1.6. Основные характеристики технических систем

Техническая система (ТС) – это система, которая имеет хотя бы один искусственный элемент.

Технические системы могут быть процессами и объектами в зависимости от характера связей между элементами системы.

Техническая система – объект – это система, которая состоит из материальных тел, определенными образом взаимоувязанных в пространстве.

Техническая система – процесс – это система, что состоит из действий (операций), определенным образом взаимоувязанных во времени.

Системный подход к технической системе означает восприятие этой система как одного целого, во всей совокупности ее элементов, с учетом всех связей и системных свойств. Системный подход содержит: компонентный подход, который изучает поэлементный состав системы; структурный подход, который изучает взаимное расположение элементов в пространстве и во вре­мени; функциональный подход, который изучает функциональное взаимодей­ствие подсистем и элементов; диагностический подход (комплексный анализ ресурсов системы и расходов на реализацию функций); эволюционный подход, что изучает генезис системы.

Понятие “системы” принадлежит к классу фундаментальных понятий, сущность которых может быть раскрыта исключительно через их свойства. Произвольная/система имеет такие свойства:

• целостность - свойству системы в целом нельзя понять и оценить без знания свойств ее частей, но свойства системы в целом не могут быть сведены к свойствам отдельных ее элементов;

• структура, которая означает возможность описания структуры какой-

нибудь системы и описания системы через ее структуру, то есть с помощью сети связей между ее элементами. Наличие структуры является неотъемлемым признаком системы; в зависимости от задачи, возможно много разных вариан­тов описания структуры;

• взаимосвязь системы с внешней средой - свойства системы могут проявляться только во взаимодействии с внешней средой. Действия среды на систему называются входными параметрами системы, действия системы на среду - выходными. Относительно внешней среды система выступает как преобразователь вход­ных действий в выходные;

• множественность описания - возможность описания системы многими способами (моделями), каждая из которых отражает ее определенный ас­пект;

• генетическую иерархичность - наличие у каждой системы своих над-

систем и подсистем как в пространстве, так и во времени. Следствием из этого правила является расширение возможностей превращения системы за счет мо­дификации ее под- или над систем.

• сложность поведения системы - наличие сложных перекрестных взаимосвязей между параметрами элементов системы, в результате чего

изменение одного параметра вызывает изменение другого. Поскольку влияния

элементов системы и окружающей среды друг на друга могут быть как

детерминированными, так и стохастическими, то абсолютно достоверное описание по­ведения системы есть невозможное, можно говорить лишь о вероятностном поведении системы.

К главным характеристикам технической системы можно отнести: назначение, или главную функцию технической системы; функции технической системы; тип структуры технической системы.

Структуру системы описывают через элементы системы и характер свя­зей между ними. Элементы системы образуют подсистемы разного ранга, определенным образом связанные между собой. Эта взаимосвязь может заключаться в четком взаимоподчинении элементов от высшего структурного уровня к более низкому. Такую структуру называют иерархической. Иерархическую структуру имеет подавляющее большинство технических систем. Возмож­ные и другие варианты структуры, например, ретикулярные (сетчатые), в

которых все подсистемы связаны одна с одной сложными обратными связями, влияют одна на другую и невозможно выделить какую-то иерархию. Такую

структуру имеет, например, система законов развития технических систем.

Какая-нибудь система или ее элемент имеет входы и выходы. Входом

называют дискретное или непрерывное множество контактов, через которые действия (влияния) среды передаются системе. Выход - это множество "кон-

тактов" которые система действует на среду. Какой-нибудь элемент системы имеет, по крайней мере, один вход и один выход. Средой называют окружение, с которым система взаимодействует. Системы, которые такое взаимодействие осуществляют, называют открытыми, те, которые такого взаимодействия не имеют - закрытыми. Средой одной из подсистем системы могут выступать другие подсистемы этой же системы (все или часть), а также посторонние системы, с которыми она взаимодействует. Взаимодействие мо­жет заключаться в передаче вещества, энергии, информации или комбинации этих компонентов. Соответственно говорят о вещественном, энергетическом, информационных обменах (метаболизм) между системой и средой, которая, в свою очередь, также представляет собой систему. Результатом этого взаимодействия при имеющейся структуре системы есть определенное состояние системы, под которым понимают упорядоченную совокупность значений внутренних и внешних параметров, которые определяют характер процессов, которые про­исходят в системе. Множество состояний системы может быть конечным, со­считанным или континуальным. Развернутую во времени последовательность реакций системы на внешние действия называют поведением системы.

Получение определенного типа обмена между системой и средой являет­ся целью создания произвольной технической системы. Какая-нибудь техни­ческая система создается для выполнения некоторого комплекса полезных функции (действий на среду), достижения определенных целей. Объекты функций лежат за пределами системы, поэтому можно говорить о том, что це­лью создания системы всегда является реализация определенных внешних функций, то есть действий системы на элементы внешней среды. Назначение системы отражается ее главной функцией. Побочные цели создания системы отражаются так называемыми второстепенными функциями. Выполнение внешних функций системы обеспечивается ее структурой и взаимодействиями элементов системы между собой. Эти взаимодействия называют внутренними функциями системы. Среди них можно выделить основные, которые непо­средственно обеспечивают выполнение полезных функций системы. Кроме основных, у каждой системы есть вспомогательные функции, которые обес­печивают выполнение основных.

Основные, вспомогательные, главная и второстепенные функции нераз­рывно связаны между собой, образовывая разветвленную иерархию, некоторое

"дерево" функций объекта. При этом некоторую систему можно рассматривать как функциональный преобразователь, реализующий определенную связь между входом и выходом с помощью функциональных звеньев, которые превращают входные параметры процесса или объекта в выходные. Эти функцио­нальные звенья состоят из функциональных элементов, среди которых можно выделить основные и вспомогательные (системообразующие, конструктивные, сервисные и тому подобное) элементы, которые в совокупно­сти обеспечивают нормальную работу системы.

Интересным свойством системы является связь ее структуры и функций, которые она выполняет. В большинстве случаев одна структура сис­темы обеспечивает выполнение одной главной функции. Выявление взаимо­связи между структурой системы и ее главной функцией составляет мини­мальную, или мини-задачу во время анализа технической системы. В то же время для выполнения определенной функции можно создать много структур. Взаимосвязь функции с множеством структур, пригодных для ее реализации, отвечает макси-задаче анализа технической системы.

Мини-задача при анализе системы заключается в улучшении выполне­ния основной функции при сохранении на неизменном уровне расходов на ее реализацию или их уменьшении в пределах старой структуры. В то же время инженерный, изобретательский подход выдвигает требование улучшения выполнения функции при уменьшении затрат. Как правило, решение такой задачи требует перестройки старой или синтеза новой структуры технической системы. Источником развития технической системы являются противоречия, которые постоянно возникают во время развития систем между требованиями к функциям системы и возможностями существующей структуры системы реализовать эти требования.