функціональна структура. Опис технічних систем

3.1. Загальне визначення ТЗ 3.2. Функціональність

3.2.1. Ціль-функція_ 3.2.2. Потреба-функція_ 3.2.3. Носій функції 3.2.4. Визначення функції 3.2.5. Ієрархія функцій

3.3. Структура

3.3.1. Визначення структури 3.3.2. Елемент структури 3.3.3. Типи структур 3.3.4. Принципи побудови структури 3.3.5. Форма 3.3.6. Ієрархічна структура систем

3.4. Організація_

3.4.1. Загальне поняття 3.4.2. Зв'язки 3.4.3. Управління 3.4.4. Чинники руйнують організацію 3.4.5. Значення експерименту у процесі покращення організації

3.5. Системний ефект (якість)

3.5.1. Властивості у системі 3.5.2. Механізм утворення системних властивостей

3.1. Загальне визначення транспортних засобів

Сенс системного підходу щодо процесів розвитку у техніці полягає у розгляді будь-якого технічного об'єкта як системи взаємозалежних елементів, що утворюють єдине ціле. Лінія розвитку являє собою сукупність кількох вузлових точок - технічних систем, що різко відрізняються один від одного (якщо їх порівнювати лише між собою); між вузловими точками лежить безліч проміжних технічних рішень - технічних систем із невеликими змінами проти попереднім кроком розвитку. Системи як би "перетікають" одна в одну, повільно еволюціонуючи, відсуваючись все далі від вихідної системи, перетворюючись іноді до невпізнання. Дрібні зміни накопичуються та стають причиною великих якісних перетворень. Щоб пізнати ці закономірності, необхідно визначити, що таке технічна система, з яких елементів вона складається, як виникають та функціонують зв'язки між частинами, які наслідки від дії зовнішніх та внутрішніх факторів тощо. Незважаючи на величезну різноманітність, технічні системи мають ряд загальних властивостей, ознак і структурних особливостейщо дозволяє вважати їх єдиною групою об'єктів.

Які основні ознаки технічних систем? До них можна віднести такі:

системи складаються з частин, елементів, тобто мають структуру,

системи створені для якихось цілейтобто виконують корисні функції;

елементи (частини) системи мають зв'язок один з одним, з'єднані певним чином, організовані у просторі та часі;

кожна система в цілому має якусь особливу якість, нерівним простий сумі властивостей складових її елементів, інакше зникає сенс у створенні системи (цілісної, функціонуючої, організованої).

Пояснимо це простим прикладом. Допустимо, необхідно скласти фоторобот злочинця. Перед свідком поставлено чітку мету: скласти систему (фотопортрет) з окремих частин (елементів), система призначається до виконання дуже корисної функції. Природно, що частини майбутньої системи не з'єднуються абияк, вони повинні доповнювати один одного. Тому триває тривалий процес підбору елементів таким чином, щоб кожен елемент, що входить до системи, доповнював попередній, а разом вони збільшували б корисну функцію системи, тобто посилювали схожість портрета на оригінал. І раптом, у якийсь момент, відбувається диво – якісний стрибок! - Збіг фоторобота з виглядом злочинця. Тут елементи організовані у просторі строго певним чином (неможливо переставити їх), взаємопов'язані, разом дають нову якість. Навіть якщо свідок абсолютно точно ідентифікує окремо очі, ніс тощо. з фотомоделями, то ця сума "шматочків обличчя" (кожен із яких правильний!) нічого не дає - це буде проста сума властивостей елементів. Тільки функціонально точно з'єднані елементи дають основну якість системи (і виправдовують її існування). Так само набір літер (наприклад, А, Л, К, Е), з'єднавшись лише певним чином дає нову якість (наприклад, Ялинка).

ТЕХНІЧНА СИСТЕМА - це сукупність впорядковано взаємодіючих елементів, що має властивості, що не зводяться до властивостей окремих елементів, і призначена для виконання певних корисних функцій.

Таким чином, технічна система має 4 головні (фундаментальні) ознаки:

функціональність,

цілісність (структура),

організація,

системна якість.

Відсутність хоча б однієї ознаки не дозволяє вважати об'єкт технічною системою. Пояснимо ці ознаки докладніше.

Технічна система (ТЗ) - це структура, утворена взаємозалежними елементами, призначена для виконання певних корисних функцій. Функція - це здатність ТЗ проявляти свою властивість (якість, корисність) за певних умов і перетворювати предмет праці (виріб) у необхідну форму або величину. Поява мети - це результат усвідомлення потреби. Потреба (постановка завдання) - те, що потрібно мати (зробити), а функція - реалізація потреби у ТС. Виникнення потреб, усвідомлення мети та формулювання функції - це процеси, що відбуваються всередині людини. Але реальна функція - це вплив на предмет праці (виріб) або служіння людині. Тобто, не вистачає проміжної ланки – робочого органу. Це і є носій функції у чистому вигляді. Робочий орган (РО) - єдина функціональна корисна людинічастина технічної системи. Всі інші допоміжні частини. ТЗ і виникали на перших етапах як робочі органи (натомість органів тіла та на додаток їм). І лише потім, для збільшення корисної функції. до робочого органу "пристроювалися" інші частини, підсистеми, допоміжні системи.

Малюнок 1. Повна принципова схема працюючої ТЗ.
Пунктиром обведений склад мінімальної працездатної МС, що забезпечує її життєздатність.

З'єднання елементів у єдине ціле необхідне отримання (освіти, синтезу) корисної функції, тобто. задля досягнення поставленої мети. Упорядкування структури - це програмування системи, завдання поведінки МС із єдиною метою отримання результаті корисної функції. Необхідна функція та обраний фізичний принцип її здійснення визначають структуру. Структура - це сукупність елементів та зв'язків між ними, що визначаються фізичним принципом здійснення необхідної корисної функції. Структура, зазвичай, залишається незмінною у процесі функціонування, тобто за зміни стану, поведінки, скоєння операцій та інших дій. Слід розрізняти два види системних надбавок, одержуваних при з'єднанні елементів структуру:
- системний ефект - непропорційно велике посилення (зменшення) властивостей, що є у елементів,
- системне якість - поява нового властивості, якого було жодного з елементів до включення в систему.

Кожна ТЗ може виконувати кілька функцій, у тому числі лише одне робоча, заради якої вона існує, інші - допоміжні, супутні, полегшують виконання головної. Визначення головної корисної функції (ДПФ) іноді спричиняє утруднення. Це пояснюється множинністю вимог, що висуваються до даної системи з боку вище і нижче систем, що лежать, а також сусідніх, зовнішніх та інших систем. Звідси нескінченність визначень ДПФ (принципова неохопність всіх властивостей і зв'язків). З урахуванням ієрархічності функцій, ДПФ даної системи - виконання вимог першої вищестоящої системи. Решта вимог, у міру віддалення від ієрархічного рівня, від якого вони виходять, надають дедалі менший вплив на цю систему. Ці над і підсистемні вимоги можуть бути виконані іншими речовинами і системами, не обов'язково даною системою. Тобто ГПФ елемента визначається тією системою, в яку він включається.

Щоб точніше визначити системний ефект (системна якість) даної ТЗ, можна скористатися простим прийомом: треба розділити систему на складові елементи та подивитися, яка якість (який ефект) зникла. Наприклад, окремо жодна з літакових частин літати не може, як не може виконати свою функцію і "усічена" система літака без крила, оперення або управління. Це, до речі, переконливий спосіб доказу, що всі об'єкти у світі – системи: розділіть вугілля, цукор, голку, – на якому етапі поділу вони перестають бути самими собою, втрачають головні ознаки? Всі вони відрізняються один від одного лише тривалістю процесу розподілу - голка перестає бути голкою при розподілі на дві частини, вугілля та цукор - при розподілі до атома. Очевидно, так званий діалектичний закон переходу кількісних змін у якісні відображає лише змістовну сторону більш загального закону – закону утворення системного ефекту (системної якості).

