что такое функция технической системы

Презентация была опубликована 9 лет назад пользователемartemed.ucoz.ru

Похожие презентации

Презентация на тему: » Техническая система и ее функции. Вопросы лекции 1.Понятие технической системы и ее функций. 2.Системный подход. 3.Организация информации в линии развития.» — Транскрипт:

1 Техническая система и ее функции

2 Вопросы лекции 1.Понятие технической системы и ее функций. 2.Системный подход. 3.Организация информации в линии развития. Пример анализа реальной системы. 4.Модель функционирующей системы. 5.Функционирующая система в контексте патентного законодательства. 6.Основные элементы функционирующей системы. 7.Действия при пошаговом развитии системы. 8.Трехэтапный алгоритм преобразования системы по Г. С. Альтшуллеру.

3 1. Понятие технической системы и ее функций

4 Техника (технический объект) это совокупность объектов природного и искусственного происхождения, повышающих эффективность деятельности человека сверх возможностей, присущих ему биологически.

5 Техническая система это совокупность взаимосвязанных материальных частей (элементов), предназначенная для повышения эффективности деятельности человека (общества) и обладающая хотя бы одним свойством, которым не обладает ни одна из составляющих его частей.

6 Главная функция это функция, ради выполнения которой создается техническая система (ТС). Что делает система? Как система это делает? ГФ = Предназначение + Техническая функция

7 Дополнительная функция – это функция, выполнение которой придает новое потребительское качество объекту. Латентная функция – это скрытая функция, выполнение которой не присуще ТС по предназначению. Основная функция – это функция отдельных частей ТС, непосредственно помогающая осуществлять главную функцию. Вспомогательная функция – это функция отдельных частей ТС, предназначенная для обслуживания других подсистем ТС.

8 Рассмотреть функции Стиральной машины. Молотка. Автомобиля.

9 2. Системный подход

10 Системный подход предполагает выявление совокупности подсистем и надсистем рассматриваемой ТС и учет их взаимодействия в разных условиях и на разных этапах существования ТС. Системный подход = полнота, всесторонность

11 Подсистема это часть ТС, имеющая значение для решения задачи. Элемент – это подсистема ТС, условно считающаяся неделимой в рамках конкретной задачи. Структурная схема – это схема, показывающая связь между подсистемами ТС.

12 Надсистема это система, в которую рассматриваемая ТС входит как часть.

13 3. Организация информации в линии развития. Пример анализа реальной системы

14 Одно из главных требований к оптимальной информационной структуре – требование объективности! Идея Г. С. Альтшуллера состоит в том, чтобы в дополнение к законам развития ТС строить объективные линии развития ТС. Линии развития применяются как инструмент, позволяющий рассмотреть полученное техническое решение в динамике.

15 Законы развития ТС – в общем виде описывают связи между явлениями, их трудно использовать в качестве инструментов решения задач из-за их обобщенности. Тенденции развития ТС – показывают генеральные направления развития элементов системы в соответствии с объективными законами развития ТС. Линия развития ТС – это конкретизация какой- то тенденции, закономерность развития данного объекта или процесса; это подробный «маршрут» с указанием характерных вариантов преобразований технической системы или ее элемента.

16 Примеры линий развития ТС Линия увеличения пустотности (Г.С. Альтшуллер и И. М. Верткин). Линия дробления (Г. С. Альтшуллер). Линия дробления (В. М. Петров). Линия «Моно-би-поли» (Г. С. Альтшуллер). Линия «Моно-би-поли» (Б. Л. Злотин).

17 4. Модель функционирующей системы

18 Цель создания ТС это обеспечение воздействия на обрабатываемый объект для получения некоторого продукта. Такое воздействие называют функцией системы. Для анализа системы нужно построить ее корректную модель. Модель технической системы по Альтшуллеру

19 Г. С. Альтшуллер о ТС: Технических объектов много, и они очень разнородны. Но есть нечто общее, присущее всем техническим объектам: все они являются системами. При системном подходе технические объекты рассматриваются как целостные организмы, подчиняющиеся общим законам развития. Карманный фонарик, двигатель, тепловоз, химический завод, речной транспорт – все это примеры ТС. Внешне они нисколько не похожи друг на друга. Их объединяет то, что они системы, т.е. нечто большее, чем арифметическая сумма составных частей.

