Теорія технічних систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

10

Вступ

Аналіз розвитку техніки дозволяє стверджувати, що спільність технічних засобів обґрунтовується спільністю властивостей, сил і законів природи, які знаходяться в основі техніки. Це дозволяє стверджувати, що існують єдині закони будови і розвитку об'єктів техніки (технічних систем TS). Вивчення цих законів спеціалістами, в галузі конструювання технічних систем сприяє вдосконаленню TS, а у зв'язку із тісною взаємодією всіх класів об'єктів (нежива природа, жива природа, техніка, людина) вдосконаленню людини і суспільства в цілому.

Для описування закономірностей будови і розвитку технічних систем та структури процесів дуже часто використовують:

- закони техніки та їх особливостей, етапи розвитку техніки;

- концепції сучасного розуміння теорії технічних систем, визначення та позначення в теорії технічних систем;

- систематики потреб людини і їх ієрархії, моделі і елементів системи перетворень;

- моделі, операндів і структури технічного процесу, операторів, характеристики і оцінки, класифікації, представлення технічних процесів;

- моделі технічної системи, критеріїв вдосконалення, меж і оточення, представлення технічних систем;

- класифікації технічних систем у рамках побудови природної систематики техніки:

- властивостей технічних систем;

- етапів створення і використання технічних систем;

- закономірностей еволюції технічних систем і чинників еволюційного процесу.

1. Головні визначення у теорії технічних систем

Одним з головних визначень у теорії технічних систем є визначення системи.

Система - це множина взаємопов'язаних елементів, відокремлена від середовища і яка взаємодіє з ним, як ціле.

За час свого розвитку теорії технічних систем була одержана систематизована структура основних положень, що визначають структуру системи. Це:

1) система понять;

2) система перетворень;

3) технічний процес як елемент системи перетворень;

4) технічна система як елемент системи перетворень;

5) призначення TS;

6) структура TS;

7) властивості TS;

8) створення і використання TS;

9) еволюція TS;

Основними поняттями що характеризують будову та функціонування систем є: елементи системи, підсистема, зв'язок системи, сукупність системи.

Елементом системи називають найпростішу складову частину системи, яку умовно розглядають як неподільну. Поняття неподільності є умовним та визначається залежно від конкретних завдань. Наприклад при розгляді літака, як системи, немає потреби враховувати атомну будову його елементів.

Підсистемою називають складову частину системи, у якій можна виокремити інші складові.

У сукупності елементи й підсистеми називають компонентами системи. Поділ системи на окремі елементи й підсистеми є неоднозначним та залежить від мети й конкретних завдань дослідження.

Зв'язком називають співвідношення між компонентами системи, засновані на взаємозалежності і взаємообумовленості. Поняття «зв'язок» характеризує чинники виникнення й збереження цілісності та властивостей системи. З формального погляду зв'язок визначають як обмеження кількості ступенів вільності компонент системи.

Сукупність значень властивостей TS у даний момент часу називають „станом системи”. Два стани системи можуть бути однаковими і різними. Різниця в станах системи може бути дискретною чи плавною.

2. Модель системи

Схема пояснює, що у системи може бути наявність декількох входів (чи виходів); поміж множиною елементів можлива множина різноманітних зв'язків поміж ними; межі системи оточені деякими елементами (або системами), котрі впливають на функціювання системи.

На цій моделі замкнутої системи присутні всі основні елементи системи: вхід (In), вихід (Ou) ,оточення (Umg).

Вхід (In) зовнішнє відходження навколишнього середовища до TS - сукупність усіх входів - узагальнений вхід - у вигляді вектора.

Вихід (Ou) - зовнішнє відношення TS до навколишнього середовища.

Оточення (Umg) - те, що оточує TS і не входить до Ії складу (атмосфера, техносфера, біосфера (з людьмфи).

Входи і виходи системи вміщують усі види зв'язків з навколишнім середовищем : бажані і небажані перешкоди, зв'язки матеріального (S) , енергетичного (En) та інформаційного (I) характеру.

Вся система, ії складові і відношення мають тільки їй характерні властивості і точно визначають їх (розміри, масу, швидкість, форму, технологічність, і, особливо, здатність щось виробляти, тобто функціонувати ціле спрямовано.

