часто применяющихся частей образует элементную базу предметной области - машиностроения, аппаратостроения, приборостроения. Элементы такой базы обычно характеризуются узким функциональным назначением, их целиком в состоянии разработать один специалист, либо он использует их в проектируемой системе в виде готовых изделий (сборочных единиц).

Элементы могут различаться по устройству, но иметь схожее назначение. Принято элементы с одинаковым назначением объединять в группы - резисторы, резьбовые соединения и т.п. Среди элементов выделяют типовые, т.е. общие и часто встречающиеся в разных устройствах (рассматриваются в общетехнических курсах), и специальные, имеющие специфическое применение (изучаются в спецкурсах, как, например, роторы, рельсы, лопатки и т.п.). Количество типовых элементов ограничено, однако все многообразие машин, аппаратов и приборов построено главным образом на применении этих элементов.

Элементная база машиностроения имеет ряд особенностей:

· достаточно большая часть ее элементов также входит в состав элементных баз аппаратои приборостроения, как, например, детали резьбовых соединений;

· на характеристики машин существенно влияют не только типы и расположение элементов, но и их размеры и технология изготовления. Изменением параметров одного и того же элемента возможно изменение его функционального назначения, как, например, колесо и маховик.

Разработана методика моделирования объектных моделей сложных технических систем. Методика основана на классификации технических систем. Рассмотрены существующие системы классификации по виду, по составу технических систем. Сделан вывод о том, что существующих систем классификации недостаточно для построения методики моделирования сложных технических систем. Предложена классификация технических систем по структуре ее элементов, включающая три типа структур: парковая, сетевая и линейная. Рассмотрена методика построения объектной модели технических систем, имеющих сетевую и линейную структуру. Методика построения объектных моделей позволяет учитывать особенности инфраструктуры функционирования технической системы, взаимосвязь комплексов технических систем, а также структуру того оборудования, которое используется в комплексах технических систем.

техническая система

классификация технических систем

структура технической системы

1. ГОСТ 27.001-95 Система стандартов «Надежность в технике».

2. Кириллов Н.П. Признаки класса и определение понятия «технические системы» // Авиакосмическое приборостроение. – 2009. – № 8.

3. ОК 005-93 Общероссийский классификатор продукции.

4. ПР 50.1.019-2000 Основные положения единой системы классификации и кодирования технико-экономической и социальной информации и унифицированных систем документации в Российской федерации.

5. Хубка В. Теория технических систем. – М.: Мир, 1987. – 202 с.

В задачах проектирования систем автоматизации управления организационно-техническими системами (ОТС) важное место занимает задача моделирования технической части таких систем. Разнообразие видов технической составляющей ОТС, сложность ее структуры требует разработки общих подходов к моделированию технических систем.

Формулировка термина техническая система (ТС) зависит от поставленной задачи . Базовым элементом систем автоматизации управления ОТС является информационная среда, в которой содержатся сведения о структуре технической системы. Поэтому при моделировании технических систем для решения задач автоматизации ОТС можно ограничиться следующим определением: «Техническая система это взаимосвязанная совокупность технических объектов, предназначенная для выполнения определенных функций». Здесь технический объект это любое изделие (элемент, устройство, подсистема, функциональная единица или система), которое можно рассматривать в отдельности .

Классификация технических систем

Разработку моделей технических систем целесообразно подчинить набору правил, что позволит упорядочить процесс создания модели и повысить качество моделирования. Важнейшим из таких правил является использование классификация технических систем как основы построения модели технической системы. Наличие классификации технических систем позволяет идентифицировать вид структуры сложной технической системы, что позволяет провести декомпозицию системы в соответствии с типовой структурой.

Классификация с точки зрения состава технических систем

Рассмотрим существующие системы классификации технических систем. Все технические объекты, которые производятся на предприятиях, имеют классификационные признаки в соответствии с Единой системой классификации и кодирования технико-экономической и социальной информации (ЕСКК) . Основной целью классификации в системе ЕСКК является упорядочение информации об объектах, что обеспечивает совместное использование этой информации различными субъектами. Из классификаторов, представленных в ЕСКК, для задачи моделирования технических систем наибольшее значение имеет общероссийский классификатор продукции (ОКП) , который содержит перечень кодов и наименований иерархически классифицированных групп видов продукции.

