11169

С И С Т Е М И

Рисунок 1.2. Класифікація систем

Технічну систему при вивченні доцільно розглядати як «чорну скриньку», не звертаючи увагу на її вміст, а лише враховувати її зовнішні прояви: вхідні сигнали, зазвичай позначені літерою Х, та вихідні сигнали, так звані відгуки технічної системи, що позначають літерою Y. Вихідними параметрами технологічної системи будуть слугувати параметри обробленої деталі: точність, шорсткість, продуктивність, стійкість обробки й т.ін.

У зв’язку з необхідністю проектування систем розглядають характерні типи задач: аналізу, синтезу, вимірювання, задача «чорної скриньки», які зведено в таблицю 1.1.

Задача аналізу – задано структуру (відомі вхід X і об’єкт Z), необхідно визначити функціонування системи – вихідні параметри Y.

Задача синтезу – задані характер функціонування (вихідні параметри Y) та інші вимоги до системи, включаючи вектор вхідних параметрів X. Необхідно визначити структуру Z, яка б задовольняла поставленим вимогам.

Задача вимірювання – задані параметри системи (Z) і характер функціонування (вихідні параметри Y), необхідно визначити вхідні параметри X.

Z

Рисунок 1.3. Модель системи

16

Таблиця 1.1 – Характерні типи задач при проектуванні систем

Властивості систем

Властивість – істотна ознака системи, що проявляється на множині елементів як всередині системи, так і ззовні, характеризується показниками роботи системи. Показник – це кількісний вираз властивостей системи.

Властивості, пов’язані із метою та функціями:

•синергізм (синергізм, синергія, від грец. – співдружність, варіант реакції на комбіновану дію двох або більше компонент, коли загальна дія перебільшує) – ефективність сумісного функціонування елементів системи вища, ніж сумарна ефективність ізольованого функціонування цих же елементів.

•пріоритет інтересів системи більш глобального рівня перед інтересами її компонентів;

•емерджентність (від англ. emergence – виникнення з нічого, раптова поява, неочікувана випадковість) – неочікувана поява нових властивостей та якостей у системі. Або цілі (функції) компонентів

системи не завжди збігаються із цілями (функціями) системи; Виявлення емерджентності в процесі агрегації – класичний приклад

об’єднання автоматів, наведений М. Арбібом (рис.1.4 та рис.1.5). На рис.1.4 наведено елементарний автомат. Якщо на його вхід подано число імпульсів n , то на виході отримуємо на одиницю більше ніж на вході – n+1.

Якщо об’єднати в кільце два таких автомати, що генерують на виході число, більше на одиницю від числа на вході, то на виходах А і В будуть генеруватиметься послідовність чисел: на одному – парних, а на іншому – непарних (рис.1.5).

Поява цих нових якостей є виявом внутрішньої цілісності системи, її системотворчим фактором.

S

n =1,2,3, …

Рисунок 1.4. Елементарний автомат

17

A

S

S

B

Рисунок 1.5. Агрегація автоматів – система з новими властивостями

•мультипліткавність (множинність) – позитивним та негативним ефектам функціонування компонентів у системі притаманні властивість множення, а не додавання;

•альтернативність шляхів функціонування та розвитку.

Властивості, пов’язані із структурою:

•цілісність – первинність цілого перед частками системи;

•не адитивність – принципова невідповідність властивостей системи сумі властивостей її складових;

•структурність – можлива декомпозиція системи на компоненти та встановлення зв’язків між ними;

•ієрархічність – кожен компонент системи може розглядатися як

система (підсистема) більш широкої глобальної системи.

Властивості, пов’язані із ресурсами та особливостями взаємодії із середовищем:

•коммунікативність – існування складної системи комунікацій із середовищем як ієрархії;

•взаємодія та взаємозалежність системи та зовнішнього середовища;

•адаптивність – пристосування параметрів системи до змін зовнішнього середовища;

•надійність – функціонування системи у випадку, коли має місце псування однієї з компонент системи, зберігання проектних параметрів системи упродовж запланованого періоду.

1.1.Питання для самоперевірки

1.Розкрийте поняття системи, її елементів та зв’язків.

2.Які зв’язки існують в системах. Наведіть приклади.

3.Наведіть узагальнену модель системи.

4.Поясніть суть понять моделі та технології.

5.Які характерні типи задач існують при проектуванні систем.

6.Проаналізуйте класифікаційні ознаки класифікації складних систем.

7.Як можна пояснити поняття складності систем.

8.Наведіть приклади систем, створених природою.

9.Як можна класифікувати системи, що створено людиною.

18

10.Чи може існувати абсолютно замкнена система.

11.Наведіть приклади людино-машинних та соціально-економічних систем. У чому полягає відмінність між ними.

12.Що таке керування. Які типи керування вам відомі керування. 13.Як поділяють системи за способом керування.

14.У чому полягає суть властивостей емерджентності та синергізму в складних системах. Наведіть приклади.

15.Наведіть властивості систем, які описують структуру.

16.У чому полягає властивість множинності в системах.

17.Які властивості систем пов’язані із особливостями взаємодії із оточуючим середовищем.

1.3. Технічні системи, технологічні системи та аграрні системи с.-г. виробництва

Предмет аналізу курсу

До предмету аналізу дисципліни «Аналіз технологічних дисциплін» відносяться технічні, технологічні та виробничі системи.

Зазвичай ці системи розглядають як емпірико-статистичні моделі. Ці моделі використовують кібернетичну ідею “чорної скрині”, що не дозволяє зробити висновків про структуру, причинно-наслідкові зв’язки та механізми її функціонування. Наявна апріорна інформація практично не використовується. У визначенні поняття «система» відсутня конкретна інформація про її внутрішню структуру. Тому систему можна зобразити у вигляді чорної непрозорої скрині, що виділена з середовища. Вже ця спрощена модель відображає дві важливі властивості системи – цілісність та відокремленість від середовища. Однак система не є ізольованою, вона пов’язана із середовищем зв’язками, через виходи діє на зовнішнє середовище, здійснюючи своє призначення. Крім того існують зв’язки іншого типу – систему можна використовувати, діючи на неї. Тобто існують зв’язки, що скеровані від середовища до системи – входи системи. Таким чином маємо максимально спрощену модель системи, на вхід якої надходять деякі вхідні параметри, а на виході отримують потрібні вихідні функції, при цьому система перебуває у певному зовнішньому середовищі.

Технічні системи Технічні системи – сукупність елементів технічної сутності, які

поєднуються розмірними, енергетичними, силовими параметрами, і забезпечують виконання однієї або декількох функцій. До технічної системи відносять засоби та предмети праці, тобто

Технічна система = {засоби праці, предмети праці}.

На рис 1.6 наведено модель технічної системи, побудованої за методом «чорна скриня».

19

•відкриті – дія яких залежить від дії зовнішнього середовища, таких як – тиск, температура, режим забрудненості, хімічна агресивність зовнішнього середовища;

•закриті – їхні параметри не залежать від дії зовнішнього середовища.

–за складністю на:

•прості (всі з’єднання);

•складні (верстати та робочі органи);

•дуже складні (мобільні машини, які виконують більш ніж одну функцію);

•занадто ускладнені.

–за зміною стану на:

•статичні системи, параметри яких не залежать від часу (це всі двигуни, редуктори, електроприводи тощо);

•динамічні системи, в яких параметри змінюються за часом, або низько ресурсні системи (за певний час змінюють своє значення від максимального до мінімального) – це всі клапани.

–за характером залежності від параметрів вхідного сигналу на:

•прямої залежності;

•системи, які залежать від зворотної дії (до таких систем відносять всі запобіжні системи).

–за типом дії (за методом перетворення енергії) на: механічні, гідравлічні,

пневматичні, електричні.

Технологічні системи.

Під технологічною системою розуміють сукупність функціонально взаємозалежних засобів технологічного оснащення, предметів виробництва й виконавців для виконання в регламентованих умовах виробництва заданих технологічних процесів і операцій.

Технологічні системи відносять до класу систем процесів і вони можуть бути на рівні операції, процесу та технології комплексу. До їх складу входить виробничий та керівний персонал.

Технологічні системи є системами типу «людина – предмети праці – інформаційні засоби та середовище».

Технологічну систему визначають як наступну сукупність:

Технічні та технологічні системи існують у тісному функціональному зв’язку. Зазвичай технічні системи входять до складу технологічних систем. Модель технологічної системи наведено на рис. 1.8.

21

1.Параметричний опис – опис властивостей, ознак та відношень об’єкта, які використовуються для визначення можливостей експлуатації об’єкта та галузі його використання:

•енергетичні (ККД, потужність, джерело живлення, втрати потужності);

•силові (крутний момент, зусилля, швидкість, прискорення);

•конструктивні (габаритні розміри, розміри приєднання, розміри силових частин).

2.Морфологічний або структурний – опис елементарного складу побудови об’єкту та взаємних відносин окремих об’єктів в одній системі. Цей опис провадиться шляхом побудови структурної моделі.

3.Функціональний – це опис функціональних можливостей кожного елемента системи. Провадиться шляхом побудови функціональної моделі.

Аграрні технологічні системи. Особливості та класифікація

Аграрні технологічні системи є складними динамічними системами, які включають, окрім виробничого персоналу, технічні засоби й біологічні компоненти.

Особливістю аграрних технологічних систем є той факт, що це відкриті системи, здатні синтезувати природну енергію сонця, вітру. Енерговміст виробленої продукції може перевищувати сукупні витрати енергії, що витрачена на її виробництво.

Аграрні технологічні системи класифікують:

•за рівнем ієрархії (операція, процес, технологія, технологічний комплекс, агропромисловий комплекс);

•за призначенням (комплексні, багатофункціональні, спеціалізовані);

•за просторовою організацією (зосереджені, розосереджені або розподілені);

•за часом або частотою використання (одноразові, багаторазові, сезонні, валового застосування).

Наведемо декілька прикладів аграрних технологічних систем в сільському господарстві:

•інженерно-технологічний комплекс – розосереджена довготривала багатофункціональна цілевстановлююча система;

•технологічний комплекс хімізації рослинництва зосереджена тривала спеціалізована сезонна система;

•оранка – одноразова одноцільова система;

•системи для сівби і збирання зернових культур – спеціалізовані сезонні;

•пункти переробки і зберігання продукції – зосереджені.

Переважна більшість систем для польових робіт – розосереджені.

Властивості аграрних технологічних систем:

1.здатність виконувати своє цільове призначення;

2.корисність;

3.режим роботи системи – нормальний, критичний, нетехнологічний;

4.гнучкість;

5.експлуатаційні показники – надійність, експлуатаційна технологічність;

23

6.коефіцієнт завантаження;

7.економічні властивості – вартість, окупність, економічна ефективність;

8.екологічні властивості – безпечність, зручність, шкідливість, ресурсоємність.

Загальносистемні показники, що забезпечують існування та цілісність аграрної технологічної системи наступні.

1.Рівень структуризації.

2.Рівень організації системи.

3.Рівень динамічності системи da:

4. Рівень наукової ємності системи db:

Життєвий цикл технічних систем. Основні етапи

Кожна технічна, технологічна чи виробнича система проходить певні етапи життєвого циклу – проектування системи, її виготовлення, експлуатація, ліквідація (утилізація) тощо. На перших трьох етапах життєвого циклу системи можливо здійснювати вдосконалення системи. Основні етапи життєвого циклу зображено на рис. 1.10.

Вдосконалення

системи

Рисунок 1.10. Основні етапи життєвого циклу систем

Життєвий цикл технічної системи можна також подати як еволюційну S– подібну криву. Схему життєвого циклу технічної системи згідно цієї концепції показано на рис. 1.11. Система має проходити еволюційний цикл, від початкового розвитку через зрілість та стиглість до логічного завершення – старості або деградації.

24

На першій ділянці технічна система А розвивається повільно, це – початковий розвиток. Потім технічна система швидко вдосконалюється – ділянка 2, це – етап розвитку. На наступній ділянці 3 темпи розвитку зменшуються, технічна системи вибирає свої можливості і настає старість систем. Далі технічна системи може утримувати досягнуті показники, або зменшувати їх принципово – деградувати. На цьому етапі її доцільно замінити принципово іншою більш досконалою технічною системою Б. Технічний рівень виробів та технічної системи з часом можна підвищувати завдяки впровадженню винаходів. Технічний рівень – це сукупність технічних властивостей (параметрів), які визначають сукупну цінність виробу (системи).

Основні технічні системи за типом дії. Характеристика

Згадаємо, що за типом дії (за методом перетворення енергії) технічні системи бувають механічні, гідравлічні, пневматичні, електричні. Надамо коротку характеристику цих технічних систем.

Механічні системи

В основі роботи механічних систем – перетворення потенційної енергії в кінематичну і навпаки.

Це системи масштабуючої дії (збільшення або зменшення робочих параметрів) та системи перетворення напрямку дії (черв’ячна, кулачкова передачі):

Переваги механічних систем:

1.широкий ряд стандартизованих елементів;

2.легке технічне обслуговування, заміна складових, широкий досвід виконання ремонтних робіт;

3.незначна вартість і легкість проектування і виготовлення.

Недоліки механічних систем:

25