3. Елементи системи перетворень

На цій схемі показані основні елементи системи перетворень. К ним відносяться: операнди, люди, та технічні системи які відіграють роль операторів системи перетворень.

Операнд - це пасивний елемент системи. Він може відноситися до будь-кого з чотирьох названих вище категорій (люди, матерія, енергія, інформація) або їх комбінації. Стан операнда може бути визначене як сукупність властивостей або як сукупність операндів - складових частин технічної системи. В останньому випадку мова йде про перетворення типу об'єднань або розділення. технічна система операнд прокатка

Люди як оператори системи перетворень можуть визначенні як підмножина людей, що включає тільки тих, хто виконує будь-який вид дій для визначеного перетворення.

Технічні системи як оператори системи перетворення - це підмножина технічних систем, що виконують будь-який вид дії для певного перетворення. Необхідне відмітити масштаби технічних систем, які потрібні для виконання перетворення.

Аналізуючи всі ці елементи можно прийти до висновків, що технологія - це спосіб керування перетворенням речовин, енергії, інформаційних потоків від вихідного початкового стану до кінцевого за допомогою технічних об'єктів (ТО) . Різноманітних технологій дуже багато. Інженерно-наукова творчість постійно збільшує кількість. Один і той же продукт можна виготовити за різними технологіями, наприклад, виготовлення сталей різними способами, одержання труб прокаткою, зварюванням, виливанням…

4. Етапи створювання технічної системи

Етап проектування. В більшості випадків технічна система проектується досвідченим інженером-конструктором і його групою. На стадії проектування повинні бути розробленні такі документи. звіт про результати або про стан досліджень по завданню; проект конструкції (загальний вигляд) готового виробу і його найважливіших вузлів; функціональна і кінематична схеми; звіт з техніко-економічним обґрунтовуванням для прийняття рішенні про виробництво; огляд патентних пошуків з метою з'ясування, чи не порушено в розробленому проекті авторські права;вказівки на те, яким чином виконані поставлені вимоги, і пропозиції про можливості поліпшення властивостей розробленої технічної системи;попередній аналіз економічної ефективності розробленої технічної системи. Виконаний проект повинен бути перевірений і затверджений з урахуванням зауважень спеціальної комісії. Оскільки проект визначає більшість властивостей майбутньої технічної системи, його розробці, перевірці і оцінці слід приділити максимум уваги. Після затвердження проекту починається виконання робочих креслень технічної системи, по яких повинен бути виготовлений експериментальний зразок.

Підготовки експериментального виробництва. Разом з виконанням креслень готується експериментальне виробництво. Підготовку виробництва експериментального зразка необхідно провести так, щоб він міг бути виготовлений з мінімумом підготовчих робіт і спеціальних інструментів.

Виготовлення експериментального зразка. На стадії виготовлення експериментального зразка необхідно ще раз оцінити властивості технічної системи, пов'язані з виготовленням, перш за все властивості, що стосуються монтажних, операцій. Оскільки конструктор краще інших фахівців знає особливості своєї конструкції, необхідно, щоб він сам (або в крайньому випадку його представник) стежив за процесом виготовлення. Це допоможе своєчасно виявити всі можливі помилки і труднощі та внести необхідні корективи в технічну документацію.

Випробування експериментального зразка. Випробування є вирішальним чинником у визначенні цінності розробленої технічної системи Випробувань також дуже важливі для накопичення досвіду, особливо для молодих конструкторів. Маючи результати випробувань, вони можуть порівнювати свої задуми з реальністю, отримувати досвід, а разом з ним - впевненість в собі і своїх силах, вчитися на своїх і чужих помилках. Випробування експериментального зразка повинні проводитись під максимальним навантаженням і в найскладніших умовах експлуатації. У випробуваннях повинне бути оцінено функціонування системи, повинні бути з'ясовані функціонально обумовлені, експлуатаційні і по можливості всі інші властивості технічної системи, в тому числі придатність до обслуговування і ремонту. Хід і результати випробувань повинні бути викладенні систематично і повністю в звіті; особливо це відноситься до виявлених недоліків і рекомендаціям по поліпшенню експериментального зразка. З урахуванням результатів випробувань слід уточнити інструкції по захисту від корозії, упаковці, транспортуванню, монтажу, вводу в дію, експлуатації, обслуговуванню і іншу технічну документацію. На підставі випробувань і оцінки експериментального зразка ухвалюється рішення про серійне виробництво.

