ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА В ТЕХНИЧЕСКОМ ТВОРЧЕСТВЕ

 

Техническое творчество неизбежно связано с анализом технических систем. Методы анализа могут быть разными, однако системный подход следует обеспечивать во всех случаях поиска новых технических решений. Системный анализ позволяет представить любую оперативную систему с позиций процессуального, функционального, макроскопического, иерархического и микроскопического представления. Системный подход позволяет рассматривать систему динамически и статически. В динамическом плане система представляется как процесс, а в статическом – как структура, реализующая внутренние и внешние зависимости и функциональные связи.

Микроскопическое представление системы связано с понятием «элемент системы», причём система представляется как совокупность взаимосвязанных элементов, которые могут быть разнородными, отличаться по принципу действия и множеству других технических характеристик, но для достижения конкретной цели функционирования данной системы элементы должны находиться в функциональной взаимосвязи. Только при наличии связей элементы объединяются в оперативную систему. Например, тормозная система автомобиля может рассматриваться как оперативная система только в том случае, когда в гидравлической сети циркулирует рабочая жидкость. При этом элементы тормозной системы имеют гидравлическую связь. В общем случае элементы системы могут иметь разнообразные связи, но при системном анализе всегда следует выявлять системообразующие связи, благодаря которым элементы объединяются воедино в систему. Например, магнитный пускатель следует рассматривать как систему только при наличии электрических связей между элементами, которые возникают при наличии электрического тока в цепи. При анализе систем следует иметь в виду, что элементы могут иметь прямые и косвенные связи. В последнем случае элементы связаны между собою через систему как целое. Можно сформулировать правило: все пары элементов, не связанные прямой связью, имеют косвенные связи через систему, элементами которой они являются. Микроскопическое представление системы связано также с понятием «структуры системы», включающей элементы системы и прямые связи между ними. Например, структура магнитного пускателя включает его элементы и соединительные проводки, обеспечивающие прямые электрические связи между элементами. Функциональное представление системы связано с понятием «система как совокупность функций». Каждый элемент имеет в системе свою функцию, направленную на достижение общей цели системы. Это функции первого рода. Однако элементы могут привносить в систему и нежелательные свойства, которые называются свойствами второго рода (или второго порядка). Например, пневматические бурильные установки генерируют шум, вредный для рабочих; передвижные шахтные кондиционеры сами являются источниками теплоты, выделяемой при работе электродвигателя компрессора холодильной машины; усилители могут генерировать вредный шум, искажающий усиливаемый сигнал, и т. п.

Каждый элемент системы имеет своё «функциональное место», представляющее совокупность функций первого порядка. Функциональное место может быть выполнено (наполнено) по-разному. Например, функциональное место «крепление выработки» может быть «наполнено» механизированной крепью, металлическими или гидравлическими стойками в комплексе с металлическими верхняками, арками с закладкой, анкерной крепью и т. п.

Между функциональными местами системы существуют связи или отношения, а система имеет свою функциональную структуру или «организацию», которая представляет совокупность функциональных мест и отношений. Организация системы может быть реализована различными структурами (при сохранении функционального назначения системы). При чём в зависимости от конкретной реализации могут возникнуть различные функциональные свойства второго порядка, которые трудно бывает предвидеть и учитывать при проектировании, изготовлении и внедрении – эти нежелательные свойства проявляются обычно уже при эксплуатации системы. Различают три основных типа наполнений функциональных мест. Первый тип – наполнение может существовать вне системы и выполнять одну и ту же функцию. Например, конвейер независимо от места применения всегда выполняет одну и ту же функцию – транспортирование грузов, материалов. Второй тип – многофункциональные наполнения, выполняющие разные функции в разных системах. Например, ферритовый сердечник как элемент в усилителе, запоминающая ячейка ЭВМ, магнитный элемент и т. п. Третий тип наполнения – невозможность существования этих элементов вне системы. Например, плазма не может существовать вне системы, её порождающей; живая ткань не может существовать вне организма.

При системном анализе технических систем учитывают особенность типа наполнения функциональных мест и материальных носителей функций системы.

Макроскопическое представление системы связано с пониманием её как единого целого, а также с понятием «системного окружения» (совокупность объектов и явлений, изменение которых влияет на систему и на которые влияет изменение свойств системы). При проведении системного анализа каждая система должна рассматриваться в системном окружении. Например, гидравлическая стойка может рассматриваться как элемент более крупной системы– механизированной крепи. При создании сложных систем обязательно необходимо учитывать те реальные условия, в которых они будут функционировать, в том числе необходимо прогнозировать воздействие окружающей среды на новую систему и наоборот.

Иерархическое представление системы включает понятие «подсистемы», которая обладает функциональной спецификой всей системы, но не может быть разложена на более мелкие подсистемы, а только лишь на элементы. Например, предельной подсистемой шахты может служить добычный участок, который в иерархическом плане может быть разложен на множество элементов, не сохраняющих функциональную специфику шахты как системы.

Между единицами системной иерархии (подсистемами) существуют горизонтальные и вертикальные функциональные связи. Горизонтальные связи осуществляются между единицами одного уровня иерархии и могут быть односторонними и двусторонними. Вертикальные связи осуществляются между единицами разного уровня (связи субординации) поэтому каждая подсистема должна описываться комплексом горизонтальных и вертикальных функциональных связей, что следует учитывать при системном анализе.

