Читать книгу Идеальные системы - - Страница 3

Приведем определения понятий, которые связаны с функционированием системы, уточним некоторые из них.

Функция – модель влияния инструмента на объект («объект функции» или «изделие», далее – ОФ), имеющего результат в изменении или поддержании состояния этого объекта.

Рабочий орган (далее – РО) – инструмент, который выполняет главную функцию системы, реализуя воздействие, для которого предназначена данная система.

Главная функция – описание воздействия на объект, для которого предназначена система. Например, для ледокола удалять (функция) лед (ОФ).

Основная функция – действие, которое обеспечивает выполнение главного. Основная функция описывает принцип действия, позволяющий реализовать функцию главную. Например, для ледокола разрушать (основная функция) лед (ОФ) обеспечивает выполнение главной функции – удалять.

Вспомогательная функция – действие, которое обеспечивает выполнение основного. Вспомогательная функция описывает способ реализации основной функции. Например, для ледокола давить (вспомогательная функция) лед (ОФ) описывает способ выполнения основной функции – разрушать.

Назначение ТС (его описывает главная функция ТС и ОФ) – класс понятия, к которому относится действие физического, химического, математического, биологического, психологического, социального или другого эффекта или совокупности эффектов проявления свойств системы, вещества или информации, обеспечивающих ее определенную действенность. Например, назначение ледокола «удалять лед».

Потребность – нужда индивида или социальной группы, внутренний побудитель активности, заключающийся в стремлении к определенному состоянию вещи, процесса или явления, являющегося объектом этого стремления. Формулировка потребности и формулировка результата действия главной функции ТС должны совпадать. К примеру, судно не может перемещаться во льду. Поэтому ледокол удаляет лед для того, чтобы создать «полосу безо льда» – это результат действия. Следовательно, потребность – «полоса безо льда».

Надпотребность – следствие удовлетворения потребности. Продолжая пример с ледоколом, следствием образования полосы безо льда будет использование ее для прохода судов, следовательно, надпотребность – «провести суда во льду». Следует отметить, что ледокол непосредственно участвует лишь в удовлетворении потребности. Соответственно, наднадпотребность (следствие прохода судов) – «перемещение груза». Наднаднадпотребность (следствие перемещения груза) – «использование груза».

ТС и ее пригодность для функционирования

Свойство – атрибут объекта или группы объектов – его существенный признак, выражающийся в способности производить действие, которое проявляет его качество.

Параметр – величина, измеряющая какое-либо свойство. Параметры определяют уровень состояния и проявления свойств.

Во времени свойства могут менять уровень своего проявления, например приобретать другие и даже противоположные состояния. Противоположностью можно считать две наиболее удаленные формы последовательного изменения свойств.

Примеры.

Относительные противоположные количественные состояния.

Легкое и тяжелое. Наиболее удаленные значения температуры вещества меняют его состояние от твердого к жидкому и газообразному, и его способность производить действие становится другой.

Противоположно направленные процессы взаимодействия.

Накопление и расходование, притягивание и отталкивание – противоположно направленные действия. Может быть противоположен и результат действия – сближение и расхождение.

Действие нагревания противоположно действию охлаждения (прием энергии противоположен отдаче энергии). Белое и черное – отражение излучения по направлению противоположно поглощению.

Противоположные состояния в разомкнутых и в замкнутых циклах изменения свойств.

Процессы, меняющиеся по замкнутому циклу, многократно проходят через наиболее удаленные формы изменения свойств. Например, цикл Карно, циклы перемещения планет.

Разомкнутые циклы имеют начало и конец. Например, необратимые химические реакции – горение, ядерный топливный цикл. Рождение и смерть – проявления начала самосохраняющегося химического процесса и его окончания.

Не всегда предельные состояния свойств соответствуют крайним точкам разомкнутого цикла. Например, ковка металлов имеет циклы нагревания и последующего охлаждения.

Техническая система – объект искусственного происхождения, который состоит из связанных между собой элементов, проявляющих при взаимодействии такие свойства, которые отличаются от свойств каждого из них.

Добавление каждого элемента в систему может придавать ей новые свойства. Другие свойства другого набора элементов говорят о том, что это другая система. Выбрав другие границы комплекта взаимодействующих элементов, мы определим другую систему, если у этого комплекта новые возможности и другое назначение.

Пример. ТС – судно.

Судно предназначено для того, чтобы толкать и вытеснять воду. Его свойство толкать и вытеснять воду используется для перемещения в ней и для плавучести.

Рабочий орган судна – винт, его функция – толкать воду, в результате его работы перемещается вода и перемещается судно[1]. Второй рабочий орган судна – корпус, его функция – вытеснять воду, в результате судно держится на поверхности воды.

