ОСНОВНЫЕ ТеоретическИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
КОНСТРУКТИВНО - ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ на основе системного свойства целостности
Методические указания
к лабораторной работе
РПК
«Политехник»
Волгоград 2012
УДК 681.3
Д.В.Бутенко Конструктивно - функциональный анализ технических объектов на основе системного свойства целостности.
Лабораторная работа/ ВолгГТУ.- Волгоград, 2012. - 14с.
В методических указаниях представлена последовательность выполнения концептуального анализа технических объектов в аспекте одного из базовых свойств систем, с точки зрения системного анализа, - свойства целостности. Пособие предназначено для использования в лабораторных занятиях по курсам «Концептуальное проектирование технических объектов», «Анализ и проектирование химико-технологических систем», «Методы анализа и синтеза технических решений», для выполнения исследовательских работ, а также в курсовом и дипломном проектировании.
Рис. 2. Библиогр. – 4 назв.
Рецензент кандидат технических наук,
И.А. Коптелова, каф. ВТПЭ ВПИ (филиал) ВолгГТУ
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Волгоградского государственного технического университета.
© Д.В. Бутенко, 2012
© Волгоградский государственный технический университет, 2012
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
КОНСТРУКТИВНО - ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ на основе системного свойства целостности
Цель лабораторной работы
Целью лабораторной работы является изучение методики анализа систем, ориентированной на раскрытие феномена целостности и обеспечивающих её механизмов, на выявление многообразия типов связей сложного объекта, определения существующих недостатков в системе объекта, необходимых для определения постановки задачи синтеза нового решения в результате этих процедур.
ОСНОВНЫЕ ТеоретическИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Поиск наиболее эффективного нового технического решения предполагает, максимально полное и целостное представление об объекте проектирования. В этой связи необходимо выяснить основные системообразующие факторы, отражающие строение объекта исследования, при наличии прототипа, его морфологию, функциональный состав, строение объекта проектирования, его структурные особенности и прочее.
Настоящая работа посвящена процедурам анализа, направленным на изучение свойства целостности, т.е. отвечает на вопрос, какие структурные и функциональные особенности должен иметь объект и его элементы, как должны быть связаны подсистемы и элементы технического объекта, чтобы составить единое целое.
Концептуальный анализ как часть применяемого к системам процедур системного анализа использует многоаспектный подход к рассмотрению элементов системы, их взаимосвязей и характеристик структуры систем.
Первым методологическим базисом является принцип диалектики «Об образовании Целого», говорящий о том, что любой процесс или система, рассматриваемая как целое, представляет собой совокупность двух противоположных полярных сущностей, которые взаимодействуют между собой, причем это взаимодействие руководится третьей регулирующей сущностью. «Нечто целое нечетно и состоит из трех: двух противоположностей и того, что ими управляет» [1].
Вторым методологическим базисом является философский закон «Единства и борьбы противоположностей», сформулированный на Востоке древним китайским мудрецом Лао Цзы в 5 веке до н.э. и переоткрытый европейцем Шеллингом в 19 веке.
Сущность закона состоит в том, что существующие вне друг друга полярности в равной мере взаимно предполагают и исключают друг друга. Противоположности, возникают одна из другой, переходят друг в друга, взаимопроникают и разрешают нечто новое [2]. Этот закон позволяет понять всякую целостность как сложную систему, заключающую в себя составные части и элементы.
Свойство целостности понимается как обобщенная характеристика объектов, обладающих сложной внутренней структурой. Такое свойство может быть выражено через интегрированность элементов системы, их самодостаточность, автономность, их противопоставленностью окружению, связанной с их внутренней активностью. Свойство целостности обеспечивает динамическую устойчивость системы.
Целостность - свойство системы, обеспечивающее конкретное сходство, взаимообусловленность и отношения между элементов системы между собой на основе внутренней цели;
Целостность есть результат структурного взаимодействия элементов системы, определяющий ее свойства.
В соответствии с тем, что принимаемые на начальных стадиях проектирования систем решения имеют определяющее влияние на эффективность их функционирования, процесс концептуального проектирования систем предъявляет особые требования к обеспечению создаваемым системам такого свойства как целостность.