Процессуальное представление системы связано с пониманием системы как совокупности процессов. Временной интервал, в течение которого существует данный процесс, называется периодом жизни. Все процессы, протекающие в системе, можно разделить на основные и вспомогательные. К первым относятся процессы развития и функционирования системы, при чём процессы развития можно выделить только при сопоставлении данной системы с другими аналогичными (это внешние процессы), а процессы функционирования являются внутренними процессами нынешнего существования системы. Процессы функционирования являются внешними, они направлены на выполнение системой основных внешних целей, для которых данная система была создана или проектируется, строится.

Вспомогательные процессы обеспечивают функционирование системы. К ним относятся энергетические, регулятивные и другие процессы. При создании сложных систем, например шахт, рудников, крупных карьеров, ГОК и т. п.; Необходимо учитывать процесс развития систем, необходимо прогнозировать их изменения, учитывать вероятность изменений и функционирования системы, а так же возможные изменения требований в системе в будущем. Для эффективного прогнозирования следует изучить прошлое состояние системы, установить связи перехода между отдельными состояниями, выделить инварианты процессов развития, на которые можно ориентироваться при создании системы.

Среди процессов развития сложных систем можно выделить следующие типы: централизация-децентрализация, интеграция-дезинтеграция, организация-дезорганизация.

Централизация заключается в выделении одной ведущей части системы, которая начинает играть доминирующую роль в функционировании системы, причём незначительные изменения в этой части могут привести к серьёзному изменению в системе в целом, зачастую с ухудшением её показателей.

Децентрализация является противоположным типом процессов, так как направлена на увеличение равноценности всех частей системы.

Интеграция направлена на укрепление, усиление связи между отдельными элементами и единицами (подсистемами) сложной системы, на повышение её целостности.

Дезинтеграция – противоположный процесс, направленный на рассогласование отдельных частей системы, вплоть до выхода системы из строя.

Следует иметь в виду, что одновременно в системе могут происходить взаимосвязанные процессы, а именно: интеграция и централизация, дезинтеграция и децентрализация.

Организация системы как процесса направлена на упорядочение отдельных подсистем по уровням иерархий с увеличением числа этих уровней и взаимного подчинения.

Дезорганизация – нарушение упорядоченности единиц (подсистем) сложной системы по уровням иерархии.

 

Список литературы.

 

1. Альтшуллер Г.С. Алгоритмы изобретения. – М.: Московский рабочий, 1973. – 296 с.

2. Альтшуллер Г.С., Селюцкий А.Б. Крылья для Икара. – Петрозаводск: Карелия, 1980. – 224 с.

3. Альтшуллер Г.С. Алгоритм решения изобретательских задач / Материалы к семинару по методике изобретательства. – Минск: БелИНТИ, 1970, с. 32 – 48.

4. Альтшуллер Г.С. Реквием по МпиО. – Техника и наука, 1982, №1, с. 23 – 25

5. Альтшуллер Г.С.Творчество как точная наука, - М.: Советское радио, 1979. – 176 с.

6. Буш Г.Я. Методологические основы научного управления изобретательством. – Рига: Лиесма, 1974. – 167с.

7. Данкеви Д. Ракета уходит в антикосмос. – Социалистическая индустрия, 1973, 25 июля.

8. Джоно Дж.К. Инженерное и художественное конструирование. Пер. с англ. – М.: Мир, 1976. – 374 с.

9. Диксон Дж. Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решений. Пер. с англ. – М.: Мир, 1969. – 440 с.

10. Линькова Н. 30 методов: что это такое? – Техника и наука, 1983, №11, с. 5-7, 1984, №1, с. 27-29.

11. Методика и алгоритм поиска новых технических решений/0. В.Колоколов, В.И. Муравейник, П.И. Пономаренко, В.И. Некрылов. – Днепропетровск: Ротапринт ДГИ, 1983. – 65 с.

12. Методические указания по функционально-стоимостного анализа (ФСА) для горных специальностей / О.В. Колоколов, В.И. Муравейник, П.И. Пономаренко и др. – Днепропетровск: Ротапринт ДГИ, 1983. – 61 с.

13. Методы поиска новых технических решений / Под ред. А.И. Половинкина. – Йошкар-Ола: Марийское книжное изд-во. 1976. – 192 с.

14. Пойа Д. Как решать задачу. Пер. с англ. – М.: Учпедгиз, 1969

15. Попов А.Б. Мозговой штурм. – Изобретатель и рационализатор, 1964, №10, с. 30-31

16. Циферов М.И. На штурм космоса. – Труд, 1977, 14 мая.

17. Эбарг Х., Томао К. Анализ затрат на основе потребительной стоимости. – М.: Экономика, 1975. – 190 с.

18. Эйлоарт Т. приемы постройки первого творческого инженерного коллектива. – Изобретатель и рационализатор, 1970, 35, с. 28-32.

19. Эйрес Р. Научно-техническое прогнозирование и долгосрочное планирование. – М.: мир, 1971. – 296 с.

20. Янг Э. Прогнозирование научно-технического прогресса. – М.: Прогресс, 1970. – 215 с.