Добавим к ТС еще один элемент – водоем.

ТС = судно + водоем. Эта система предназначена для удержания (над поверхностью воды) и перемещения груза.

Объект функции системы – груз. Рабочий орган этой системы – трюм, его функция – удерживать и перемещать груз.

Добавим еще один элемент – систему управления судном, включая капитана.

ТС = судно + водоем + система управления, включая капитана. Эта система предназначена направленно перемещать груз.

Объект функции системы – груз. Рабочий орган этой системы все так же трюм. Но его функция теперь – удерживать груз и направленно перемещать груз.

Даже количество однородных элементов в системе может иметь связь с проявлением новых свойств, как, например, количество щетинок в щетке и густота их расположения влияют на ее способность перемещать и собирать частицы определенного размера.

Двухколесная телега, как и стол на двух ножках, не имеет статической устойчивости – им требуется еще одна точка опоры. С изменением количества опорных элементов изменятся и системные свойства. Так, добавление телеге третьего колеса создает ее статическую устойчивость.

Но трехколесная телега на плохой дороге малоустойчива динамически. Наличие четвертого колеса придает телеге новое свойство – динамическую устойчивость. Возможность опрокидывания снижается за счет компенсации вредного действия дороги четвертым колесом, которое на кочках создает противодействующий рычаг.

Пятое и шестое колесо придадут телеге еще большую динамическую устойчивость – пересекая канавы и ямы, телега не будет проваливаться в них. При количестве колес больше шести новые свойства телеги не проявляются, но возрастает ее динамическая устойчивость на бездорожье. Таким образом, динамическая устойчивость телеги на дорогах с разным рельефом проявится при различном количестве колес.

Функциональная система

Техническая система может иметь множество свойств, но когда речь заходит о специальном ее использовании, то лучше сказать лишь о той части совокупности элементов, которые создают ее специальные свойства и позволяют реализовать эту специальную функцию.

Специальную ТС точнее охарактеризует понятие «функциональная система».

Функциональная система – это модель объекта, описывающая такую минимальную совокупность компонентов, которая способна выполнить заданную функцию благодаря взаимодействию своих подсистем[2].

Например, судно может использоваться не для перевозки грузов, а как плавучий склад. Двигатель и электрогенератор такому судну могут пригодиться, а винт, система управления, капитан и капитанский мостик уже не нужны.

Функциональная система, включающая в себя судно и водоем, без ходового винта и элементов управления, способна удерживать груз над поверхностью воды и выполнять функцию «плавучий склад».

Надсистема (далее – НС) – объект, который включает в себя техническую систему, а также другие объекты и системы, которые, взаимодействуя между собой, проявляют свойство, не присущее ни одному из составляющих ее элементов и систем.

Надсистема предназначена разрешить надзадачу относительно целей использования тех систем, которые входят в ее состав. Например, телега удерживает груз, дорога удерживает и направляет телегу, лошадь тянет телегу, а извозчик управляет лошадью. Вместе они образуют надсистему, которая способна выполнить надзадачу – направленно перевезти груз.

Обслуживающая система – та, которая поддерживает или изменяет состояние функционального средства или одной из его подсистем, устраняя вред.

Например, участок затачивания токарных резцов восстанавливает их остроту, стиральная и посудомоечная машины чистят предметы, ремонтная мастерская устраняет неисправности. Зубные щетка и паста предназначены для удаления налета и частиц пищи с зубов.

Принцип действия (далее – ПД) – физический, химический, математический, биологический, психологический, социальный или другой эффект или совокупность эффектов проявления свойств системы, вещества или информации, обеспечивающих результат ее действия.

ПД – это основная функция ТС. Основная функция ТС предназначена для реализации главной. Отвечая на вопрос «зачем?», основная функция системы укажет на назначение ТС (для того, чтобы выполнять ее главную функцию). Таким образом, ПД – это действие, которое создает главное действие.

Например, для системы, состоящей из капитана, судна и водоема, предназначение и главная функция которой – направленно перемещать груз, принцип действия – толкать воду. В этой системе воду толкают (чтобы перемещать и направлять) и винт, и перо руля.

Способ действия – это набор, совокупность и порядок действий, позволяющий реализовать принцип действия системы.

В функциональном анализе системы способ действия отражает вспомогательная функция первого ранга (ее следствие – реализация основной функции). Таким образом, способ действия – вид действия, которое реализует основное действие (или ПД системы).

Продолжая пример с перемещением груза по поверхности воды, реализация принципа действия (толкать воду) обеспечивается способом действия – вращением винта (вращать винт для того, чтобы толкать воду).

