А.В. Ревенков - Учебник - Теория и практика решения технических задач (1249576), страница 17
Текст из файла (страница 17)
При построении модели ТС нужно определить из каких компонентов она должна состоять и как они должны быть связаны между собой. Поэтому дальнейшее исследование предполагает построение структурных моделей ТО, компоненты и связи которого позволят обеспечить требуемое его поведение, чтобы выполнялась полезная функция. Затем на основе структурных моделей разрабатываются модели, описывающие его функционирование. Таким образом создается наполнение этого черного ящика: формируется состав компонентов ТО, определяются связи между ними и синтезируется ТР. Рассмотрим основные аспекты анализа ТС и виды применяемых моделей.
Одна из важных задач при создании ТС вЂ” классификация и выделение из окружающего мира требуемых объектов, состоящих из связанных структурных единиц — компонентов — и описание их абстрактными (информационными) моделями. Для исследования ТС наиболее широкое применение получили генетический, компонентный и структурный подходы, каждый из которых позволяет провести анализ ТС в определенном аспекте, а вместе взятые — комплексное его исследование. 5.а.1. Генептческт подход Этот подход предназначен для ретроспективного анализа возникновения и развития ТО (генезис) и сопоставления его с закономерностями развития ТС (см. разд.
7.3). 5. Системный анализ технических объектов 77 История показывает, что для удовлетворения некоторой потребности сначала создается рабочий орган (РО), выполняющий требуемую функцию. Это, как правило, наиболее простое техническое устройство, которое может выполнять полезное действие по отношению к обрабатываемому изделию — его изменение, измерение или обнаружение (рис. 5.5). Например, изобретение копья, ручной мельницы, солнечных часов. ( РО «Изделие» 2.
д Тр РО Ь «Изделие» l ;::-:.--Г=:.~ааЗ~Фа~аий:.Из~И(ег::а;:::--;=..:,'З-;::;:;"::=;:;д;~:;:-~: —..~;-:,.-.;;"~.у~~ЭЗ);;~еитдв 'Р Надсистема Окружающая среда 'ч ф ОУ пэ — тр — РО 7 l с г 4 ФЗЕЧЗФ~':Иизъ Ж~*''""Ьт;.'~.: ГНЪГИРЕЕга ЕЕЧ)Заедает~ ~леань ~ФГГжч" МГ' "' Рис. 5.5. Возникновение и развитие ТО: 1 — ТО состоит только нз рабочего органа (РО); 2 — рабочий орган снабжен трансмиссией (Тр); 3 — в ТО добавлен орган управления (ОУ); 4 — ТО дополнено преобразователем энергии (ПЭ) К созданию технического устройства часто приводило то, что человек искал применение открытому физическому эффекту. Например, открытие закона Ома привело к созданию лампочки накаливания для получения света; кавитации — к созданию ультразвуковой отмывки деталей; фазовых переходов — к разработке систем охлаждения; пьезоэффекта — к созданию датчиков вибраций„излучателей звука, вибросте идов, пьезотрансформаторов.
Получив практический результат, человек совершенствует РО, стараясь сделать его более удобным в использовании. К РО добавляются передаточные элементы — трансмиссии (Тр), разрабатываются органы управления (Оу). Зона действия РО отделяется от тех частей ТС, которые непосредственно взаимодействуют с человеком. Например, у ножа Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач 78 рабочая зона отделяется ручкой, к металлической пластине прикрепляется палка, — появляется лопата. На колесо (РО для перемещения) прикрепляется кузов (РО для размещения груза), к нему прикрепляются ручки, — создается тачка. Потребности в улучшении функциональных свойств ведут к дальнейшему совершенствованию ТО. Введение ОУ позволяет эффективно регулировать рабочие и нерабочие циклы ТО. Затем к имеющимся компонентам добавляется преобразователь энергии (ПЭ). Вначале роль ПЭ выполняли природные, естественные объекты: токарный станок крутили ногой; лошадью, везущей повозку, управляли при помощи вожжей и т.
п. Затем появляются искусственные преобразователи энергии: водяное колесо, ветряное колесо, паровой двигатель и т. д. Использование ПЭ требует совершенствования, как Тр, так и ОУ. Таким образом, в процессе развития ТО приобретает черты полной технической системы, включающей в себя основные компоненты: РО, Тр, ПЭ, ОУ. Упрощенная схема совершенствования ТО от РО до полной ТС (см. рис.
