Последовательность этапов инженерного проектирования

 

3.1. Основные определения объектов проектирования и конструирования: машина, агрегат, техническое изделие, техническая система

 

Машины, агрегаты, технические системы являются объектами проектирования и конструирования (слайд 6).

Машина – механизм, совершающий какую либо полезную работу с преобразованием одного вида энергии в другой.

Агрегат – узел машины или технического устройства, предназначенный для выполнения определенных операций.

Деталь – элементарная техническая единица (часть) машины, агрегата и технического устройства.

Техническое устройство – механизм, машина, агрегат, техническое сооружение или прибор (книжное).

Современная проектно-научная деятельность является источником новых идей и подходов, которые позволяют создавать новые технические средства, удовлетворяющие общественным потребностям. Эти новые идеи и подходы, являющиеся средствами решения современных общественных проблем, качественно отличны от средств, которые использовались обществом в прошлом. Они направлены, прежде всего, на создание некоторых организованных технических систем.

Техническая система – совокупность взаимосвязанных компонентов, разнообразных по своему характеру, в которых объединяются человек и технические средства.

Техническая система характеризуется целостностью, противостоит своему окружению - среде - как единое целое. Организованность технической системы обеспечивает работу всех ее компонентов как единого целого над выполнением общего назначения системы.

Все многообразие систем, обслуживающих современное общество, можно разделить на два типа: системы типа человек — человек и системы типа человек — машина.

В системах первого типа человек управляет работой системы (принимает решения) и одновременно выполняет саму работу, является исполнительным элементом системы. Машинная часть этих систем играет вспомогательную роль. Такие системы называются также организационными (экономическими).

В системах второго типа человек исполняет роль руководителя, принимающего решения по ходу работы системы, и одновременно является ее элементом, обслуживающим машинную часть системы. Машинная часть подобной системы весьма важна, она непосредственно выполняет возложенную на систему работу. Подобные системы получили название больших технических систем.

В настоящее время нельзя представить себе ни одной сколько-нибудь значительной области человеческой деятельности, в которой не использовались бы ТС: воздушный, железнодорожный и морской транспорт, связь, радиовещание, телевидение, системы оборонного назначения - все это технические системы, в которых объединяются усилия человека и разнообразные технические средства.

В то же время, несмотря на разнообразие назначения, состава и условий использования, все ТС обладают некоторыми основными общими свойствами, позволяющими объединить их в один класс. Эти общие свойства мы назовем характеристическими внешними свойствами, ибо они определяют характер взаимодействия ТС со средой и выражаются через внешние параметры ТС,

Принадлежность к общей категории систем определяет такие характеристические свойства (слайд 7) как целостность, эмерджентность, иерархичность и конечность. Принадлежность к классу технических систем характеризуется такими особенностями (слайд 8), как «человеко-машинный» характер, сложность, высокая стоимость, автоматизированность и состязательный характер использования в условиях риска и неопределенности.

Принадлежность к классу «человек-машина» определяет, что человек органически входит в состав ТС и выполняет в ней функции, как обслуживания машинной части системы, так и принятия творческих решений. Последнее характеризует определяющую роль человека в процессе проектирования и использования ТС, а также его влияние на их качество.

Целостность системы выражается представлением о целенаправленности и единстве ТС. Она обеспечивает целенаправленную работу всех компонентов ТС как единого целого над выполнением ее назначения в процессе взаимодействия со средой.

Эмерджентность системы определяет наличие у ТС таких свойств, которые не присущи ее элементам. Степень эмерджентности системы может быть различной. Могут быть системы, свойства-которых полностью отличны от свойств входящих в них элементов, и могут быть системы, свойства которых совпадают со свойствами их элементов (аддитивные системы).

Иерархичность технической системы свидетельствует о том, что любая ТС может быть представлена как часть ТС более высокого уровня иерархии и любая часть ТС может рассматриваться как ТС более низкого уровня иерархии по степени ответственности за решение задачи ТС в целом. При этом подсистема высшего уровня иерархии имеет право приоритета при распределении ресурсов и имеет право вмешательства в работу ТС нижнего уровня иерархии. Способом регулирования многоуровневой иерархии является управление. Управление делает необходимым постановку проблемы цели и целесообразного поведения.

Сложность ТС определяется большим числом возможных состояний. Для иллюстрации укажем, что число возможных состояний ТС, содержащей n элементов, объединенных n(n-1) связями, при n=4000 (число элементов средней ЭВМ), в простейшем случае (при двух возможных состояниях каждого элемента) будет приблизительно равно 2^16000000. Сложность должна рассматриваться как причина невозможности составления полных формальных описаний ТС современными математическими средствами.

Конечность ТС определяется наличием у нее границ. Граница есть то, что отделяет систему от остальных объектов. Это понятие - многогранно. Оно относится не только к пространственным аспектам системы, но также к временным, количественным и др. Конечность ТС указывает на конечность потребных для ее создания ресурсов и, следовательно, на принципиальную реализуемость ТС (т.е. возможность ее создания).

Высокая стоимость ТС характеризует ее важность и сложность. Она определяет величину затрат (денежный эквивалент ресурсов), потребных для обеспечения ее создания, производства и эксплуатации. Ресурсы определяют потенциал системы, ее полезную отдачу.

Автоматизированность ТС вытекает из ее человеко-машинного характера, определяет сочетание в ней элементов принятия автоматических решений в тривиальных ситуациях с принятием решений человеком в тех случаях, когда обстановка не тривиальна и требует творческих решений. Автоматика в современных ТС не заменяет человека. Она обеспечивает наилучшее использование его творческих возможностей. Человек принимает по ходу работы ТС сложные, творческие решения, основываясь при этом как на той информации, которую ему представляет автоматика, так и на личном опыте. Он может вмешаться в работу автоматики, и его решения являются окончательными. Ответственность за работу системы в целом несет входящий в ее состав человек.

Риск и неопределенность, характеризующие обстановку создания и использования ТС, связаны с неполнотой априорной информации о среде, системе и характере ее взаимодействия. Неполнота априорной информации является не недостатком, а особенностью системного проектирования, связанной с ограниченностью ресурсов, выделяемых для создания ТС.

Состязательный характер использования ТС определяется высокой динамичностью нашего общества. Эта динамичность способствует быстрой смене требований и идей, что превращает эксплуатацию ТС в состязательный процесс, в. котором участвуют две стороны: непрерывно меняющаяся среда (общество) и человек - оператор, осуществляющий адаптацию ТС к изменению среды. В этих условиях для успешности эксплуатации необходимо, чтобы при проектировании ТС в ее структуру была заложена возможность реализации оптимальной стратегии человека-оператора.

Конечность ресурсов современного общества определяет особое значение эффективности БТС, связанной с наличием у них определенной организации. Возможность как многократного, так и одноразового их использования определяет необходимость обеспечения высокой эффективности системы, как за все время ее существования, так и в любом частном случае использования.

Примеры ТС приведены на слайдах 9 и 10.

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: