1.3 Структура технологічних систем

Щоб простежити особливості єдиного процесу дослідження та проектування в техніці, розглянемо деякі поняття, пов'язані із проектною діяльністю.

Процес дослідження тісно пов'язаний з побудовою технологічних систем.

Методологія проектування — сукупність правил, що визначають послідовність та зміст логічних дій при проектуванні технічної системи безвідносно до її складності чи призначення.

Складність проектування сучасних технічних систем постійно зрос­тає. Як підійти до процесу проектування сучасної складної технічної системи? Очевидно, що завдання проектанта полягатиме передусім у розробці варіантів та виборі кращого принципу функціонування технічної системи. Вхідними даними на цьому етапі є множина відомих явищ, фізико-хімічних ефектів та законів природи, цілеспрямоване використання яких дасть змогу сформувати принцип дії або функціонування. Другим етапом проектування буде конструювання технічної системи, яка забезпечить реалізацію принципу функціонування.

1.3.1 Основні принципи побудови технічних систем

Процес проектування технологічних систем починається з аналізу заданої службової функції. Одна й та ж службова функція технічної системи може бути реалізована по-різному. Тоді виникає декілька варіантів принципів дії.

Розглянемо, наприклад, технічну систему, службова функція якої полягає в запозиченні переміщення повзуна на задану величину у та повернення в початкове положення при одному оберті вхідного вала: х=1 оберт, (рисунок 1.7, а). Принципові схеми реалізації цієї службової функції представлені на (рисунок 1.7, б, в). Для того щоб оцінити, який принцип дії кращий, необхідно кожен варіант принципу функціонування реалізувати за допомогою конструктивних елементів і деталей. Оскільки для одного й того ж принципу функціонування можуть бути вибрані різні варіанти деталей та їх конструктивних елементів, то виникнуть різні варіант конструкції технічної системи. Тепер вибір кращого принципу функціонування ускладниться необхідністю врахування ще й кращого варіанта конструкції. Кожну конструкцію технічної системи слід оцінювати за критеріями, що визначаються умовами її створення чи експлуатації (вартість, надійність, маса, габаритні розміри тощо). Варіанти, що задовольняють задані вимоги, утворюють множину допустимих варіантів, серед яких пояснюється пошук оптимального.

Рисунок 1.7 – Службова функція (а) та варіанти її реалізації (б, в)

Таким чином, технічний об'єкт необхідно розглядати в двох аспектах: як систему функцій об'єкта, що визначає принцип його функціонування, та як систему конструктивних елементів для реаліза­ції цих функцій. Відповідно матимемо два аспекти опису об'єкта проектування:

• функціональний опис , елементами якого є множина простих функцій та множина відношень між ними, які створюють прин­цип функціонування або функціональну структуру об'єкта;

• технічний (елементний) опис , елементами якого є множини конструктивних елементів Е та відношень між ними, які створю­ють технічну (елементну) структуру об'єкта.

Процес проектування — послідовність логічних дій створення ще неіснуючої технічної системи. Він складається із проектних операцій. Процес проектування технічної системи поділяється на два види: функціональне проектування, при якому формується принцип її функціонування, та технічне проектування, коли на основі обраного принципу функціонування створюється конструкція технічної системи.

Якщо вважати, що отримання кожного аспекту опису технічної системи являє собою окрему частину загального процесу проектування, то виникає питання визначення їх оптимальної послідовності. Очевидно, то функціональний опис є більш загальним, оскільки кожна технічна функція може бути реалізована багатьма варіантами конструктивних елементів. І навпаки, кожен варіант конструкції об'єкта може реалізувати лише одну функцію — саме ту, для якої він був створений. З цього міркування випливає принцип передування функціонального проектування об'єкта щодо технічного. Саме ця обставина і є основною причиною того, що при проектуванні спочатку визначається принцип фун­кціонування технічної системи, а тільки після цього створюється його конструкція. Такий підхід до послідовності проектування задовольняє ще один загальний принцип, а саме: проектування здійснюється в напрямі зростання ступеня конкретизації опису об'єкта.

Процес функціонального чи технічного проектування складається з окремих проектних операцій. Під проектною операцією розумітимемо завершену частину процесу проектування як сукупність низки відносно завершених дій, об'єднаних загальною метою створення опису об'єкта проектування із заданим рівнем конкретизації та заданими показниками ефективності.

Аналіз багатьох прикладів проектування технічних систем дає змогу виділити як при функціональному, так і при технічному проектуван­ні однакові проектні операції:

де — аналіз та структуризація задачі проектування (виділення множини елементів та множини зв'язків); — синтез і генерування варіантів об'єднання елементів у структурі об'єкта; — оцінка, порівняння та відсів неперспективних варіантів.