Елемент - відносно ціла частинасистеми, що володіє деякими властивостями, що не зникають при відділенні від системи. Однак у системі властивості елемента не рівні властивостям окремо взятого елемента. Сума властивостей елемента в системі може бути більшою або меншою від суми його властивостей поза системою. Інакше кажучи, частина властивостей елемента, що включається до системи, гаситься або до елемента додаються нові властивості. У переважній більшості випадків частина властивостей елемента нейтралізується в системі, залежно від величини цієї частини говорять про ступінь втрати індивідуальності включеного елемента в систему. Елемент - мінімальна одиницясистеми, здатна до виконання деякої елементарної функції. Усі технічні системи починалися з одного елемента, призначеного до виконання однієї елементарної функції. Потім, з розвитком МС йде диференціація елемента, тобто поділ елемента на зони з різними властивостями. З моноструктури елемента (камінь, палиця) починають виділятися інші елементи. Наприклад, при перетворенні кам'яного різця на ніж виділилися робоча зона та зона ручки, а потім посилення специфічних властивостей кожної зони зажадало застосування різних матеріалів (складові інструменти). З робочого органу виділилася та розвинулася трансмісія.

Зв'язок - це відношення між елементами системи, це реальний фізичний (речовий чи польовий) канал передачі енергії, речовини чи інформаційних сигналів; причому сигналів нематеріальних не буває, це завжди енергія чи речовина. Головна умова роботи зв'язку - "різниця потенціалів" між елементами, тобто градієнт поля чи речовини (відхилення від термодинамічного рівноваги - принцип Онзагера). При градієнті виникає рушійна сила, що викликає потік енергії чи речовини. Основні характеристики зв'язку: фізична реалізація та потужність. Фізична реалізація - це вид речовини чи поля, що використовується у зв'язку. Потужність – інтенсивність потоку речовини чи енергії. Потужність зв'язку повинна бути більшою за потужність позасистемних зв'язків, вище рівня шуму зовнішнього середовища.

Ієрархічний принцип організації структури можливий лише у багаторівневих системах (це великий клас сучасних технічних систем) і полягає у впорядкуванні взаємодій між рівнями в порядку від найвищого до нижнього. Кожен рівень виступає як керуючий по відношенню до всіх нижчих і як керований, підлеглий, по відношенню до вищележачого. Кожен рівень спеціалізується на виконанні певної функції (ДПФ рівня). Абсолютно жорстких ієрархій не буває, частина систем нижніх рівнів має меншу або більшу автономію по відношенню до вищих рівнів. У межах рівня відношення елементів взаємно доповнюють один одного, їм притаманні риси самоорганізації (це закладається для формування структури). Виникнення та розвитку ієрархічних структур невипадково, оскільки це єдиний шлях підвищення ефективності, надійності і стійкості у системах середньої та високої складності. У простих системах ієрархія не потрібна, оскільки взаємодія здійснюється через безпосередні зв'язки між елементами. У складних системахбезпосередні взаємодії між усіма елементами неможливі (потрібно занадто багато зв'язків), тому безпосередні контакти зберігаються лише між елементами одного рівня, а зв'язки між рівнями різко скорочуються.

У природі та суспільстві вага системна. Будь-яка машина, живий організм, суспільство загалом чи його окрема частина – підприємство. фірма, офіс, установа — є різні системи: технічні, біологічні, соціальні, зокрема соціально-економічні. Під системою зазвичай розуміють комплекс взаємозалежних елементів, що утворюють певну цілісність. Цей комплекс складає особливу єдність із середовищем і є елементом системи вищого порядку. Елементи будь-якої системи, своєю чергою, виступають як системи нижчого порядку. Елементи в реальних системах - це фактичні об'єкти, частини, елементи та компоненти.

Розмаїття технічних, біологічних, соціальних, зокрема соціально-економічних, систем може бути впорядковано, якщо їх класифікувати, тобто розділити, та був об'єднати за певними ознаками. З багатьох способів класифікації найбільш поширеною вважають класифікацію, наведену на рис. 1.1.

За походженнямрозрізняють системи: а) природні (природні), наприклад: зоряні освіти, сонячна система, планети, материки, океани; б) штучні, тобто створені працею людини (підприємства, фірми, міста, машини).

Штучні системи може бути, своєю чергою, за специфікою змісту поділені на системи: технічні, технологічні, інформаційні, соціальні, економічні, інші. З-поміж останніх виділяються такі системи, як галузь, регіон, підприємство, цех. ділянку тощо.

За об'єктивністю існуваннясистеми можуть бути: а) матеріальними (існують об'єктивно, тобто незалежно від свідомості людини): б) ідеальними («сконструйованими» у свідомості людини у вигляді гіпотез, образів, уявлень).

За рівнем зв'язку з навколишнім середовищемсистеми можуть бути: а) відкритими; б) відносно відокремленими: в) закритими: г) ізольованими.

Залежно від часурозрізняють системи: а) статистичні, параметри яких нс залежить від часу; б) динамічні параметри яких є функцією часу.

За обумовленістю діїсистеми бувають: а) детермінованими; б) імовірнісними. У перших системах однієї й тієї причини завжди відповідає чіткий, строгий, однозначний результат. У системах імовірнісного типу однієї і тієї ж причини в одних і тих умовах може відповідати один із кількох можливих результатів. Приклад імовірнісної системи - цеховий персонал, який є на роботу щоразу в різному складі.

За місцем в ієрархії системприйнято розрізняти: а) суперсистеми; б) великі системи; в) підсистеми; г) елементи.

Серед систем, створених природою, також вирізняють: а) неживі; б) живі, зокрема людина. Системи, створені людиною (антропогенні), можуть бути поділені на технічні. людино-машинні, соціально-економічні.

До технічних систем відносять системи, які створені людиною та наділені певною функцією чи метою (наприклад. будівлі, машини); до людино-машинних — системи, в яких одним із елементів є людина, причому мета людина) ставить технічна система. Людину в технічних системах називають оператором, оскільки він виконує операції, які потребує обслуговування машини. Льотчик у літаку, оператор за пультом ЕОМ. водій у машині - вага це людино-машинні системи. Соціально-економічними вважаються системи, де людина ставить завдання (висуває цілі) як перед технічними системами, а й перед людьми, які входять у ці системи як елементів. Зазначимо, що соціально-економічні системи можуть містити і технічні, і людино-машинні елементи.

З погляду науки про управління соціально-економічні системи (СЕС) є найскладнішими об'єктами. Незважаючи на багатий практичний досвід управління такими системами, їхній теоретичний апарат знаходиться на етапі становлення і часто просто запозичується з теорії управління технічними системами.

Різноманітність форм не перешкоджає технічним, біологічним та соціально-економічним системам мати ряд загальних рис і закономірностей: вони динамічні, характеризуються причинним зв'язком окремих елементів, наявністю керуючої та керованої підсистем та керуючого параметра, підсилювальною здатністю (здатністю суттєво змінюватися під впливом найменших впливів), здатністю зберігати, передавати перетворювати інформацію, зворотним зв'язком елементів, загальною системоюпроцесів управління та ін.

Всім класам систем характерно наявність цілого ряду загальних властивостей, серед яких доречно виділити такі.

Властивість цілісності. Усі системи, як відокремленим цілим діляться на елементи, існуючі лише з існування цілого. У цілісній системі елементи функціонують спільно, разом забезпечуючи процес функціонування системи як цілого. Первинність цілого – основний постулат теорії систем.

Властивість неадитивності. Означає важливу не-зводимость властивостей системи до суми властивостей складових її елементів і неспроможність властивостей цілого з властивостей компонентів. Сукупне функціонування різнорідних взаємозалежних елементів породжує якісно нові функціональні властивості цілого, який має аналогів у властивостях його елементів.

Властивість синергічності. Припускає, що односпрямованість процесів елементів посилює ефективність функціонування системи, і навпаки. Іншими словами, для будь-якої системи є такий набір елементів, при якому її потенціал завжди буде. або істотно більше простої суми потенціалів елементів, що входять до неї (люди, техніка, технологія, структура і т.д.). чи значно менше. Ефект синергії елементів виходить при налагодженій взаємодії системи із зовнішнім середовищем та елементів усередині системи.

Властивість емерджентності. Означає, що цілі елементів системи який завжди збігаються з цілями системи. Наприклад, відзначається різна орієнтація діяльності працівників інноваційних служб підприємства та фахівців маркетингу.

Властивість взаємозалежності та взаємодії системи та зовнішнього середовища. Система реагує на вплив останньої, розвивається під цим впливом, зберігаючи якісну визначеність та властивості, що забезпечують її відносну стійкість та адаптивність функціонування.

Властивості безперервності функціонування та еволюції. Система існує, поки функціонують усі процеси. Взаємодія елементів визначає характер функціонування системи як цілого, так і навпаки. Одночасно система має здатність до розвитку (саморозвитку).

Властивість пріоритету інтересів системи вищого рівня перед інтересами її елементів. Окремий працівник соціально-економічної системи не може ставити свої інтереси вище за інтереси даної системи.

3.1. Загальне визначення ТЗ

Сенс системного підходу щодо процесів розвитку у техніці полягає у розгляді будь-якого технічного об'єкта як системи взаємозалежних елементів, що утворюють єдине ціле. Лінія розвитку являє собою сукупність кількох вузлових точок - технічних систем, що різко відрізняються один від одного (якщо їх порівнювати лише між собою); між вузловими точками лежить безліч проміжних технічних рішень - технічних систем із невеликими змінами проти попереднім кроком розвитку. Системи як би "перетікають" одна в одну, повільно еволюціонуючи, відсуваючись все далі від вихідної системи, перетворюючись іноді до невпізнання. Дрібні зміни накопичуються та стають причиною великих якісних перетворень. Щоб пізнати ці закономірності, необхідно визначити, що таке технічна система, з яких елементів вона складається, як виникають та функціонують зв'язки між частинами, які наслідки від дії зовнішніх та внутрішніх факторів, і т.д. Незважаючи на величезну різноманітність, технічні системи мають низку загальних властивостей, ознак і структурних особливостей, що дозволяє вважати їх єдиною групою об'єктів.

Які основні ознаки технічних систем? До них можна віднести такі:

• системи складаються з частин, елементів, тобто мають структуру,
• системи створені для якихось цілейтобто виконують корисні функції;
• елементи (частини) системи мають зв'язок один з одним, з'єднані певним чином, організовані у просторі та часі;
• кожна система в цілому має якусь особливу якість, нерівним простий сумі властивостей складових її елементів, інакше зникає сенс у створенні системи (цілісної, функціонуючої, організованої).

Пояснимо це простим прикладом. Допустимо, необхідно скласти фоторобот злочинця. Перед свідком поставлено чітку мету: скласти систему (фотопортрет) з окремих частин (елементів), система призначається до виконання дуже корисної функції. Природно, що частини майбутньої системи не з'єднуються абияк, вони повинні доповнювати один одного. Тому триває тривалий процес підбору елементів таким чином, щоб кожен елемент, що входить до системи, доповнював попередній, а разом вони збільшували б корисну функцію системи, тобто посилювали схожість портрета на оригінал. І раптом, у якийсь момент, відбувається диво – якісний стрибок! - Збіг фоторобота з виглядом злочинця. Тут елементи організовані у просторі строго певним чином (неможливо переставити їх), взаємопов'язані, разом дають нову якість. Навіть якщо свідок абсолютно точно ідентифікує окремо очі, ніс тощо. з фотомоделями, то ця сума "шматочків обличчя" (кожен із яких правильний!) нічого не дає - це буде проста сума властивостей елементів. Тільки функціонально точно з'єднані елементи дають основну якість системи (і виправдовують її існування). Так само набір літер (наприклад, А, Л, К, Е), з'єднавшись лише певним чином дає нову якість (наприклад, Ялинка).

ТЕХНІЧНА СИСТЕМА - це сукупність впорядковано взаємодіючих елементів, що має властивості, що не зводяться до властивостей окремих елементів, і призначена для виконання певних корисних функцій.

Таким чином, технічна система має 4 головні (фундаментальні) ознаки:

• функціональність,
• цілісність (структура),
• організація,
• системна якість.

Відсутність хоча б однієї ознаки не дозволяє вважати об'єкт технічною системою. Пояснимо ці ознаки докладніше.

3.2. Функціональність

3.2.1. Ціль - функція

У основі будь-якого трудового процесу, зокрема винахідницького, лежить поняття мети. Безцільного винаходу не існує. У технічних системах ціль задається людиною і вони призначені для виконання корисної функції. Вже інженер древнього Риму Вітрувій стверджував: "Машина є дерев'яний пристрій, який надає велику допомогу при піднятті тяжкості". Мета - уявний результат, якого прагнуть, задовольняючи потреба. Таким чином, синтез ТС – це цілеспрямований процес. Будь-який сьогоднішній стан може мати у майбутньому безліч наслідків, абсолютна більшість яких лежать у руслі ентропійних процесів. Людина вибирає мету і цим різко підвищує ймовірність потрібних йому подій. Цілеспрямованість - еволюційно набута (або задана?...) навичка боротьби з ентропійними процесами.

3.2.2. Потреба – функція

Поява мети – це результат усвідомлення потреби. Людина відрізняється від інших живих істот тим, що їй властиві підвищені домагання - набагато вищі за можливості природних органів. Потреба (постановка завдання) - те, що потрібно мати (зробити), а функція - реалізація потреби у ТС.

Потреба може бути задоволена декількома функціями; наприклад, потреба в обміні продуктами праці - натуральний обмін, За еквівалентами, грошова система. Так само і обрана функція може бути втілена у кількох реальних об'єктах; наприклад, гроші – мідь, золото, папір, зуби акули тощо. І, нарешті, будь-який реальний об'єкт може бути отриманий (синтезований) декількома шляхами або його робота може ґрунтуватися на різних фізичних принципах; наприклад, папір для грошей можна отримати у різний спосібмалюнок нанести фарбою, у вигляді голограми і т.д. Таким чином, технічні системи, в принципі, мають множинні шляхирозвитку. Людина все ж таки якимось чином вибирає одну дорогу втілення потреби. Критерій тут єдиний - мінімум МГЕ (маси, габаритів, енергоємності); інакше не можна – людство завжди було обмежене у готівкових ресурсах. Хоча, дорога ця найчастіше звивиста, має безліч тупикових відгалужень і навіть петель.

3.2.3. Носій функції

Виникнення потреб, усвідомлення мети та формулювання функції - це процеси, що відбуваються всередині людини. Але реальна функція - це вплив на предмет праці (виріб) або служіння людині. Тобто, не вистачає проміжної ланки – робочого органу. Це і є носій функції у чистому вигляді. РО – єдина функціонально корисна людині частина технічної системи. Усі інші частини допоміжні. ТЗ і виникали на перших етапах як робочі органи (натомість органів тіла та на додаток їм). І лише потім, для збільшення корисної функції. до робочого органу "пристроювалися" інші частини, підсистеми, допоміжні системи. Цей процес можна зобразити так:

Уявімо (поки умоглядно), що можливий і Зворотній хід- як продовження цього.

Перша половинка процесу – розгортання техніки, друга – згортання. Тобто людині, загалом, потрібна функція, а не її носій.

Для полегшення переходу від функції до її носія – робочого органу майбутньої ТЗ – необхідна точність в описі функції. Чим конкретніше описана функція, що більше додаткових умов, Тим більше діапазон коштів на її реалізації, тим конкретніше ТЗ та її структура. Потужним обмежувачем варіантності є виявлені закономірності розвитку робочих органів у складі ТЗ.

3.2.4. Визначення функції

Функціонування це зміна властивостей, характеристик та якостей системи у просторі та часі. Функція - це здатність ТЗ проявляти свою властивість (якість, корисність) за певних умов і перетворювати предмет праці (виріб) у необхідну форму чи величину . Для визначення функції необхідно відповісти на запитання: що робить це ТЗ? (для існуючих МС), або: що має робити МС? (Для синтезованих ТЗ).

3.2.5. Ієрархія функцій

Кожна ТЗ може виконувати кілька функцій, у тому числі лише одне робоча, заради якої вона існує, інші - допоміжні, супутні, полегшують виконання головної. Визначення головної корисної функції (ДПФ)іноді викликає утруднення. Це пояснюється множинністю вимог, що висуваються до даної системи з боку вище і нижче систем, що лежать, а також сусідніх, зовнішніх та інших систем. Звідси нескінченність визначень ДПФ (принципова неохопність всіх властивостей і зв'язків).

Приклад: ієрархія функцій цегли.

• ДПФ-1 окремої цегли: тримати свою форму, не розвалюватись, мати певну вагу, структуру, твердість. Вимога з боку сусідніх систем (інших цеглин та розчину в майбутній стіні): мати прямокутні грані, схоплюватися з розчином.
• ДПФ-2 стіни: нести себе, бути вертикальною, не деформуватися за зміни температури, вологості, навантаження, захищати щось, нести навантаження від чогось. Цегла має відповідати частині вимог ДПФ 2.
• ДПФ-3 будинки: повинен створювати певні умови для внутрішнього середовища, захист від атмосферних впливів, мати певний зовнішній вигляд. Цегла повинна виконувати частину цих вимог.
• ДПФ-4 міста: певний архітектурний вигляд, кліматичні та національні особливостіі т.д.

Крім того, вимога і до самої цегли постійно збільшується: вона не повинна вбирати ґрунтову вологу, повинна мати хороші теплоізоляційні властивості, звукопоглинаючі властивості, бути радіопрозорою тощо.

Так ось, ДПФ даної системи - виконання вимог першої вищестоящої системи. Всі інші вимоги, в міру віддалення ієрархічного рівня, від якого вони виходять, все менше впливають на цю систему. Ці над і підсистемні вимоги можуть бути виконані іншими речовинами і системами, не обов'язково даною системою. Наприклад, властивість міцності цеглини може бути досягнуто різними добавками у вихідну масу, а властивість естетичності приклеюванням декоративної плитки на готову стінку; для ДПФ цегли (виконувати "вимоги" стіни) це байдуже.

Тобто, ДПФ елемента визначається системою, до якої він включається. Та ж цегла може бути включена до багатьох інших систем, де її ДПФ буде абсолютно несхожою (а то й протилежною) наведеною вище.

приклад. Визначити ДПФ калориферу.

• Навіщо калорифер? - Нагрівати повітря в будинку.
• Навіщо треба нагрівати повітря? - щоб його температура не впала нижче за допустиму величину.
• Чому небажане падіння температури? - Щоб забезпечити комфортні умови для людини.
• Навіщо потрібні комфортні умови людині? - щоб зменшити ризик захворіти, тощо.

Це шлях вгору по ієрархії цілей – у надсистему. Ця функція (мета), що називається на кожному поверсі, може бути виконана й іншим ТЗ. Калорифер входить у систему: "будинок-повітря-людина-калорифер" і виконує її "вимоги".

Можна спуститися вниз ієрархією:

• що нагріває повітря - теплове поле;
• що робить теплове поле? - Нагрівальна спіраль;
• що діє на спіраль для одержання тепла? - електричний струм;
• що підводить електричний струм до спіралі - дроти, і т.д.

Отже, "вимога" СР для калориферу - нагрівати повітря. А що робить калорифер (його робочий орган – спіраль)? - Виробляє тепло, теплове поле. Ось це і є ДПФ калорифера – виробництво тепла, як "відповідь" на "вимогу" надсистеми. Тут теплове поле - виріб, що "випускається" технічною системою "калорифер". ДПФ надсистеми – забезпечення комфортних умов для людини.

3.3. Структура

3.3.1. Визначення структури

Сукупність (цілісність) елементів та властивостей є невід'ємною ознакою системи. З'єднання елементів у єдине ціле необхідне отримання (освіти, синтезу) корисної функції, тобто. задля досягнення поставленої мети.

Якщо визначення функції (мети) системи певною мірою залежить від людини, то структура - найбільш об'єктивна ознака системи, вона залежить тільки від виду та матеріального складу елементів, що використовуються в ТЗ, а також від загальних законів світу, що диктують певні способи з'єднання, види зв'язки та режими функціонування елементів у структурі. У цьому плані структура це спосіб взаємного з'єднання елементів у системі. Упорядкування структури - це програмування системи, завдання поведінки МС із єдиною метою отримання результаті корисної функції. Необхідна функція та обраний фізичний принцип її здійснення однозначно задають структуру.

Структура - це сукупність елементів та зв'язків між ними, що визначаються фізичним принципом здійснення необхідної корисної функції.

Структура залишається незмінною у процесі функціонування, тобто за зміни стану, поведінки, здійснення операцій та інших дій.

Головне у структурі: елементи, зв'язки, незмінність у часі

3.3.2. Елемент структури

Елемент, система - відносні поняттяБудь-яка система може стати елементом системи вищого рангу, також і будь-який елемент можна представити як систему елементів нижчого рангу. Наприклад, болт (гвинт + гайка) – елемент двигуна, який у свою чергу є структурною одиницею(елементом) у системі автомобіля тощо. Гвинт складається із зон (геометричних тіл), таких як головка, циліндр, різьблення, фаска; матеріал болта – сталь (система), що складається з елементів заліза, вуглецю, легуючих добавок, які у свою чергу складаються з молекулярних утворень (зерен, кристалів), ще нижче – атоми, елементарні частинки.

Елемент - відносно ціла частина системи, що володіє деякими властивостями, що не зникають при відокремленні від системи . Однак у системі властивості елемента не рівні властивостям окремо взятого елемента.

Сума властивостей елемента в системі може бути більшою або меншою від суми його властивостей поза системою. Інакше кажучи, частина властивостей елемента, що включається до системи, гаситься або до елемента додаються нові властивості. У переважній більшості випадків частина властивостей елемента нейтралізується у системі, хіба що зникає; в залежності від величини цієї частини говорять про ступінь втрати індивідуальності елемента, включеного в систему.
Система має частину властивостей елементів її складових, але жоден елемент колишньої системине має властивості всієї системи (системним ефектом, якістю). Коли пісок перестає бути піском? - на найближчому верхньому чи нижньому "поверху": пісок - пил - молекули - атоми -...; пісок - камінь - скеля ...; тут "піщані" властивості частково зберігаються при русі вгору і відразу зникають при русі вниз по "поверхах".

Елемент – мінімальна одиниця системи, здатна до виконання деякої елементарної функції. Усі технічні системи починалися з одного елемента, призначеного до виконання однієї елементарної функції. Зі збільшенням ДПФ починається збільшення (посилення) якихось властивостей елемента. Потім йде диференціація елемента, тобто розподіл елемента на зони з різними властивостями. З моноструктури елемента (камінь, палиця) починають виділятися інші елементи. Наприклад, при перетворенні кам'яного різця на ніж виділилися робоча зона та зона ручки, а потім посилення специфічних властивостей кожної зони зажадало застосування різних матеріалів (складові інструменти). З робочого органу виділилася та розвинулася трансмісія. Потім до РВ та Тр додаються Двигун, Орган управління, Джерело енергії. Система розростається за рахунок ускладнення своїх елементів, додаються допоміжні підсистеми... Система стає високоспеціалізованою. Але настає момент розвитку, коли система починає приймати він функції сусідніх систем, не збільшуючи кількість своїх елементів. Система стає все більш універсальною при незмінному, а потім і кількості елементів, що скорочується.

3.3.3. Типи структур

Виділимо кілька найбільш характерних для техніки структур:

1. Корпускулярна.
   Складається з однакових елементів, що пов'язані між собою; зникнення частини елементів майже відбивається на функції системи. Приклади: ескадра кораблів, піщаний фільтр.
2. "Цегляна".
   Складається з однакових жорстко пов'язаних елементів. Приклади: арка, стіна, міст.
3. Ланцюгова.
   Складається з однотипних шарнірнозв'язаних елементів. Приклади: гусениця, поїзд.
4. Мережева.
   Складається з різнотипних елементів, пов'язаних між собою безпосередньо, або транзитом через інші або через центральний (вузловий) елемент (зоряна структура). Приклад: телефонна мережа, телебачення, бібліотека, система теплопостачання.
5. Багатозв'язкова.
   Включає безліч перехресних зв'язків у мережній моделі.
6. Ієрархічна.

Складається з різнорідних елементів, кожен з яких є складовим елементом системи вищого рангу і має зв'язки по "горизонталі" (з елементами одного рівня) та "вертикалі" (з елементами різних рівнів). Приклади: верстат, автомобіль, гвинтівка.

За типом розвитку у часі структури бувають:

1. Розгортаються. з часом зі збільшенням ГПФ зростає кількість елементів.
2. Згортання. з часом при зростанні чи незмінному значенні ДПФ кількість елементів зменшується.
3. Редукуючі. в якийсь час починається зменшення кількості елементів при одночасному зменшенні ГПФ.
4. Деградуючі. зменшення ДПФ при зменшенні зв'язків, потужності, ефективності.

3.3.4. Принципи побудови структури

Головний орієнтир у процесі синтезу системи – отримання майбутньої системної властивості (ефекту, якості). Важливе місце у процесі займає етап підбору (побудови) структури.

" Формула " системи: Для однієї й тієї системи можна підібрати кілька різних структур залежно від обраного фізичного принципу втілення ГПФ. Вибір фізичного принципу має ґрунтуватися на мінімізації М, Р, Е (маси, габаритів, енергоємності) за збереження ефективності.

Формування структури – основа синтезу системи.

Деякі принципи формування структури:

• принцип функціональності,
• принцип причинності,
• принцип повноти елементів,
• принцип додатковості.

Принцип функціональностівідбиває примат функції над структурою. Структура визначається попереднім вибором: Вибір принципу дії однозначно визначає структуру, тому їх треба розглядати разом. Принцип дії (структура) – це відображення мети-функції. За вибраним принципом дії слід скласти функціональну схему (можливо у вепольній формі).

Функціональна схема будується за принципу причинності, оскільки будь-яка ТЗ підпорядковується цьому принципу. Функціонування ТС це ланцюжок дій-подій.

Кожна подія в ТЗ має одну (або кілька) причин і сама причина наступних подій. Все починається з причини, тому важливий момент- Забезпечення "запуску" (включення) причини. Для цього потрібна наявність наступних умов:

• забезпечити зовнішні умови, що не перешкоджають прояву дії,
• забезпечити внутрішні умови, за яких здійснюється подія (дія),
• забезпечити ззовні привід, поштовх, "іскру" для "запуску" дії.

Головне значення у виборі принципу дії - найкраще здійснення принципу причинності.

Надійний спосіб вибудовування ланцюжка дій – від кінцевої події до початкової; кінцева подія - це дія, отримана робочому органі, тобто здійснення функції ТС.

Головна вимога до структури - мінімальні втрати енергії та однозначність дії (виключення помилки), тобто хороша енергетична провідність та надійність причинно-наслідкового ланцюжка.

При вирішенні винахідницьких завдань, після формулювання ФП (фізичного протиріччя) виникають труднощі під час переходу до фізичного принципу. Можливо, тут допоможе принцип причинності. ФП - це замовлення, кінцева дія, від нього потрібно вибудувати ланцюжок причин-наслідків до фізефекту.

Принцип повноти частин (закон повноти частин системи)може бути взятий за основу при першій побудові функціональної схеми. Можлива наступна послідовність кроків:

1. Формулюється ДПФ.
2. Визначається фізичний принцип дії робочого органу на виріб.
3. Відбирається або синтезується РВ.
4. До робочого органу "пристроюються" трансмісія, двигун, джерело енергії, орган управління.
5. Будується в першому наближенні функціональна схема: Виявляються недоліки та можливі збої у схемі. Розробляються докладніші схеми, з урахуванням ієрархії підсистем. Підсистеми недостатньо добре виконують функції добудовуються новими елементами.

Наприклад:

Це звичайний шлях розгортання ТЗ, збільшення ДПФ за рахунок додавання нових корисних підсистем.

Деяке збільшення ДПФ можливе за рахунок зменшення шкідливих зв'язків та ефектів у підсистемах (без їх ускладнення).

Найбільш радикальний шлях – ідеалізація МС.

Принцип додатковостіполягає в особливому способі з'єднання елементів при включенні в систему. Елементи повинні бути не тільки узгоджені за формою та властивостями (для того, щоб мати принципову можливість взаємної сполуки), а й доповнювати один одного, взаємно посилюватись, складати корисні властивості та взаємно нейтралізувати шкідливі. Це основний механізм виникнення системного ефекту (якості).

3.3.5. Форма

Форма – це зовнішній прояв структури ТЗ, а структура – ​​внутрішній зміст форми. Ці два поняття тісно взаємопов'язані. У технічній системі може переважати одне з них і диктувати умови втілення іншої (наприклад, форма крила літака зумовлює його структуру). Логіка побудови структури переважно визначається внутрішніми принципами та функціями системи. Форма здебільшого залежить від вимог надсистеми.

Основні вимоги до форми:

• функціональні (форма різьблення тощо),
• ергономічні (рукоятка інструменту, сидіння водія тощо),
• технологічні (простота та зручність виготовлення, обробки, транспортування),
• експлуатаційні (термін служби, міцність, стійкість, зручність ремонту),

естетичні (дизайн, краса, "приємність", "теплота"...).

3.3.6. Ієрархічна структура систем

Ієрархічний принцип організаціїструктури можливі лише в багаторівневих системах (це великий клас сучасних технічних систем) і полягає в упорядкуванні взаємодій між рівнями в порядку від вищого до нижнього. Кожен рівень виступає як керуючий по відношенню до всіх нижчих і як керований, підлеглий, по відношенню до вищележачого. Кожен рівень спеціалізується на виконанні певної функції (ДПФ рівня). Абсолютно жорстких ієрархій не буває, частина систем нижніх рівнів має меншу або більшу автономію по відношенню до вищих рівнів. У межах рівня відношення елементів рівні між собою, взаємно доповнюють один одного, їм притаманні риси самоорганізації (закладаються для формування структури).

Виникнення та розвиток ієрархічних структур невипадково, оскільки це єдиний шлях підвищення ефективності, надійності та стійкостіу системах середньої та високої складності.

У найпростіших системах ієрархія непотрібен, оскільки взаємодія здійснюється з безпосередніх зв'язків між елементами. У складних системах безпосередні взаємодії між усіма елементами неможливі (потрібно дуже багато зв'язків), тому безпосередні контакти зберігаються лише між елементами одного рівня, а зв'язки між рівнями різко скорочуються.

Типовий вид ієрархічної системи: У табл. 1 наведено назви ієрархічних рівнів у техніці (Альтшуллер Г.С. у кн.: Зухвалі формули творчості. Петрозаводськ, "Карелія", 1987, с. 17-18).

Таблиця 1

Рівень (ранг ТЗ)	Назва системи	приклад	Аналог у природі
	Техносфера	Техніка + люди + ресурси + система споживання	Біосфера
		Вся техніка (всі галузі)
	Галузь техніки	Транспорт (всі види)
	Об'єднання	Аерофлот, автотранспорт, залізничний транспорт
	Підприємство	Завод, метро, ​​аеропорт	Організм
		Локомотив, вагони, рейковий шлях	Органи тіла: серце, легені тощо.
		Локомотив, автомобіль, літак
	Неоднорідний механізм (сукупність вузлів, що дозволяє здійснювати переведення енергії та речовини з одного виду до іншого)	Електростатичний генератор, двигун внутрішнього згоряння	Молекули ДНК, РНК, АФТ
	Однорідний механізм (сукупність вузлів, що дозволяє енергію та речовини не змінюючи їх виду)	Гвинтовий домкрат, візок, вітрильне обладнання, годинник, трансформатор, бінокль	Молекула гемоглобіну здатна транспортувати кисень
		Ось і два колеса (з'являється нова властивість – здатність кочення)	Складні молекули, полімери
	Пара деталей	Гвинт та гайка, вісь та колесо	Молекула, утворена різними радикалами, наприклад: З 2 Н 5 -З = О | О-Н
	Неоднорідна деталь (при розподілі утворює неоднакові частини)	Гвинт, цвях	Несиметричний вуглецевий ланцюг: С-С-С-С-С-С-| З
	Однорідна деталь (при поділі утворює однакові частини)	Дріт, вісь, балка	Вуглецевий ланцюг: С-С-С-С-С-С-
	Неоднорідна речовина		Суміші, розчини ( морська вода, повітря)
	Однорідна речовина	Хімічно чисте залізо	Проста речовина (кисень, азот)

Основні властивості ієрархічних систем

1. Подвійність якостей елементів у системі- елемент одночасно має індивідуальні та системні якості.
   Входячи в систему, елемент втрачає свою вихідну якість. Системне якість хіба що забиває прояв своїх властивостей елементів. Але це не відбувається ніколи. Хімічні сполуки мають системні фізико-хімічні властивості, але також і зберігають властивості елементів, що входять до них. На цьому ґрунтуються всі методи аналізу складу сполук (спектральний, ЯМ, рентгенівський тощо). Чим складніша ієрархічна структура (організація) системи, тим вищі її індивідуальні якості, тим чіткіше вони виступають у надсистемі, тим менше вона пов'язана з іншими елементами (системами) надсистеми. На нижчих рівнях відбувається спрощення елементів (систем не потрібні "складні" речі, потрібна проста корисна функція). Внаслідок цього речі втрачають свою самобутність, конкретну індивідуальність, стають байдужими до своєї речової індивідуальної форми.
   Втрата індивідуальності - це ціна, "заплачена" елементами за набуту ними здатність висловлювати окремі сторони системних зв'язків у ієрархії. (Як у суспільстві: людина на виробництві не суб'єкт, не неповторна індивідуальність, не творець своїх обставин, він функція, об'єкт, річ).
   Ця властивість ієрархічних систем є причиною поширеного виду психінерції винахідника: він бачить одну (головну, системну) властивість елемента і не бачить безлічі його колишніх індивідуальних властивостей.
2. Диктат верхніх рівнів над нижніми- Основний порядок ієрархії (аналог у суспільстві: єдиноначальність, авторитарне керівництво).
   Найнижчий рівень ієрархії – робочий орган або його робоча частина, зона, поверхня (у кожній підсистемі свій робочий орган). Тому всі управляючі впливу (сигнали) та енергія обов'язково доходять до робочого органу, змушуючи його функціонувати строго певним чином. У цьому сенсі РВ найпідлегліший елемент системи. Нагадаємо, що його роль при синтезі ТЗ прямо протилежна: він диктує структуру для виконання ДПФ.
   Часто диктат верхніх рівнів простягається ще нижче за робочий орган; що знаходиться нижче РВ? - Виріб. Технічні системи ("для своєї зручності") диктують які мають бути вироби. Це "прагнення" техніки змінити навколишнє середовище"під себе" помилково, воно властиве лише сучасній, багато в чому незграбної та грубої техніки. Особливо чітко видно невідповідність (неузгодженість) технічних систем ("правильних", "стандартних") із природними об'єктами ("неправильними"), з ремісничо-мистецькими виробами людини.
   приклади.
   Головна корисна функція залізничного транспорту – обсяг перевезень. Тому в багатьох країнах ведуться дослідження з виведення квадратних помідорів (Болгарія), кавунів (Японія), картоплі, моркви, буряків, огірків та ананасів ("Знання - сила", 1983 № 12, с. 32). Кубічні овочі та фрукти легше упаковувати і перевозити.
   У США випускається яєчна "ковбаса". Яйця розбиваються, центрифугуванням відокремлюють білок від жовтка, формують при заморожуванні "ковбасу" (у центрі жовток), якщо потрібна яєчня - відрізай скибочку. З погляду підвищення ДПФ (транспортування яєць) завдання вирішено.
   А.с. 1132905: (БІ, 1985, № 1). Спосіб підготовки картоплі, овочів та плодів до теплової обробки: картопля ріжуть, зсувають та зрізають шкірку знизу; потім повертають на 180 град., Вирівнюють і зрізають знизу, і т.д. доти, доки не очистять всю картоплину.
   З французького гумору ("Винахідник і раціоналізатор", 1984, № 8, 3 с. обкладинки): "Хочу запропонувати вашій фірмі свій останній винахід. Це автомат для гоління. Клієнт опускає кілька монет, просовує голову в отвір і дві бритви автоматично починають голити". його.
   - Але ж у кожної людини індивідуальна будова обличчя... - Вперше так!
3. Нечутливість верхніх поверхів до змін на нижніх та навпаки, чутливість нижніх до змін на верхніх.
   Зміни на рівнях речовин та підсистем нижчого рангу не відбиваються на системній властивості (якості) ТС-НС вищих рангів.
   приклад.
   Принцип телебачення було втілено вже у перших механічних системах. Нова системна властивість (передача зображення на відстань) принципово не змінилася під час переходу на лампові, транзисторні, мікромодульні елементи. Збільшувалася ДПФ, але системна якість принципово не змінювалося. Головне для надсистеми - виконання підсистемами своїх функцій, але в яких матеріалах і фізичних принципах - байдуже. Це становище має важливий наслідок для винахідництва. Припустимо, постало завдання забезпечення ефективного тепловідведення від працюючого трансформатора в ламповому телевізорі (споживана потужність 400 Вт). Винахідник може довго і різними шляхами шукати спосіб тепловідведення, вигадувати нові підсистеми, збільшувати настановну потужність трансформатора зниження температури нагріву і т.д. Однак, якщо піднятися на поверх вище (блок живлення), то завдання може бути вирішене іншим способом (наприклад, імпульсний режим живлення), а при зміні на верхньому поверсі (наприклад, заміна лампової схеми на транзисторну) може взагалі виключити це завдання - їй просто відпаде необхідність (потужність знизиться, припустимо, до 100 Вт).
4. Відфільтрування (виділення) корисних функцій на рівнях ієрархії.Правильно організована ієрархічна структура виділяє кожному поверсі корисну функцію, ці функції складаються (взаимоусиливаются) наступному поверсі; при цьому шкідливі функціїна кожному поверсі пригнічуються або принаймні до них не додаються нові.

Основний внесок у ДПФ утворюється на нижніх поверхах, починаючи з робочого органу. На наступних рівнях відбувається більш менш істотне доповнення (посилення) корисної функції. Зі збільшенням кількості поверхів зростання ДПФ уповільнюється, тому системи з великою кількістю ієрархічних рівнів неефективні (витрати на МГЕ починають перевищувати виграш у ДПФ). Найвищий рівень ієрархії виконує зазвичай лише узгоджувальні функції, таких рівнів має бути більше одного.

Чим вищий рівень ієрархії, тим м'якша структура, менш жорсткі зв'язки між елементами, легше переставляти їх та замінювати. На нижніх рівнях більш жорстка ієрархія та зв'язки; структуру суворо визначено вимогою виконання ДПФ. Не можна, наприклад, поставити в тепловій трубі ґнот зовні корпусу, параметри роботи ґнота і його структура жорстко задані; на верхніх поверхах, де функція - перерозподіл теплоти, рециркуляція, регулювання тощо, можливі найрадикальніші перестановки.

3.4. Організація

3.4.1. Загальне поняття

Завдання ТРТС - розкриття закономірності синтезу, функціонування та розвитку технічних систем. Організація – найважливіший елемент у всіх трьох періодах існування системи. Організація виникає одночасно із структурою. В сутності, організація це алгоритм спільного функціонування елементів системи у просторі та часі.

Французький біолог 18 ст. Бонне писав: " Усі частини, що становлять тіло, настільки безпосередньо різноманітно і різноманітно пов'язані друг з одним у сфері своїх функцій, що вони невіддільні друг від друга, що кревність їх гранично тісно і що вони мали виникнути одночасно. Артерії припускають наявність вен; функції як тих, так і інших припускають наявність нервів; ці передбачають у свою чергу наявність мозку, а останній - наявність серця; кожна окрема умова - ціла низка умов" (Гнеденко Б.В. та ін. За порадою в природу. М.: , 1977, с.45).

Організація виникає, коли між елементами виникають об'єктивно закономірні, узгоджені, стійкі у часі зв'язку (відносини); у своїй одні властивості (якості) елемента висуваються першому плані (працюють, реалізуються, посилюються), інші обмежуються, гасяться, маскуються. Корисні властивостітрансформуються в процесі роботи у функції - дії, поведінка .

Головна умова виникнення організації - зв'язки між елементами та/або їх властивостями повинні перевищувати потужність (силу) зв'язку з несистемними елементами.

З виникненням організації знижується ентропія в системі, що виникла, порівняно із зовнішнім середовищем. Зовнішнє середовище для ТЗ - це найчастіше інші технічні системи. Так що ентропія - це непотрібна для цієї ГПФ (потреби) організація ( " чужа " організація).

Ступінь організованості відбиває ступінь передбачуваності поведінки системи під час здійснення ДПФ. Абсолютна передбачуваність неможлива, або можлива лише для непрацюючих (мертвих) систем. Повна непередбачуваність – коли системи немає, дезорганізація. Складність організації характеризується числом та різноманітністю елементів, числом та різноманітністю зв'язків, числом рівнів ієрархії.

Складність організації зростає при розгортанні ТЗ і зменшується при згортанні організація, як би "заганяється" всередину речовини. При розгортанні на корисно-функціональних підсистемах відпрацьовуються принципи організації (умови взаємодії, зв'язку та функції), потім організація переходить на мікрорівень (функція підсистеми виконується речовиною).

3.4.2. Зв'язки

Зв'язок – це відношення між елементами системи.

Зв'язок - реальний фізичний (речовий або польовий) канал для передачі Е (енергії), В (речовини), І (інформації); причому нематеріальної інформації не буває, це завжди Е або В.

Головна умова роботи зв'язку - "різниця потенціалів" між елементами, тобто градієнт поля чи речовини (відхилення від термодинамічного рівноваги - принцип Онзагера). При градієнті виникає рушійна сила, що викликає потік Е або В:

• градієнт температури - потік теплоти (теплопровідність),
• градієнт концентрації - потік речовини (дифузія),
• градієнт швидкості - потік імпульсу,
• градієнт електричного поля- електричний струм,

а також градієнти тиску, магнітного поля, густини і т.д.

Часто у винахідницьких завданнях потрібно організувати потік при градієнті "не свого" поля. Наприклад, потік речовини (нітінолових порожнистих кульок) при градієнті температури - задачі про вирівнювання температури по глибині басейну. Основні характеристики зв'язку: фізичне наповнення та потужність. Фізичне наповнення - це вид речовини чи поля, що у зв'язку. Потужність - інтенсивність потоку або Е. Потужність зв'язку має бути більше потужності позасистемних зв'язків, вище порогової - рівня шуму довкілля.

Зв'язки в системі можуть бути:

• функціонально необхідні - для виконання ДПФ,
• допоміжні - збільшують надійність,
• шкідливі, зайві, надлишкові.

За типом з'єднання зв'язку бувають: лінійні, кільцеві, зіркові, транзитні, розгалужені та змішані.

Основні види зв'язків у технічних системах:

	1. Елементарні
	а) одностороння(напівпровідникова),
	б) рефлексивна(що виникає під дією зовнішньої причини),
	в) селективна(відсіває непотрібні потоки),
	г) запізнювальна(З затримкою за часом),
	д) позитивна(збільшує потужність при збільшенні "різниці потенціалів"),
	е) негативна(зменшує потужність при збільшенні "різниці потенціалів"),
	ж) нейтральна(байдужа до напрямку),
	з) нульова,
	і) проектована(бажана).
	2. Комбіновані.
	л) двостороння(Повністю проводить) ,
	м) контрзв'язок(пропорційно залежна від стану елементів, між якими здійснюється зв'язок; наприклад, полюси магніту або потенціали джерела струму),
	н) позитивна зворотназв'язок. (При збільшенні потужності одного зв'язку збільшується потужність іншого), механізм взаємної стимуляції функцій, що веде до наростання процесів;
	о) негативна зворотназв'язок. (при збільшенні потужності одного зв'язку зменшується потужність іншого), стабілізуючий механізм, веде до стійкої рівноваги або коливань навколо точки рівноваги,
	д) подвійна негативна зворотназв'язок, або зворотний зв'язок типу взаємного пригнічення (при зменшенні потужності одного зв'язку зменшується також потужність іншого), веде до нестійкої рівноваги, що закінчується посиленням однієї зі сторін та придушенням іншої.

З використанням комбінованих зв'язків у системи з'являються нові властивості. Розглянемо, наприклад, систему із двох елементів із негативним зворотним зв'язком:

При збільшенні потенціалу А потужність позитивного зв'язку 1 зростає, що призводить до збільшення потенціалу Б. негативний зв'язок 2 пригнічує потенціал А. Система швидко входить у стан стійкого рівноваги. При обриві 1 зв'язку потенціал А збільшується без придушення з боку Б. При обриві 2 зв'язку потенціал А збільшується і одночасно збільшується потенціал Б (позитивний зв'язок).

У системі із трьох елементів з'являється ще сильніша якість.

При збільшенні потенціалу А збільшується Б, але по зв'язку 4 пригнічується А; по зв'язку 2 збільшується, але по зв'язку 5 зменшується Б, а по зв'язку 6 зменшується і т.д. Тобто виведення будь-якого елемента зі стану рівноваги швидко взаємно пригнічується.

При обриві будь-якого зв'язку, взаємне придушення відбувається швидко по інших зв'язках. Те саме при обриві двох зв'язків.

У системі створюється стійке рівновагу, у якому стан елемента може лише трохи зрушено від рівноваги.

Тут наведено приклад з однаковим комбінованим зв'язком (негативним). Інші, ще незвичайніші, ефекти виникають у системах з різнорідними зв'язками, з великою кількістю елементів, з появою перехресних зв'язків (починаючи з діагональної у квадраті). Необхідна розробка щодо "накладення" цих типів зв'язків на вепаналіз.

Збільшення ступеня організації системи безпосередньо залежить від кількості зв'язків між елементами. Розвиненість зв'язків – це розкриття веполів (збільшення ступеня вепольності). Як збільшити кількість зв'язків у веполі? Двома шляхами:

1. включення елементів системи у зв'язку з надсистемами,
2. задіяння більше низьких рівніворганізації підсистеми чи речовини.

При збільшенні числа зв'язків на один елемент, збільшується кількість корисних властивостей елементів.

3.4.3. Управління

Одне з важливих властивостейорганізації - можливість управління, тобто зміни чи підтримки стану елементів у процесі функціонування системи. Управління йде по спеціальним зв'язкам і є послідовністю команд у часі. Управління з відхилення величини є найпоширенішим та достовірним способом.

3.4.4. Чинники руйнують організацію.

До таких факторів належать три групи шкідливих впливів:

• зовнішні (надсистема, природа, людина),
• внутрішні (форсування або випадкове взаємопосилення шкідливих властивостей),
• ентропійні (саморуйнування елементів через кінцівку терміну життя).

Зовнішні чинники руйнують зв'язки, якщо їхня потужність перевищує потужність внутрішньосистемних зв'язків.

Внутрішні фактори спочатку є в системі, але з часом через порушення у структурі їх кількість збільшується.

Приклади ентропійних факторів: знос частин (винесення із системи частини речовини), переродження зв'язків (втома пружин, іржа).

3.4.5. Значення експерименту у процесі покращення організації

Експеримент - це науково поставлений досвід з метою визначення "хворого" місця в транспортному засобі при спробі збільшення ДПФ. Сенс експерименту: активне втручання у функціонування ТЗ, створення спеціальних умов, обстановки (зміна факторів зовнішнього середовища) та спостереження за поведінкою (результатом) за допомогою спеціальних методівта коштів.

Найбільш продуктивний натурний експеримент, він підходить для переважної більшості ТЗ (крім великих та небезпечних АЕС тощо).

Модельний експеримент є прийнятним і достовірним лише для простих систем з добре прогнозованою поведінкою.

Тільки натурний експеримент може дати найважливіший побічний продукт несподівані результати, які часто приносять нові знання.

Наприклад, у випробувальному польоті одного з безпілотних супутників при відпрацюванні допоміжних двигунів для гальмування супутник несподівано перейшов на іншу орбіту і його так і не вдалося повернути на Землю. "Пам'ятається, фахівці були дуже засмучені. А С.П. Корольов побачив тоді незапланований переход корабля з однієї орбіти на іншу перший досвід маневрування в космосі.
– А спускатися на Землю, – сказав помічникам головний конструктор, – кораблі коли треба і куди треба, у нас будуть. Як милі будуть! Наступного разу посадимо обов'язково.
З того часу "як миленькі" повернулися на Землю багато космічних апаратів різного наукового і народногосподарського призначення "(Покровський Б. Зорі назустріч. Правда, 1980, 12 червня).

3.5. Системний ефект (якість)

3.5.1. Властивості у системі

Всі елементи в системі і сама система в цілому мають ряд властивостей:

1. Структурно-речові: властивості речовини, що визначаються його складом, видом компонентів, фізичними особливостями (вода, повітря, сталь, бетон)
2. Структурно-польові: наприклад, вага є невід'ємною властивістю будь-якого елемента, магнітні властивості, колір.
3. Функціональні: спеціалізовані властивості, які можуть бути отримані з різних речовинно-польових поєднань, аби вони мали необхідну функцію; наприклад, теплоізоляційні мати.
4. Системні: сукупні (інтегральні) властивості; на відміну властивостей 1-3 де вони рівні властивостям елементів, які входять у систему; ці властивості "раптом" виникають при освіті системи; така несподівана надбавка - головний виграш при синтезі нової ТЗ.

Правильніше розрізняти два види системних надбавок:

• системний ефект- непропорційно велике посилення (зменшення) властивостей, що є у елементів,
• системна якість- поява нової якості (надвластивості - вектора наявних властивостей), якого було жодного з елементів до включення в систему.

Цю особливість у розвитку об'єктивної реальності помітили ще давні мислителі. Наприклад, Аристотель стверджував, що ціле завжди більше суми частин, що входять до нього. Богданов А.А. сформулював цю тезу для систем: система виявляє певний приріст якостей, проти вихідними дає якесь надякість (1912г.).

Щоб точніше визначити системний ефект (якість) даної ТЗ, можна скористатися простим прийомом: треба розділити систему на складові елементи і подивитися, яка якість (який ефект) зникла. Наприклад, окремо жодна з літакових частин літати не може, як не може виконати свою функцію і "усічена" система літака без крила, оперення або управління. Це, до речі, переконливий спосіб доказу, що всі об'єкти у світі – системи: розділіть вугілля, цукор, голку, – на якому етапі поділу вони перестають бути самими собою, втрачають головні ознаки? Всі вони відрізняються один від одного лише тривалістю процесу розподілу - голка перестає бути голкою при розподілі на дві частини, вугілля та цукор - при розподілі до атома. Очевидно, так званий діалектичний закон переходу кількісних змін у якісні відображає лише змістовну сторону більш загального закону. закону освіти системного ефекту (якості).

Приклад виникнення системного ефекту.

Для доочищення стічних вод гідролізного заводу випробовувалися два способи - озонування та адсорбція; жоден із способів не давав потрібного результату. Комбінований спосіб дав разючий ефект. Було досягнуто необхідних показників при зниженні в 2-5 разів витрати озону та активного вугілля в порівнянні тільки з сорбцією або тільки з озонуванням (Е.І. ВНДІІС Держбуду СРСР, серія 8, 1987, вип. 8, с.11-15).

У фізиці ( фізичних ефектівта явищах) міститься безліч прикладів появи системних властивостей. Наприклад, електромагнітне поле має властивість поширення у просторі на необмежену відстань і властивість самозбереження - цими властивостями не мають електричне та магнітне поля окремо.

Власне, всі природничі науки займаються нічим іншим, як вивченням системних законів з'єднання елементів у ціле та законів існування та розвитку цього цілого. Накопичено величезні знання, що розкривають конкретні механізми появи надякостей (системних ефектів) у живій та неживій природі – у хімії, фізиці, біології, геології, астрономії тощо. Але досі немає узагальнень – загальносистемних законів.

3.5.2. Механізм утворення системних властивостей

Ось простий "механічний" приклад появи системної властивості: припустимо вам потрібно швидко перетнути площу, заповнену натовпом людей; ясно, що ви витратите безліч сил і часу на подолання "тертя про натовп". Тепер уявіть, що натовп по команді утворив якусь упорядковану структуру (наприклад, вишикувався рядами), тоді опір біжить між рядів практично зникне.

А.Богданов міркує так: "Найбільш типовий приклад - інтерференція хвиль: якщо хвилі збігаються, то дві вібрації дають четверну силу, якщо не збігаються, то світло + світло дає теплоту. Середній випадок: підйом однієї хвилі збігається наполовину з підйомом і наполовину з зниженням - у результаті просте додавання, сума доданків: сила світла подвійна. Від способу поєднання (зв'язку, з'єднання) залежить збільшення-зменшення суми властивостей системи "(Загальна організаційна наука. (Тектологія), т.2. Механізм розбіжності і дезорганізації. Товариство " Книговидавництво письменників у Москві", М., типогр. Я.Г.Сазонова, 1917, с.11).

Ще один приклад: швидкість звуку в рідині, наприклад, у воді, становить близько 1500 м/сек, у газі (повітря) 340 м/сек; а газо-водяної суміші (5 % об'ємних бульбашок газу) швидкість падає до 30-100 м/сек.

Будь-який елемент має багато властивостей. Одні з цих властивостей при формуванні зв'язків пригнічуються, інші, навпаки, набувають чіткого виразу; або: одні властивості складаються, інші нейтралізуються. Можливі три випадки виникнення системного ефекту (якості):

• позитивні властивості складаються, взаємопідсилюються, негативні залишаються незмінними (ланцюг, пружина);
• позитивні властивості складаються, а негативні взаємно знищуються (два солдати, притиснувшись спинами, утворюють кругову оборону, шкідливі спинні властивості зникли);

до суми позитивних властивостей додаються звернені негативні властивості (шкода, звернена на користь).

Технічним об'єктом називають створені людиною реально існуючі пристрій, спосіб, матеріал, призначені задоволення певних потреб.

Всі технічні об'єкти складаються з елементів, що є неподільними частинами цілого. Якщо функціонування одного елемента технічного об'єкта впливає функціонування іншого елемента, такі технічні об'єкти (на відміну агрегатів) прийнято називати технічними системами (ТС).

Технічна система – це сукупність взаємозалежних елементів технічного об'єкта, об'єднаних до виконання певної функції, що має при цьому властивостями, які не зводяться до суми властивостей окремих елементів.

Типи технічних систем.

Елементи, що утворюють технічну систему, є лише відносно неподільними частинами цілого. Наприклад, деревообробний верстат включає багато складних частин: станину, механізми головного руху, подачі, базування, регулювання, налаштування, керування та приводи. У той самий час у системі ”деревообрабатывающий цех” з великою кількістю різноманітних верстатів окремий верстат можна вважати елементом, т. е. неподільним цілим. У зв'язку з цим стосовно системи "верстат" "деревообробний цех" називають надсистемою, а вище перераховані частини верстата - підсистеми.Для будь-якої системи можна виділити підсистему та надсистему. Для системи "механізм головного руху верстата" частини корпус підшипників, вал, ріжучий інструмент будуть підсистемами, а верстат - надсистемою. Деякі системи виконують стосовно цієї системи протилежні функції. Їх називають антисистемами. Наприклад, надводний корабель і підводний човен, двигун і гальмо - це об'єкти, що функціонують навпаки.

Ідеал технічних систем.

Технічні системи розвиваються згідно із законом прогресивної еволюції. Це означає, що в системі кожного покоління покращуються критерії розвитку до наближення їх до глобального екстремуму. Кожна технічна система прагне свого ідеалу, коли її параметри ваги, обсягу, площі тощо. наближаються до екстремальних. Ідеальна технічна система та, якої немає, а функції її виконуються у обсязі власними силами. Закономірність ідеальності цінна тим, що вона підказує, у напрямі має розвиватися ефективна технічна система. Прийнято вважати систему ідеальною, якщо вона має одну або кілька таких властивостей:

1. Розміри системи наближаються або збігаються з розмірами об'єкта, що обробляється або транспортується, а маса системи набагато менше маси об'єкта. Наприклад, у давнину сипучі матеріали зберігали та транспортували у глиняних судинах, зараз у мішках.

2. Маса та розміри технічної системи або її головних функціональних елементів повинні наближатися до нуля, а в граничному випадку дорівнюють нулю, коли пристрою немає, а необхідна функціявиконується. Наприклад, розподіл деревини на частини виконується пилкою. Але з'явилися лазерні установки для цих цілей. Ріжучого інструменту немає, але функції його виконуються.

3. Час обробки об'єкта прагне або дорівнює нулю (результат виходить відразу чи миттєво). Основний шлях реалізації цієї властивості – інтенсифікація процесів, скорочення числа операцій, поєднання їх у просторі та в часі.

4. ККД ідеальної системи прагне одиниці, а витрата енергії – до нуля.

5. Усі частини ідеальної системи виконують без простоїв корисну роботу повною мірою своїх розрахункових можливостей.

6. Система функціонує нескінченно довгий часбез простоїв та ремонту.

7. Система працює без участі людини.

8. Ідеальна система не надає шкідливого впливуна людину та довкілля