Для задачи моделирования структуры технической системы наибольший интерес представляет классификация по уровню сложности технической системы . Выделены следующие уровни сложности:

I. Конструктивный элемент, деталь машины.

II. Узел, механизм.

III. Машина, прибор, аппарат.

IV. Установка, предприятие, промышленный комплекс.

При разработке классификации технических систем необходимо учитывать принципы разделения изделий на части, которые приняты в Единой системе конструкторской документации. ГОСТ 2.101-68 «Виды изделий» определяет изделие как предмет или набор предметов, изготовляемых на предприятии, и делит изделия на следующие виды:

Детали - изделия, не имеющие составных частей.
Сборочные единицы — изделия, состоящие из нескольких частей.
Комплексы — два или более изделия предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций.

Сравнивая классификации по уровню сложности и по видам изделий, можно сделать следующие выводы:

Обе классификации выделяют в качестве простейшего объекта деталь.
Понятие сборочная единица соответствует как понятию узел, так и понятию машина (прибор, аппарат).
Понятия промышленный комплекс (установка) и комплекс как вид изделия отражают одинаковое свойство - объединение частей в единое целое.

Объединяя классификацию по уровню сложности, видам изделий и по видам продукции, введем следующие элементы классификации по составу технической системы:

Техническая система это совокупность технических объектов, выполняющих определенную функцию, соответствующую цели ее создания.
Оборудование - изделие, представляющее собой продукцию.
Узел - часть изделия, собираемая по сборочному чертежу.
Деталь - часть оборудования или узла, выполненная из однородного материала, изготавливаемая по детальному чертежу.
Комплекс оборудования - два и более оборудования, предназначенных для выполнения общих функций.

Узел и деталь являются элементами оборудования, а комплекс - это объединение оборудований. Объединение оборудований в комплексы может разделяться по уровням объединения - комплекс верхнего, среднего и нижнего уровня.

Рис. 1. Иерархическая структура технической системы

Классификация с точки зрения структуры технической системы

Техническая система как составная часть организационно-технической системы может быть отнесена к одному из следующих структурных представлений:

Списочная (парковая) структура однородных объектов, между которыми отсутствует взаимодействие. Каждый объект выполняет свою функцию.
Сетевая структура технической системы - совокупность технических объектов, между которыми есть взаимодействие. Для такого типа структуры необходимо описание не только самих технических объектов, но и описание элементов инженерной сети, через которую происходит взаимодействие технических объектов;
Структура линейной технической системы.

Примерами парковой структуры являюется автопарк или парк оборудования предприятия. Примером сетевой структуры являются система теплоснабжения города, включающая центральную тепловую станцию (ЦТС), совокупность тепловых пунктов (ТП) и тепловые сети для передачи теплоносителя от ЦТС к ТП и от них к жилым домам.

Примером структуры линейной технической системы является железнодорожный путь, который формируется рядом локальных и линейных инженерных сооружений - верхним строением пути, состоящим из рельсов, шпал, скреплений и балласта, и искусственными сооружениями.

Сетевая структура технической системы отличается от парковой структуры наличием сетевой компоненты, обеспечивающей взаимосвязь элементов. Это позволяет рассматривать парковую структуру является частным случаем сетевой структуры.

Моделирование структуры технических систем

Задачей моделирования структуры технической системы является отображение структурных свойств технической системы, описание отдельных ее подсистем и элементов. В зависимости от целей проекта автоматизации одна и та же техническая система будет представлена разными моделями. Отличие моделей технической системы будет заключаться в полноте и детальности описания структурных свойств технической системы. Полнота описания ТС определяется той частью комплекса технических объектов, которая будет учтена в модели ТС. Детальность описания ТС определяется тем уровнем иерархии, вплоть до которого будут учтены элементы ТС.

Объектная модель технической системы

Базовой моделью технической системы является ее объектная модель. Объектная модель ТС технической системы отображает ее структуру и должна отвечать на вопрос: «Из каких частей состоит каждый элемент технической системы?». Использование принципа деления целого на части определяет иерархический характер объектной модели технической системы.

Рассмотрим проблемы построения объектной модели для сетевой и линейной технической системы.

Объектная модель сетевой технической системы

Построение объектной модели основано на анализе следующей технической документации:

Схема расположения комплексов технической системы и экспликации к ней.
Эксплуатационная документация на каждый вид оборудования, используемый в технической системе.
Техническая документация на сетевой комплекс.

Схема расположения позволяет определить положение элементов технической системы по отношению к элементам инфраструктуры функционирования технической системы. Для технической системы, расположенной в черте города, положение объектов указывают по отношению к улицам и домам. Для технической системы, расположенной на промышленном предприятии, положение объектов указывают по отношению к номеру цеха и номеру ячейки в данном цехе, которые образованы опорными колоннами. Могут быть использованы и другие способы указания положения объектов по отношению к элементам инфраструктуры функционирования ТС. На схеме расположения указываются комплексы технической системы, элементы сети, обеспечивающие взаимодействие комплексов и элементы инфраструктуры функционирования технической системы. Пример схемы расположения дан на рис. 2. На схеме представлена техническая система, состоящая из 4-х комплексов технических средств (КТС 1, 2, 3, 4), и физическая сеть, объединяющая КТС в единую систему. Сетка {A, B, C, D; 1, 2, 3, 4}служит для позиционирования элементов технической системы в системе функционирования технической системы.