Підготовка до виготовлення експериментального зразка, його виготовлення і випробування надають необхідні дані для ухвалення такого рішення. Ці дані повинні бути доповнені відомостями по ергономічних, естетичних і маніпуляційних властивостям, а також оцінками у відношенні діючих правових норм і інструкцій. Аналіз вказаних даних дозволяє з достатньою упевненістю судити про економічні властивості розробленої технічної системи. З урахуванням аналізу можливостей збуту, проведеного на новому рівні, подається висновок про те, чи буде успішним виробництво розробленої технічної системи в наявних умовах виробництва і ринку. Іноді може бути раціональним припинення подальшої розробки щоб уникнути більших збитків.

Коректування конструкторської документації. Після випробувань експериментального зразка здійснюється стадія коректування конструкторської документації для серійного або масового виробництва на підставі придбаного досвіду з метою удосконалення конструкції і технології виготовлення розробленої технічної системи. Для того, щоб коректування було найбільш ефективне, слід піддати аналізу всі недоліки, знайдені в експериментальному зразку, встановити їх причини і внести в конструкцію відповідні удосконалення.

Підготовка виробництва. Підготовка серійного виробництва охоплює, крім організації виробництва і матеріально-технічного постачання, створення спеціальних верстатів і технологічного оснащення, опрацьовування питань зберігання, транспортування, збуту продукції і т.д. Цій стадії необхідно надати в організаційному відношенні велику увагу. Це особливо важливо для конструктора допоміжного устаткування, робота якого завжди пов'язана з жорсткими обмеженнями по термінах.

Виробництво. Виробництвом завершується етап створення технічної системи. Перша стадія серійного виробництва - це виробництво зразків установочної серії.

Виготовлення зразка установочної серії. призначається переважно для того, щоб надійніше оцінити властивості розробленої системи. Потрібно прагнути до раціоналізації процесу виробництва з метою його полегшення і здешевлення. Це особливо важливо при складанні і монтажі, де використовується ручна праця. Механізація цих робіт вимагає від конструктора доброго знання технології.

5. Порівняльний аналіз розрахункових величин холодної та гарячої прокатки

Різниця розрахункових величин холодної та гарячої прокатки виникає через різницю властивостей металів при різних температурах. При холодній обробці металів суттєво збільшуються граничні значення межі пружності, межі плину та міцності. При цьому зменшується пластичність. А головна відмінність гарячої прокатки від холодної полягає у суттєвому зменшенні опору деформації та підвищенні пластичності металу.

Також суттєвий вплив на різницю розрахункових величин дає форма зерен (кристалітів), яка змінюється : при холодній прокатці вони подовжуються у напрямку деформації і зменшується їх перетин у поперечному напрямку. Гаряча обробка металів покращує властивості металу, дозволяє одержувати рівновісні зерна, ущільнює метал , а характеристики його міцності та пластичності суттєво підвищуються.

Кожен метал і сплав має експериментально установлену залежність величин зерен від температури закінчення деформації, та від ії степені, у вигляді діаграм рекристалізації II роду. Ці діаграми використовуються для визначення параметрів у проектуванні технологій обробки металів і сплавів деформуванням та наступної їх термічної обробки.

Разница расчетных величин холодной и горячей прокатки возникает из-за разницы свойств металлов при различных температурах. При холодной обработке металлов существенно увеличиваются предельные значения предела упругости, предела течения и прочности. При этом уменьшается пластичность. А главное отличие горячей прокатки от холодной заключается в существенном уменьшении сопротивления деформации и повышении пластичности металла.

Также существенное влияние на разницу расчетных величин дает форма зерен (кристаллитов), которая изменяется: при холодной прокатке они удлиняются в направлении деформации и уменьшается их сечение в поперечном направлении. Горячая обработка металлов улучшает свойства металла, позволяет получать ривновисни зерна, уплотняет металл, а характеристики его прочности и пластичности существенно повышаются.

Каждый металл и сплав обладает экспериментально установленной зависимости величин зерен от температуры окончания деформации, и от ее степени, в виде диаграмм рекристаллизации II рода. Эти диаграммы используются для определения параметров в проектировании технологий обработки металлов и сплавов деформированием и последующей их термической обработки.

Размещено на Allbest.ru