Типы задач, решаемых в научно – технической деятельности

ЛЕКЦИЯ 1

Введение

Технические системы и управление ими

Основные понятия

Система

Система – совокупность, образованная из конечного множества элементов и упорядоченная по определенным правилам, что обеспечивает достижение поставленной цели.

Между элементами системы существуют определенные отношения. Элемент и система являются относительными понятиями. Элемент может одновременно являться системой меньших элементов, а система, в свою очередь, может быть элементом некоторой большей системы.

Система может быть разделена на подсистемы различной сложности. Таким образом, система может изучаться с различных точек зрения, зависящих не только от специфики системы, но и от возможностей используемых при этом средств. Так, например, при конструировании технических систем не рассматриваются молекулы и тем более атомы; самим нижним уровнем рассмотрения в этом случае являются детали машин, каждая из которых в свою очередь может рассматриваться как система геометрических тел более простой формы.

Назначение системы

Всякая искусственная система имеет определенное назначение, которое может быть описано набором целей. Цель – это определенный результат, к которому следует стремиться. Набор целей – упорядоченное множество целей, находящихся в определенном отношении друг к другу.

Функционирование системы

Целью создания технических систем является вполне определенное "правильное" их поведение. Целенаправленное поведение системы называют функцией. "Правильное" поведение систем называют функционированием.

Структура системы

Понятие структуры характеризует внутреннюю организацию, порядок и построение системы. Таким образом, структура – это совокупность элементов и отношений между ними. Наряду с понятием структуры может быть использовано и эквивалентное – "морфология".

Параметры системы

Параметры - это величины, количественно характеризующие определенные свойства системы. Они имеют конкретное значение, определяемое посредством процедуры измерения.

Связь между структурой, параметрами и функцией системы

Эта связь является важнейшей и наиболее характерной для системы. Функционирование системы определяется структурой и параметрами ее. Одна и та же функция может быть реализована разными структурами при различных значениях параметров. Это приводит к неоднозначности процесса проектирования систем.

Окружение системы

Окружение теоретически включает все, что не входит в данную систему. Практический интерес представляет лишь малая часть этого окружения – реальное окружение, т.е. системы непосредственно взаимодействующие с рассматриваемой.

Вход и выход системы

Вход есть внешнее отношение "окружающая среда – система", а выход – внешнее отношение "система – окружающая среда".

Входная и выходная величины являются единственными связями системы с окружающей средой. Они включают все виды связи: материальные, энергетические, информационные.

Рисунок 1.1. иллюстрирует большую часть рассмотренных выше понятий в их взаимодействии.

Рисунок 1.1.

Процесс

Термин процесс означает изменение с течением времени. Наряду с естественными процессами человек с целью осуществления необходимых для него изменений организует искусственные процессы. С помощью таких процессов реализуется решение задач, возникающих при рассмотрении технических систем.

Искусственные процессы, в которых те или иные свойства объекта, над которым совершают действие, претерпевают необходимые изменения при участии людей и технических средств, называются преобразованиями. Преобразования есть следствия определенных воздействий, основанных на физических, химических и других явлениях и описываемых некоторой инструкцией – алгоритмом. Науками, исследующими преобразования, в определенной области, являются, например, термодинамика, технология производства и т.п.

Введенное выше и используемое в дальнейшем понятие алгоритма определяется как упорядоченное множество операций, их отношений и условий перехода от одной к другой.

Сущность процесса преобразований иллюстрирует рис. 1.2.

Рисунок 1.2.

Типичными видами преобразования в технических системах являются управление и регулирование.

Управление – это процесс в ходе которого одна или несколько входных величин действуют требуемым образом на другие, обеспечивая достижение ими необходимых значений.

Регулирование – частный случай процесса управления, когда необходимые значения выходных величин определены заранее и процесс сводится к приведению отклонений выходных величин от их необходимых значений к нулю.

Типы задач, решаемых в научно – технической деятельности

В связи с различием функций технических систем различают и типы задач, решаемых при создании этих систем.

1 тип. Задача синтеза. Здесь задана функция системы при известном взаимодействии с окружающей средой; необходимо найти структуру и параметры, обеспечивающие заданную функцию.

2 тип. Задача анализа. Здесь заданы структура и параметры системы при известном взаимодействии с окружающей средой; необходимо найти функцию системы.

3 тип. Задача "черный ящик" Здесь заданы законы изменения выходных величин при определенном изменении входных; необходимо определить структуру, параметры и функцию системы, обеспечивающей требуемую связь выхода со входом.

Технические системы

После определения основных понятий, в том числе и понятия "система", перейдем к понятию "техническая система" и взаимосвязи техники с другими областями деятельности человека.

Техническая система – совокупность машин, механизмов, устройств и других орудий, обеспечивающих человечеству возможность воздействия на окружающую среду с целью получения в конечном итоге материальных благ.

Уровень развития человеческого общества определяется успехами, достигнутыми во многих областях деятельности, а именно: в науке, медицине, искусстве и, безусловно, в технике.

Создание технических систем не является результатом деятельности человека лишь в одной области – области техники.

Различные виды деятельности человека взаимосвязаны. Их взаимосвязь, определяющую успехи техники иллюстрирует рис. 1.3.

Рисунок 1.3

Таким образом, техническая система – продукт деятельности человека, отражающий уровень цивилизации и успехи, достигнутые в различных областях деятельности.