Однородные системы – это те системы, у которых:

• одинаков тип их рабочего органа;

• одинаков принцип действия;

• одинаков способ действия;

• одинаков результат действия РО.

Например, велосипед и самокат в каких-то вариантах исполнения родственны, а в каких-то – нет.

Первые велосипеды были однородны самокату. ТС = велосипед (самокат) + дорога + человек. РО – нога. ПД и велосипеда, и самоката строился на отталкивании от дороги ногой.

Современный велосипед движется за счет вращения педалей (способ действия) и его ПД – отталкивание от дороги колесом, РО – колесо. Он неоднороден самокату. Принцип действия самоката с электрическим приводом – отталкивание от дороги колесом, РО – колесо. Он однороден современному велосипеду.

Другой пример, в котором системы неоднородны по признаку «результат действия РО».

Результат действия ТС (назначение ТС):

(ТС-1: автомобиль, водитель, дорога): перемещение груза;

(ТС-2: ленточный транспортер, оператор): перемещение груза.

ПД системы:

ТС-1: толкать дорогу;

ТС-2: толкать дорогу (ленту).

Рабочий орган ТС:

В обеих системах – колесо.

Способ действия системы.

ТС-1: вращение колеса (способ действия РО) для перемещения колеса.

Результат действий РО ТС-1 – перемещение колеса.

ТС-2: вращение колеса (способ действия РО) для перемещения дороги.

Результат действий РО ТС-2 – перемещение ленты (ленты транспортера, на которой располагается груз).

Технология – совокупность методов и инструментов для решения конкретной практической задачи.

Предыдущий пример продемонстрировал, что один и тот же результат действий (перемещение груза) может быть обеспечен разнородными системами. Для решения одной и той же практической задачи могут быть использованы различные технологии.

Одну и ту же задачу с одним и тем же результатом можно решить:

• за счет применения различных инструментов (РО);

• различными способами использования инструментов (ПД, способ действия);

• одним способом, но различной последовательностью действий;

• одним способом, но различными параметрами работы инструмента.

Пример. Изготовление предварительно напряженного железобетона.

Результат действия ТС: сжатое состояние бетона.

ПД: предварительная упругая деформация стержня и его фиксация до момента набора прочности бетоном.

Этот ПД можно реализовать различными способами.

Способ № 1. Механическое приложение нагрузки, противоположно направленной к концам стержня.

Способ № 2. Нагрев стержня.

Выбранный принцип действия, способ действия, функции и операции более низкого ранга выстраиваются в полное описание технологического процесса. Так, например, стержень может быть нагрет путем пропускания электрического тока, поверхностным воздействием горячего газа или электромагнитным излучением.

Бизнес – деятельность, направленная на систематическое получение прибыли за счет производства или перепродажи товаров, или услуг.

Бизнес-система – это экономическая искусственная система, которая образуется путем объединения любого общественного полезного продукта или производства услуг с системой обмена этого продукта или услуг на деньги.

Качество

Качество объекта, как правило, не сводится к отдельным его свойствам – это и его внутренняя характеристика, и характеристика, которая проявляется во взаимодействии с другими объектами.

Качество (в философии) – совокупность существенных признаков, особенностей и свойств, которые отличают предмет, явление, информационное образование или субъект от других и придают ему определенность.

Качество характеризует объект или процесс с нескольких сторон.

• Качество как целостная характеристика предмета или процесса позволяет идентифицировать их.

Качество – неустойчивая характеристика. Вместе с изменением свойств в результате внешних и внутренних процессов взаимодействия качество может заметно меняться во времени. Наглядный пример – качество фруктов.

• Качество как целостная характеристика предмета или процесса позволяет идентифицировать класс технологических процессов или однородных объектов, близких по свойствам.

Разделение объектов и процессов на классы предназначено выделить системы не только одного назначения с близким составом и свойствами составляющих их элементов, но и с одинаковыми особенностями взаимодействия этих элементов, что соответствует определению «однородные системы». Например, классификация способов тепловой обработки пищевых продуктов, классификация способов термической обработки металлов и сплавов.

• Качество как характеристика пригодности объекта или процесса для определенного функционального использования.

Функциональное качество объекта описывает та часть его свойств, которая характеризует его возможности с точки зрения пригодности их целевого использования. Проявление изменений функционального качества объекта отражают параметры его свойств. Так, если нас интересует твердость металлического предмета, то после процедуры закаливания он может изменить свою структуру и увеличить твердость.

Пригодность – это внешняя характеристика объекта, которая проявляется как способность определенным образом взаимодействовать с другими объектами и удовлетворительный уровень воздействия, что не отменяет его пригодность для использования по другому назначению.