Формализованное описание облика системы с позиций системологии, где две семантически противоположные системы M и Øs M объединяются посредством фактора целостности R. Тогда облик систем с позиции свойства целостности описывается:
для которой система объекта будет иметь вид:
где Nn={1, 2, ..., n}, а Nm={1, 2, ..., m};
ai – функциональный элемент системы, обладающий свойствами целостности. ai =[xi,yi], где xi,yi пара подсистем элемента ai;
Ai – множество свойств элемента ai. Причем пара подсистем элемента 
и , таких, что 
;
hi – функциональный элемент системы, не имеющий противопоставленной пары;
H– множество свойств элементов системы, не имеющих противопоставления в системе;
ri – регулятор свойств , оператор семантической конъюнкции;
Ri – множество свойств элементов регуляторов, являющееся фактором целостности ai;
bj – база, переменная, используемая для определения различий в наблюдениях одного и того же свойства;
Bj – множество элементов базы;
– операция семантической конъюнкции;
– операция семантического отрицания.
Общая система ( HolosМ )на каждом системном уровне представляет собой триаду, – семантическую конъюнкцию двух полярных по свойствам подсистем, и регулятор, управляющий элемент или подсистема, который рассматривается как фактор целостности. В регуляторе в том или ином виде хранится информационный портрет всей системы в виде совокупности сведений обо всех элементах, связях и взаимодействии противоположностей, т.е. образ объекта управления, образ внешней и внутренней среды.
Необходимо сделать пояснения. Данным описанием с помощью аппарата системологии представлена модель свойства целостности, где М – система отношений элементов, а «контр М» – инверсная ей система. Наличие оппозиционных противопоставлений анализируется на уровне свойств, функций системы. Под базой понимается, например, пространственный или временной аспект взаимодействия элементов систем, которые будут описывать поведение, структуру или прочие отношения, либо другой аспект исследования, который мы можем выбрать. Семантическая конъюнкция – это сложная логическая процедура, которая обеспечивает организацию систем, агрегирование элементов и подсистем. Это совокупность интеллектуальных операторов, которые описывают синтез системы в процессе её проектирования, т.е. сумма действий, который должен выполнить проектировщик, чтобы обеспечить свойство целостности. Это совокупность процедур по объединению этих двух взаимно противопоставленных систем.
Дуализм полярностей может быть обнаружен на любом структурном уровне системы, то представляется необходимым рассмотреть дуальные операции, которые отражают противоположные структурные отношения между концептами функциональных элементов и подсистем.
Подтверждение действия всеобъемлющего философского закона борьбы и единства противоположностей исследователи находят и используют в различных областях знаний. Применительно к техническим объектам и системам бинарные оппозиции были предложены в середине двадцатого века Р. Коллером [3,4] и были использованы в авторском методе конструирования. Коллер интерпретировал подобные структурные отношения только на физическом уровне и назвал их физическими операциями.
В контексте анализа систем в аспекте свойства целостности для описания сущности семантической конъюнкции противоположных свойств элемента, пары элементов или подсистем, используется феномен физических операций, описанных Коллером, но теперь уже на новом уровне обобщения, т.е. без привязки к физическим процессам. В результате такие концептуальные структурные операции могут быть интерпретированы как такие, которые описывают преобразование некоторого инвариантного заданного входного потока (фактора) в выходной поток (фактор).
По Коллеру результатом абстрагирования от входных и выходных параметров является концепт операции, основная операция. Все функциональное многообразие технических систем сводится к 12 основным операциям и двум дополнительным. Каждая операция имеет два значения: прямое и обратное:
излучение — поглощение;
проводимость — изолирование;
сбор — рассеяние;
проведение — непроведение;
преобразование — обратное преобразование;
увеличение — уменьшение;
изменение направления — изменение направления;
выравнивание — колебание;
связь — прерывание;
соединение — разъединение;
объединение — разделение;
накопление — выдача;
отображение — обратное отображение;
фиксирование — расфиксирование.
При таком подходе происходит концептуальный анализ функций системы, который позволяет провести качественное проектирование функциональной структуры, затем перейти к фазе количественного синтеза и окончательному оформлению проекта.