На основе анализа модели уровня технической системы необходимо выделить:

Виды комплексов технической системы.
Виды элементов инженерных сетей.

Виды комплексов технических систем определяются по критерию одинаковой внутренней структуры. Для каждого вида комплекса технической системы необходимо построить свою модель, в которой отображаются комплексы технической системы нижнего уровня и те виды оборудования, которые используются в данном комплексе.

Рис. 2. Схема расположения комплексов технической системы

Рис. 3. Объектная модель комплекса технической системы

Так как каждый вид оборудования имеет свою внутреннюю структуру, то для каждого вида оборудования необходимо построить свою модель, в которой это оборудование разделено на узлы и детали.

Завершающим этапом разработки модели сетевой технической системы является разработка модели инженерных сетей. На этапе анализа схемы расположения технической системы и экспликации к ней необходимо выделить виды технических объектов, которые использованы для построения инженерной сети ТС. Рассмотрим модель инженерной сети на примере трубопроводной сети, основные элементы которой представлены на схеме.

Отличительной особенностью трубопроводной сети, является то, что часть ее элементов (трубы, соединительные элементы) изготавливаются по монтажной схеме, а часть (арматура) является определенным видом оборудования. Однако в большинстве случаев, разрабатывать модель внутренняя структура арматуры не требуется.

Рис. 4. Объектная модель оборудования

Рис. 5. Объектная модель сетевой структуры технической системы

Объектная модель линейной технической системы

Особенностью линейной технической системы является использование технических объектов для формирования инфраструктуры. Рассмотрим проблемы создания объектной модели распределенной технической системы на примере железнодорожного пути.

Железнодорожный путь - сложный комплекс линейных и сосредоточенных инженерных сооружений и обустройств, расположенных в полосе отвода. Основным элементом железнодорожного пути является рельсовая колея, которая образована из рельсов, шпал, скреплений и других элементов, которые вместе составляют верхнее строение пути. Верхнее строение пути укладывают на земляное полотно. В местах пересечения железнодорожного пути с реками, оврагами и другими препятствиями верхнее строение пути укладывается на искусственные сооружения. К важным устройствам железнодорожного пути относят стрелочные переводы, так как вся сложная структура железнодорожных путей основана на их разделении (соединении), которое происходит в стрелочном переводе.

Технической системой является совокупность железнодорожных путей, представляющих единое целое - инфраструктурную часть железной дороги как целостную часть организационно-технической системы. В действительности в инфраструктурную часть железной дороги кроме железнодорожного пути входят и устройства электроэнергетики, сигнализации и связи. Однако структурообразующим элементом инфраструктуры железной дороги является железнодорожный путь.

С геометрической точки зрения железнодорожный путь представляет собой сеть, состоящую из узлов и дуг. Дугами являются участки железнодорожного пути между двумя узлами. Узлами являются объекты, соединяющие несколько участков железнодорожного пути.

Схема расположения железнодорожных путей представляет собой совокупность узлов и дуг, каждый из которых имеет уникальное имя.

Рис. 6. Схема расположения объектов линейной технической системы

Для представления элементов линейной технической системы необходимо представить иерархическую структуру объектов, которая в совокупности образует эту систему. Если ограничиваться только основными элементами, то модель инфраструктурной части железной дороги может быть представлена на следующей схеме (рис. 7).

Рис. 7. Модель объектов железной дороги

Рельсы, шпалы, скрепления являются изделиями (деталями), которые собираются на специализированных предприятиях в технологические комплексы, которые затем укладываются в железнодорожный путь. Такими комплексами могут быть: рельсошпальная решетка, в которой с помощью скреплений соединены два рельса и необходимое число шпал; рельсовая плеть - сваренные воедино несколько рельсов. Элементы стрелочных переводов также изготавливаются на предприятиях как детали и собираются в единый технический объект в месте установки. Искусственные сооружения представляют собой сложные инженерные сооружения, которые строятся по специальным проектам. Модель искусственного сооружения разрабатывается по тем же правилам, что и модель оборудования.