5.5), естественно, не охватывает всех особенностей развития. Каждый компонент тоже совершенствуется, добавляются другие, вспомогательные компоненты, которые улучшают работу ТО в целом и его компонентов, например, в повозке: сиденья, крыша, рессоры, в велосипеде — руль, цепная передача, надувные шины, тормоза и т. д. Следует подчеркнуть, что любой ТО рождается и начинает свое развитие с РО. 5.г.е. Компонентньш" подход Компонентный подход предназначен для анализа состава ТО с позиции принципов строения и функционирования ТС. Основой этого подхода является декомпозиция. Выделять компоненты в ТС можно по различным признакам: ° по функциональному признаку.
Функциональные компоненты по степени участия в выполнении ГПФ разделяют на основные, вспомогательные и дополнительные. Основные компоненты непосредственно участвуют в формировании ГПФ: РО, Тр, ПЭ, УО. Вспомогательные компоненты обеспечивают работу основных функциональных компонентов (амортизаторы, виброгасящие устройства). Дополнительные добавляют удобства для работы и обслуживания (защитные устройства, предохранители, экраны, рассекатели, стружколоматели и т.
д.). Более подробно этот аспект рассмотрен в гл. 8; ° по конструкторско-технологическому признаку, например, спецификация на сборочном чертеже узла; 5. Системный анализ технических объектов ° по признаку доминирующего физического явления, по областям, в которых локализуется проявление определенных законов природы. Например„в сложном техническом устройстве можно выделить: электрическую часть, механическую, гидравлическую и т. д.
Исследуя процесс сварки, можно выделить зоны для более детального их изучения (рис. 5.6); Зона плавления присадочной Горелка Направление п сварочной голо Зона горения дуги Зона Рис. 5.6. Схема электродуговой сварки в среде аргона ° по временным отрезкам (хронологический анализ) — для исследования процессов, участвующих в функционировании ТО. 5.Р.З.
Опрукптурныд подход Структурный подход предназначен для анализа всех имеющихся связей между компонентами исследуемого объекта (проблемы или ТС) и их влияния на его системные свойства. При исследовании ТС структурный подход является предварительным этапом анализа ТО на соответствие принципам строения и функционирования ТС (см. разд. 7.2). Связи — некоторая абстракция для отражения взаимодействия и взаимного влияния компонентов системы друг на друга. Связи между выделенными компонентами могут быть вещественными и полевыми — для ТС; информационными, деловыми, дружескими и другими— в социотехнических системах. Для описания структур различных объектов могут использоваться как математические модели: алгебра исчисления предикатов, алгебра множеств, матрицы, теория графов, так и нематематические модели: схемы, таблицы и др.
Каждая модель имеет свои преимущества, недостатки и, следовательно, область применения. Рассмотрим модели, которые способствуют быстрому и глубокому проникновению в суть Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач 80 решаемой задачи, активизируют мышление и позволяют выйти на хорошее ТР. В структурном анализе широкое применение получили модели в виде графа. Понятие графа строится на понятии множества. Граф можно представить в виде геометрической фигуры, состоящей из двух множеств: множества вершин и множества ребер, соединяющих некоторые вершины. Граф считается заданным, если определены множество его вершин и множество ребер, и показана взаимосвязь между вершинами и ребрами.
Две вершины называются смежными, если они соединены ребрами, соответственно два ребра смежны, если они имеют общую вершину. Неориентированные ребра называются звеньями, илн ребрами, ориентированные ребра — дугами. Граф, все ребра которого неориентированы„называется неориентированным графом, граф, состоящий из ориентированных ребер (дуг), — ориентированным, или орграфом. Граф несет информацию о связях в объекте, удобную для восприятия человеком. Для обработки этой информации в ЭВМ его можно представить в виде булевых матриц. Следует отметить, что граф — это совокупность двух множеств, поэтому использование указанной модели для описания трех и более множеств приводит к тому, что модель становится плохо обозримой.
Для описания структуры объектов используют различные виды моделей в виде графа (рис. 5.7): е корпускулярная — состоит из дисперсных слабо связанных между собой элементов. Основное свойство такой структуры — потеря небольшого числа элементов практически не изменяет свойства системы. Например, песчаный фильтр, камни в галтовочном барабане; рис. 5.7. Основные виды моделей структур 5. Системный анализ технических объектов 81 ° цепная — характеризуется линейной структурой однотипных (однородных) комгонентов или мало отличающихся друг от друга повторяющихся компонентов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
