ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ МАШИН С ПОЗИЦИИ ТЕОРИИ СИСТЕМ
Материальная база современного производства представляет собой не просто набор машин различного назначения, а систему этих машин, слаженное взаимодействие которых определяет эффективную работу предприятия.
Поэтому в современный период технико-экономический анализ должен охватывать систему машин, а не отдельные машины порознь.Рассмотрение объектов, представляющих собой некоторую совокупность взаимосвязанных и взаимозависимых элементов, как единого целого для выполнения определенных функций, получило название системного подхода. Системный подход получил всеобщее признание и был плодотворно использован при изучении и анализе многих объектов и процессов из-за своей диалектической сущности. Он представляет собой дальнейшую конкретизацию марксистского диалектического метода познания природы и общества, который рассматривает материальный мир как единое связанное целое, все явления которого взаимообусловлены и взаимозависимы.
В. И. Ленин указывал: «Чтобы действительно знать предмет, надо охватить, изучить все его стороны, все связи и «опосредствования». Мы никогда не достигнем этого полностью, но требование всесторонности предостережет нас от ошибок и от омертвения» 1.
В раскрытии свойств систем и их элементов огромное значение имеют такие категории материалистической диалектики, как сущность и явление, единичное и общее, причина и следствие, анализ и синтез.
Методология изучения сложных объектов является предметом общей теории систем, которой предлагается единый абстрактно-математический аппарат для исследования систем самых различных типов, классов и назначения — технических, экономических, биологических, физических и т. д. С помощью теории систем изучаются не частные свойства этих систем (что составляет предмет других конкретных наук), а в основном их общее структурное построение.
Если специальные науки, в основном, рассматривают причинно-следственные связи между немногими переменными, описывающими предмет исследования, то в общей теории систем на первый план выдвигается проблема целостного изучения, предусматривающая вскрытие всего многообразия связей и отношений, присущих системе.
В связи с этим в теории систем можно выделить следующие основные задачи: разработку единого формального метода описания систем любой природы; построение обобщенных моделей систем; изучение закономерностей организации системы с точки зрения ее иерархической структуры; исследование процессов передачи информации и управления; выявление условий устойчивости, управляемости и наблюдаемости систем.Общая теория систем предлагает логику и методологию междисциплинарных исследований, которые необходимы при проектировании и анализе сложных объектов, включающих и технические устройства, и коллективы людей, и средства управления. Ни один узкий специалист из-за ограниченности своих специальных знаний не в состоянии спроектировать такой объект без использования обобщающих различные области знаний системных концепций. Следовательно, положения теории систем необходимы для решения важных практических задач, охватывающих в силу своей сложности различные области науки и техники.
Особенно продуктивным системный подход оказался* в развитии теории и практики автоматизации управления на базе вычислительной техники.
В сфере техники системный подход оказался эффективным из-за того, что современная техника, в каких бы аспектах мы ее ни рассматривали, по своему существу является системной. Любая машина представляет собой систему, состоящую из ряда подсистем — механических, электрических, гидравлических, питания, охлаждения, связи, управления и т. д. Производственные звенья (участки, линии) — это системы, включающие машины, людей и различные устройства. Система создания машин включает взаимосвязанную деятельность многих научно-исследовательских, проектно-конструкторских, производственных и эксплуатирующих эти машины организаций, являющихся, в свою очередь, отдельными системами. Система обслуживания действующих машин охватывает многие службы и подразделения, представляющие собой тоже системы.
Системный подход к анализу рабочих машин означает рассмотрение машины, как элемента сложной производственной системы, и учет всех взаимосвязей этого элемента с другими системами.
Рассмотрим основные понятия и положения теории систем, которые потребуются в дальнейшем изложении. Не вдаваясь в тонкости, связанные с дефиницией системы, вокруг которой ученые ведут споры, оттачивая формулировки, приведем одно из самых лаконичных определений, данное Л. Берталанфи: «Система есть комплекс элементов, находящихся во взаимодействии» [1.4]. Понятие система, будучи фундаментальным, лучше всего конкретизируется при рассмотрении ее основных характеристик, которые состоят в следующем.
- Система есть прежде всего совокупность элементов. Это означает, что каждая система состоит из элементов, которые, в свою очередь, при определенных условиях могут рассматриваться как системы.
- Наличие существенных связей методу элементами или (и) их свойствами, превосходящих по силе связи этих элементов с элементами, не входящими в данную систему. Под существенными связями понимаются такие, которые закономерно определяют интегративные свойства системы. Указанные свойства отличают систему от простого конгломерата и выделяют ее из окружающей среды^ в виде целостного объекта.
Рис. 1.3. Принципиальная морфологическая модель рабочей машины
- Наличие определенной организации в системе, т. е.
способность системы противостоять воздействиям внешней среды, в той или иной степени изменять связи и элементы во времени и пространстве.
- Существование интегративных качеств или свойств.
Интегративными называются качества, присущие системе в целом, но не свойственные ни одному из ее элементов в отдельности. Свойства системы, хотя и зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью. Отсюда важный вывод: система — не простая совокупность элементов, и, расчленив систему на отдельные части, изучив каждую часть в отдельности, нельзя познать все свойства системы в целом.
Этот вывод особенно важен для анализа технических систем, в ходе которого исследуются параметры как всей системы, так и отдельных ее элементов (машин). Такие свойства системы машин, как производительность, надежность, качество производимой продукции или работ, хотя и зависят от соответствующих свойств отдельных машин, вошедших в систему, но отличаются от них и количественно и качественно.
Помимо приведенных выше четырех характеристик в литературе при определении системы упоминают также и такие ее характеристики, как целостность, взаимодействие с внешней средой, динамическую структуру, независимость элементов. Все эти характеристики вытекают из перечисленных выше четырех характеристик и являются их дальнейшей конкретизацией.
Современную рабочую машину можно рассматривать как комплекс ее исполнительных агрегатов, объединенных системой управления кинематическим циклом машины (рис. 1.3).
Уровень автоматичности машины определяется степенью развитости системы управления. Если в машине отсутствует система Управления, то все функции по управлению исполнительным агре-
2 Цац Г. Б. и др. 33
гатом выполняет человек, и мы имеем простую неавтоматизированную машину. Машины, в которых система управления обеспечивает синхронизацию перемещений рабочих органов и автоматическое повторение кинематического цикла, называются машинами-автоматами. Если же для повторения цикла требуется вмешательство человека, то такая машина называется полуавтоматом.
Одним из главных элементов рабочей машины является исполнительный агрегат, который состоит из двигателя, передаточного устройства и рабочего органа. В сложных исполнительных агрегатах может быть несколько двигателей, передаточных устройств и рабочих органов. В зависимости от выполняемой функции различают исполнительные агрегаты перемещения и агрегаты положения. Первые служат для выполнения определенных, заранее заданных перемещений, например, суппорты и шпиндели токарных станков, ползуны прессов, встряхивающие и прессующие столы формовочных машин и т.
д. Вторые — для обеспечения определенных положений деталей или рабочих органов, например, устройства активного контроля при механообработке, зажимные и фиксирующие устройства, механизм регулировки штамповой высоты в прессах и .т. д.Энергию для приведения в движение всех элементов машины дают двигатели: электрические, электромагнитные, пневматические, гидравлические, внутреннего сгорания и др. Могут применяться комбинации различных видов двигателей. Рабочими органами машины являются те ее детали и сборочные единицы, которые непосредственно выполняют основные и вспомогательные операции.
Промежуточное положение в исполнительном агрегате занимает передаточное устройство, которое обеспечивает передачу энергии от двигателя к рабочим органам и одновременно может задавать программу изменения скорости рабочих органов.
С позиций теории систем можно сформулировать следующие основные свойства технических систем и, в частности, систем рабочих машин: 1) сохранение эффективности функционирования выше некоторого порогового уровня за время «жизни» системы;
- стабильная организация, т. е. способность функционировать при изменении внешних условий в определенных пределах при наличии подсистем регулировки; 3) нарастание энтропии (неопределенности) системы в ходе эксплуатации с ограниченной скоростью, что происходит из-за внешних воздействий и износа элементов; этот процесс неотвратим, совершенство конструкции его тормозит, но не может исключить полностью; 4) стабильная морфология системы на протяжении ее «жизни»; 5) отсутствие тезауруса, т. е. полезной внутренней информации о состоянии самой системы и среды, определяющей способность системы распознавать ситуацию и управлять собой.