Закономірності розвитку і еволюції технічних систем
Ієрархія опису технічних систем
Лекція № 2
Тема: ІЄРАРХІЯ ОПИСУ ТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ ТА ЇХ КЛАСИФІКАЦІЯ
Питання лекції:Ієрархія опису технічних систем. Закономірності розвитку і еволюції технічних систем. Структура і параметри технічних систем. Функціо-нальна і органічна структура технічних систем. Конструктивна схема технічних систем. Параметри технічних систем. Ознаки класифікації технічних систем. Класифікація технічних систем по функціях і прин-ципах дії. Класифікація технічних систем по ієрархічних рівнях склад-ності. Класифікація технічних систем за способами виготовлення і ти-пами виробництва. Класифікація технічних систем по ступенях абст-рактності.
Розвиток знань пов'язаний з підвищенням складності принципових підходів до дослідження та його методів, котрі складають наступну ієрархічну послідовність науко-вого опису технічних систем:
1. Параметричний - опис властивостей, ознак та відношень об'єкту на підставі ем-піричних спостережень. Це найбільш проста форма і вихідний рівень дослідження об'єк-ту.
2. Морфологічний - перехід до визначення поелементного складу, побудови об'єк-ту та взаємовідносин параметрів, які виявлені на попередньому рівні.
3. Функціональний - перехід до визначення функціональної залежності між пара-метрами (функціонально-параметричний опис), між елементами об'єкту (функціонально-морфологічний опис) або між параметрами і побудовою об'єкту.
4. Фізичний (поведінка об'єкту) - виявлення цілісної картини "життя" об'єкту і ме-ханізмів, які забезпечують зміну напрямків та "режимів" роботи об'єкту (найбільш ск-ладна форма наукового дослідження).
Наприклад: параметричний опис металорізального верстату, як технічної сис-теми, це: основні технічні характеристики (технологічні, розмірні, кінематичні, силові, динамічні) та показники (продуктивність, точність, жорсткість, потужність, габа-рити тощо).
Морфологічний опис верстату включає: джерело енергії, двигуни, передавально-перетворюючі та виконавчі механізми, систему керування.
Функціонально-параметричний опис встановлює, наприклад, залежність точнос-ті обробки від жорсткості пружньої системи верстату і режимів різання. Прикладом функціонально-морфологічного опису служить рівняння балансу кінематичного ланцю-га.
Технічний рівень- це сукупність технічних властивостей - параметрів, які визна-чають сукупну цінність виробу.
З розвитком техніки підвищується технічний рівень машин, змінюються викону-вані ними функції та удосконалюється принцип їх конструювання. З точки зору мораль-ного зношування машина, як технічна система, має певні "цикли життя" у сферах пе-ревиробництва та експлуатації, що має вплив на її рентабільність (досягнутий прибу-ток).
З появою нової конкурентноздатної машини збут швидко зростає, досягає мак-симуму і по мірі насичення споживчого ринку починає скорочуватись. Аналогічно змі-нюється прибуток підприємства - виробника. Максимум збуту і прибутку, як правило, не співпадають за часом внаслідок інерції виробництва.
Таким чином, технічний рівень виробів і технічних систем з часом підвищується завдяки впровадженню винаходів.
У сфері експлуатації типовий "цикл життя" машини визначається різницею між прибутком, який створюється у споживача, і експлуатаційними витратами.
Опис розвитку технічних систем описуеться законами: "статики" (початок життя), "кінематики" (розвиток) і "динаміки" (головні тенденції розвитку в теперешній час).
Закони статики: 1) "повнота частин" - наявність і мінімальна працездатність ос-новних частин технічних систем; 2) "енергетична провідність" - наскрізний прохід енергії всіма частинами технічних систем; 3) походження "ритміки" частин - частоти коливань, періодичності роботи усіх частин.
Закони кінематики: 1) "підвищення ступеню ідеальності"- витрати на виготов-лення та функціонування технічних систем прямують до нуля, хоча працездатність її не зменшується; 2) "нерівномірність розвитку частин" (чим складніша технічних систем, тим нерівномірнішим є її розвиток); 3) "перехід в надсистему" - вичерпавши можли-вості розвитку, система включається в надсистему, як одна з частин.
Закони динаміки: 1) перехід з макрорівня на мікрорівень; 2) підвищення ступені вепольності - зростання кількості елементів і зв'язків між ними.
Головна рушійна сила розвитку технічних систем - усунення протиріччя між зрос-таючими потребами суспільства і можливостями теперешніх технічних систем. Діалек-тика розвитку технічних систем полягає в тому, що в новому об'єкті поєднуються нові та відомі технічні рішення. Так, на початку розвитку металорізальні верстати мали рухи від загального приводу - локомобіля за допомогою трансмісійних валів (складність керу-вання, низька продуктивність, висока небезпека). Потім з'явились верстати з індиві-дуальним приводом від електродвигуна через зубчасті передачі. Тенденція розвитку су-часних верстатів - постачання кожного вузла власним приводом у вигляді, наприклад: крокового електродвигуна, високомоментного двигуна,тощо.
Подальший розвиток технічних систем вимагав подолання протиріч між високою продуктивністю процесу різання і великими витратами часу на виконання холостих рухів і допоміжних операцій. Приводи не забезпечували необхідну точність позицію-вання універсальних верстатів під час роботи в автоматичному режимі. При цьому в системах керування для досягнення високої точності використовувались дискретні сигнали, а у приводах аналогові сигнали не дозволяли одержати достатню точність. Ці протиріччя привели до появи нового класу високоточних приводів, які керуються від пристроїв ЧПК (числового програмного керування). Прикладом може бути привід, який включає кроковий електродвигун, гідравлічний підсилювач, гидродвигун та безлюфтову кулькову гвинтову пару.