Качество (в технике) – это наличие достаточного уровня проявления свойств для их результативного целевого использования. Соответственно, и «пригодный» значит способный воздействовать результативно и полезно.

Имеющееся качество – это в одном случае в какой-то мере полезный, в другом – вредный, а в третьем случае – нейтральный для использования потенциал. Если объект обладает свойством, которое нейтрально для цели его использования, то это невостребованное качество и его не принимают во внимание, характеризуя объект для использования. Свойство становится функциональным качеством, если оно востребовано и может нужным образом воздействовать. Уровню невостребованных качеств мы обычно не придаем значения, если они не вредны.

Пример. Качества озона.

Три атома кислорода образуют озон – вещество с другими свойствами, чем дикислород. Озон непригоден для дыхания (в отличие от дикислорода) – он ядовит при концентрации в воздухе более 0,03 мг/м³ (0,00387 %). Поэтому озон благодаря своим ядовитым свойствам пригоден и используется для дезинфицирования.

Озон имеет и другие свойства, которые отличают его от дикислорода: запах (при взаимодействии с органами чувств человека), реагирует с ртутью, лишая ее блеска и вызывая прилипание к стеклу. Проявление свойств озона во взаимодействии с ртутью нейтрально (невостребовано) в отношении применения озона для дезинфицирования.

Другой пример. Качества медного сплава.

Брусок из сплава меди может иметь свойства, измеряемые, например, его массой, формой, температурой и химическим составом.

При продаже куска меди как материала проявления таких его свойств, как температура и форма, не будут иметь значения – брусок своей массой и составом (плотность) в данном случае имеет способность произвести действие в гравитационной системе, которое позволит измерить соответствующие параметры его свойств для вычисления стоимости.

Для этого еще будет иметь значение его химический состав, а вот при использовании бруска в качестве груза химический состав бруска уже незначим.

Масса бруска может иметь или не иметь значение при изготовлении из него декоративного изделия, но могут иметь значение цвет сплава, его литейные характеристики, ковкость и стойкость к атмосферным воздействиям.

А еще качество характеризует то, что использование объекта допустимо в условиях надсистемы и окружающей среды и не противоречит требованиям субъекта потребления для целей его применения, иначе бы это проявление свойств оказалось бесполезным или вредным.

Так, решая технологическую задачу в заданных условиях, в одном случае ценным свойством будут малые масса и габариты ТС, а в другом – точность работы и плавность хода, для чего устройство делают массивным и устанавливают стационарно на мощном фундаменте.

Сравнение пригодных систем

Достаточно ли потребителю того, чтобы функциональное средство было пригодным для результативного действия? Понятия «качественный» и «пригодный» не учитывают затраты на полезное использование.

Например, ворсинки, образующие щетку, и человек составляют систему, которая может направленно перемещать мелкие частицы, слабо скрепленные с поверхностью. Качества каждой ворсинки и качества щетки в части расстояния между ворсинками позволяют выполнить результативное действие. Достаточно иметь в щетке несколько ворсинок, чтобы переместить каждую частицу из всей их совокупности, но это очень трудоемко – требует выцеливания и множества движений, а с помощью щетки с большим количеством щетинок – быстро, одним или несколькими движениями руки, что отражает эффективность использования этой функциональной системы.

Если изменить способ воздействия на объект – например, ворсинки приобретут свойства резцов, – то щетка будет срезать и перемещать частицы с поверхности, как это делает кор-щетка. Какая же из щеток лучше: та, которая только перемещает частицы, или более действенная, которая может и срезать, и перемещать?

Искусственные системы можно сравнить, например, сопоставив их технические характеристики – мощность, габариты, массу, точность работы, быстродействие, но такое сравнение не позволит выявить более пригодную, лучшую из них или наиболее эффективную. Оценка и сравнение систем связывают их характеристики с требованиями определенного технологического процесса и приобретают смысл вместе с ответами на вопросы: «пригодна для чего?», «эффективнее для чего?» и «лучше для чего?».

Представление о лучшем функциональном средстве как о полезном может быть получено лишь путем оценки соответствия результата использования этого средства имеющимся требованиям с учетом функциональных и затратных характеристик.

Поэтому для решения одной задачи хороша та щетка, которая наилучшим образом очищает и не портит поверхность, удобна в руке и экономит силы, а другой – которая эффективно счищает ржавчину.

Таким образом, «качество» – системная характеристика степени функциональной пригодности для целей взаимодействия.

Пригодные качества инструмента предполагают наличие свойств, обеспечивающих нужное действие, а комплексное соответствие этих свойств и их параметров технологической задаче охарактеризует эффективность.