Заключение

Технические системы часто имеют сложную структуру, что требует структурного подхода к их моделированию. Моделирование технических систем должно основываться на типизации технических систем и на анализе структурных свойств как технической системы в целом, так и ее отдельных элементов. Центральным элементом модели технической системы является оборудование как изделие, которое производится на предприятии.

Рецензенты:

Панов А.Ю., д.т.н., заведующий кафедрой «Теоретическая и прикладная механика», ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева», г. Нижний Новгород;

Федосенко Ю.С., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой Информатика, системы управления и телекоммуникации», ФГБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта», г. Нижний Новгород.

Работа поступила в редакцию 28.07.2014.

Библиографическая ссылка

Запорожцев А.В. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 8-6. – С. 1288-1294;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34755 (дата обращения: 04.03.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

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.

Техническая система - это материальный объект искусственного происхождения, который состоит из элементов (составных частей, различающихся свойствами, проявляющимися при взаимодействии), объединённых связями (линиями передачи единиц или потоков чего-либо) и вступающих в определённые отношения (условия и способы реализации свойств элементов) между собой и с внешней средой, чтобы осуществить процесс (последовательность действий для изменения или поддержания состояния) и выполнить функцию технической системы (ТС) - цель, назначение, роль. ТС имеет структуру (строение, устройство, взаиморасположение элементов и связей, задающее устойчивость и воспроизводимость функции ТС). Каждая составная часть ТС имеет индивидуальное функциональное назначение (цели использования) в системе.

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

Техническая система инфобизнеса от Евгения Попова Часть 1

Передача 2. Неразрушающий контроль и техническая диагностика

Монтажникам санитарно-технических систем и оборудования посвящается

Субтитры

Функциональный состав и свойства объектов технической системы

В каждой ТС существует функциональная часть - объект управления (ОУ). Функции ОУ в ТС заключаются в восприятии управляющих воздействий (УВ) и в изменении в соответствии с ними своего состояния . ОУ в ТС не выполняет функций принятия решений, то есть не формирует и не выбирает альтернативы своего поведения, а только реагирует на внешние (управляющие и возмущающие) воздействия, изменяя свои состояния предопределенным его конструкцией образом.

В объекте управления всегда могут быть выделены две функциональные части - сенсорная и исполнительная .

Сенсорная часть образована совокупностью технических устройств, непосредственной причиной изменения состояний каждого из которых является соответствующие ему и предназначенные для этого управляющие воздействия. Примеры сенсорных устройств: выключатели, переключатели, задвижки , заслонки , датчики и другие подобные им по функциональному назначению устройства управления техническими системами.

Исполнительная часть образована совокупностью материальных объектов, все или отдельные комбинации состояний которых рассматриваются в качестве целевых состояний технической системы, в которых она способна самостоятельно выполнять предусмотренные её конструкцией потребительские функции. Непосредственной причиной изменения состояний исполнительной части ТС (ОУ в ТС) являются изменения состояний её сенсорной части.

Классификационные признаки объектов

представляют собой целостную совокупность конечного множества совзаимодействующих материальных объектов
имеют условия штатной эксплуатации, предусмотренные их конструкцией
содержат последовательно взаимодействующие друг с другом сенсорные и исполнительные функциональные части
имеют модели управляемого предопределенного причинно-следственного поведения в пространстве достижимых равновесных устойчивых состояний
имеют целевые состояния, соответствующие состояниям исполнительной части объекта управления в ТС
имеют способность, находясь в целевых состояниях, самостоятельно выполнять потребительские функции

Техническая система - это целостная совокупность конечного числа взаимосвязанных материальных объектов, имеющая последовательно взаимодействующие сенсорную и исполнительную функциональные части, модель их предопределенного поведения в пространстве равновесных устойчивых состояний и способность, при нахождении хотя бы в одном из них (целевом состоянии), самостоятельно выполнять в штатных условиях предусмотренные её конструкцией потребительские функции.

Техническая подсистема - это часть системы, имеющая все признаки объектов таксона «технические системы». Техническая подсистема может быть частью некоторой системы, которая сама может не относиться к классу ТС.

Устройство - это целостная совокупность конечного числа взаимосвязанных материальных объектов, имеющая модель предопределенного поведения и равновесные устойчивые состояния в штатных условиях эксплуатации.

В определении понятия «устройство» учитывается, что оно как составная часть ТС также должно иметь равновесные устойчивые состояния, определяющие свойства целевых состояний системы в целом.

Деталь - неразделимый на элементы материальный и функциональный объект технической системы или устройства.

В этом определении учитывается, в частности, «функциональное» свойство детали, которое заключается в её способности выполнять отведенную ей конструктором роль в ТС, то есть быть исправной.