20 Функционирующая ТС это система, объединяющая все элементы, которые необходимы при выполнении требуемой функции, рассматриваемая и анализируемая в процессе ее работы. ТС Функционирующая ТС Статика Динамика

21 5. Функционирующая система в контексте патентного законодательства

22 Важно, чтобы концепция функционирующей системы была согласована с моделями, используемыми в патентном законодательстве. Состав функционирующей системы хорошо согласуется с перечнем предметов патентирования, предусмотренных в патентном законодательстве.

23 Объекты изобретения это устройство, способ, вещество, штамм микроорганизма, культуры клеток растений и животных, а также применение известного устройства, способа, вещества, штамма по новому назначению (п.2 ст.4 Патентного закона РФ).

24 Устройство – это система расположенных в пространстве элементов, определенным образом взаимодействующих между собой. Устройство относится к информационному и объектному уровням ФС. Способ – это описание процессов взаимодействия частей ТС. Вещество – это ресурсы, необходимые для работы объектного уровня ФС, а также продукты переработки.

25 6. Основные элементы функционирующей системы

26 Элементы ФС Совокупности материальных объектов Описание процесса их взаимодействия Вещества, поля и системы, необходимые для работы объектной части системы и оператора Вещества, поля и системы как продукты переработки Алгоритмы и программы для автоматических систем управления Учебные курсы и программы

27 Наиболее адекватными и эффективными будут те линии развития, которые описывают преобразования основных элементов модели функционирующей системы.

28 7. Действия при пошаговом развитии системы

29 В ТС каждый переход от одного ее варианта к другому осуществляется только за счет внешнего вмешательства субъекта (человека). Основной постулат философии техники – все ТС развиваются в соответствии с объективными законами. Законы развития ТС отражают существенные, устойчивые и повторяющиеся взаимодействия между элементами ТС, между самими ТС и окружающей средой.

30 Законы развития ТС 1.Закон полноты частей системы. 2.Закон энергетической проводимости системы. 3.Закон согласования ритмики частей системы 4.Закон увеличения идеальности ТС 5.Закон неравномерности развития частей системы. 6.Закон перехода в надсистему. 7.Закон перехода на микроуровень. 8.Закон увеличения степени вепольности. 9.Закон повышения динамичности, управляемости и вытеснения человека.

31 Для получения новой ФС необходимо провести с существующей ФС какие-либо действия (преобразования). КАКИЕ? Списки преобразований: 1.Приемы разрешения технических противоречий. 2.Стандарты на решения задач. 3.Эвристические приемы преобразования

32 8. Трехэтапный алгоритм преобразования системы по Г. С. Альтшуллеру

33 Появление нового варианта ФС происходит вследствие поэтапного выполнения следующих условий: 1.Обеспечение «соответствия состава системы выполняемой ею функции» 2.Установление связей между элементами системы 3.Согласование параметров и режимов действия подсистем данной системы

34 Согласование (координация) это приведение в соответствие нескольких различных процессов, например, согласование подачи искры зажигания с движением поршня в цилиндре двигателя внутреннего сгорания.

35 Уровни согласования Начальное согласование – на стадии проектирования и изготовления. Периодическое согласование – осуществляется время от времени при эксплуатации системы. Окончательное согласование – при оперативном управлении ТС.

36 Порядок действий при создании нового варианта ТС 1.Ввести элементы и связи в состав системы. 2.Удалить элементы и связи из состава системы. 3.Заменить одни элементы и связи объектов на другие. 4.Разделить элементы системы на части. 5.Изменить форму и размеры элементов системы.

37 Порядок действий при создании нового варианта ТС 6.Изменить внутреннюю структуру элементов системы. 7.Изменить состояние поверхности элементов системы. 8.Обеспечить подвижность связей между элементами системы и возможность изменения других ее параметров. 9.Обеспечить и упростить оперативное управление. 10.Проверить и улучшить согласование работы элементов системы.

Источник

Модель функционирующей технической системы (полезной системы)

Технические объекты создаются с целью производства полезного продукта, что достигается выполнением некоторой функции. Экскаватор копает котлован. Самолёт, поезд, корабль и автомобиль перевозят груз. Ручка наносит знаки на бумагу. Завод изготавливает самолёты и т.п.

Коротко можно сказать, что:

Функция технического объекта выражается в действии, направленном на изменение состояния материальных объектов.

Функцию можно представить, как взаимодействие трёх компонентов – обрабатываемого объекта, инструмента и действия, которое тот производит. Инструмент воздействует на обрабатываемый объект, преобразует его и производит продукт – результат выполнения функции.

Схема функции и пример функции

При анализе и проектировании эффективно рассматривать технические объекты в режиме функционирования, и строить модели технических систем, показывающие взаимодействие компонентов в момент выполнения требуемого действия. Назвать такую техническую систему можно «функционирующей». Если вернуться к аналогии с патентным правом, то такая модель отсылает нас к чему-то вроде «машины в работе».

Примеры потенциально работоспособных технических систем: телефон, экскаватор, ручка, компьютер, завод по производству микросхем, палка для сбивания яблок, шуруп, спутниковая система навигации и т.п.

Примеры функционирующих технических систем: разговаривающий по телефону человек, закрытый замок, производящий микросхемы завод, летящий самолёт, работающий компьютер и т.п.

Цель функционирования системы – произвести полезный продукт. Для этого она создаётся, для этого поддерживается её работа. Поэтому такую систему можно назвать полезной системой.

В модели полезной системы набор компонентов расширен. Кроме «ядра» системы Г. С. Альтшуллера (двигатель, трансмиссия, инструмент, орган управления) она система включает источник энергии, обрабатываемый объект. В результате работы системы получается полезный продукт.

Взаимосвязь этих компонентов показана на рисунке.

Графическая модель функционирующей технической системы (полезной системы)

Важно отметить, что все перечисленные компоненты системы – это не обязательно отдельные технические узлы и детали. «Двигатель», «трансмиссия», «орган управления» – это роли компонентов системы, их функциональные «обязанности». Один и тот же компонент может иметь две или более ролей одновременно, каждая роль в этом случае выполняется какой-то частью компонента. И, наоборот, одна и та же роль может быть у нескольких компонентов. То есть, при построении системы следует учитывать, что устройство может быть представлено не только как совокупность компонентов, но как набор функциональных модулей.

Управляемость системы

Отдельно надо сказать об управляемости системы.

Органы управления воздействуют на все другие компоненты системы, согласуя её параметры с условиями работы. Можно выделить три уровня такого согласования.

Начальное согласование параметров системы с некоторыми усредненными условиями работы, проводимое на стадии проектирования и изготовления. Такое согласование может быть статичным – автомобиль устойчив и когда стоит, и когда едет. Пример динамичного согласования – велосипед, который устойчив только в движении.

Периодическое согласование, которое осуществляется время от времени при эксплуатации системы за счёт компенсирующих регулировок.

Окончательное согласование параметров системы с изменяющимися условиями работы, для чего необходимо предусмотреть возможность оперативного управления, то есть быстрого и сравнительно простого изменения параметров системы при изменении условий её функционирования.

Пример. Карандаш как совокупность функциональных модулей

Обычный карандаш включает графитовый стержень (грифель), деревянный корпус и слой краски на его поверхности. Если мы хотим построить функционирующую техническую систему, то карандаш лучше представить как несколько функциональных модулей:

Как мы видим, при работе карандаша его модули выполняют самые разные функции, но их компонентный состав практически одинаков: грифель, деревянный корпус, краска. Техническая система для получения следа на бумаге будет следующей:

Функционирующая техническая (полезная) система для получения следа на бумаге

Простейшая техническая система

Технические устройства могут быть разными – от завода, где тысячи рабочих из сотен тысяч частей собирают самолёт, до простейшего ручного инструмента, к примеру, молотка, которым забивают гвозди.

Для работы с задачей нам нужно сконцентрироваться только на проблемном месте, не изучая машину во всех подробностях. Нужно рассмотреть то действие, которое в этом месте происходит, и понять – участие каких компонентов обеспечивает выполнение этого действия. Эти компоненты составляют так называемую простейшую полезную систему.

В простейшей полезной системе происходит только одно преобразование энергии на пути от источника энергии до инструмента (преобразовываться может как вид энергии, так и параметры энергетического потока).

Простейшая полезная техническая система определяется через продукт – результат её действия. Зная, что продукт – это преобразованный обрабатываемый объект, мы находим первый компонент системы. Остальные компоненты определяются через анализ их функциональных ролей.

Пример. Распылитель краски как простейшая техническая система

В составе пневматического распылителя краски есть ёмкость со сжатым воздухом (ресивер), трубопроводы, сопло. Когда оператор нажимает кран, воздух выходит из ресивера, проходит по трубопроводам и с большой скоростью истекает из сопла. В струю воздуха подаётся краска. Воздух подхватывает краску, дробит её на микрокапельки, образуя так называемый факел распыла.

Пневматический распылитель краски

Полезный продукт – факел распылённой краски.

Минимальный состав данной системы следующий:

«Обрабатываемый объект» – краска.

«Инструмент» – поток воздуха в сопле.

«Источник энергии» – сжатый воздух в ресивере.

«Двигатель» – место выхода сжатого воздуха из ресивера, где его потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию движущегося воздуха.

«Трансмиссия» – трубопроводы, которые передают движущийся воздух от ресивера к соплу.

«Орган управления» – кран пуска воздуха и оператор.

Распылитель краски, модель простейшей полезной системы

Построение модели простейшей полезной системы – важное действие при решении задач. При помощи этой модели мы уточняем состав и функционирование анализируемого технического средства, можем уточнить компоненты, участвующие в выполнении проблемных операций технологического процесса и их роли, найти совокупности компонентов, при работе которых получаются вредные продукты, и, наконец, модель системы помогает нам получить идею решения задачи. Важность понимания того, как строится модель системы для различных технических средств переоценить трудно, поэтому приведём еще пару примеров.

Пример. Модель полезной системы для фрезы по металлу

Фреза вращается электродвигателем через валы и редукторы и срезает слой металла с неподвижной заготовки.

Поток энергии выглядит следующим образом.

Электроэнергия поступает от сети, преобразуется в двигателе во вращение, далее она передаётся самой фрезе и приходит к режущим элементам, которые и обрабатывают деталь.

Поток энергии для работы фрезы

Собственно модель системы выглядит следующим образом:

Модель полезной системы для обработки неподвижной детали вращающейся фрезой

Пример. Модель полезной системы для токарного станка

В токарном станке уже вращается сама обрабатываемая заготовка. Резец закреплён неподвижно относительно корпуса станка (боковое перемещение резца для простоты учитывать не будем).

Сами технические средства весьма похожи, имеют одинаковый принцип действия – резание металла твёрдосплавными элементами. Но модель системы в этом случае построить труднее. Действительно, активную роль выполняет резец, но ведь он – неподвижен. Откуда же берётся энергия?

Энергия может поступить к резцу только от одного возможного источника – от вращающейся детали.

Поток энергии для работы резца

Что тогда есть двигатель в этой модели?

Энергия поступает от вращающейся детали и проходит через режущий элемент в тело резца. Поскольку резец и его держатель выполнены из прочного и жёсткого материала, энергия частично рассеивается и превращается в тепло, но большая её часть отражается и возвращается к острию режущего элемента. Образуется своеобразное энергетическое кольцо, которое и обеспечивает резание металла заготовки. Модель полезной системы выглядит следующим образом:

Модель системы для обработки вращающейся детали неподвижным резцом

Из простейших систем, как из кирпичиков, можно собирать полезные системы любой сложности.

Пример. Автомобиль как совокупность двух простейших систем

Автомобиль, перевозящий груз, можно представить как совокупность двух простейших полезных систем.

В одной из них «двигатель» (двигатель автомобиля) преобразует энергию топлива во вращение коленвала. Далее это вращение передаётся к осям (в данной системе это «инструмент»), которые воздействуют на колёса, заставляя их вращаться. Получается техническая система для вращения колёс. Однако одного вращения колёс для движения автомобиля недостаточно.

Прежде, чем идти дальше, нужно сделать одну важную терминологическую оговорку. Выражения «система» и «техническая система» активно используются и в среде инженеров, и в ТРИЗ. При этом могут подразумеваться как мыслительные построения, так и вполне материальные объекты. Например, когда мы говорим об анализе и моделировании, то техническая система – это мыслительная проекция реального объекта. Если же речь идёт о развитии технических систем или об экспериментальной проверке решений, то системами здесь называются материальные устройства. Кроме того, термин «техническая система» может быть спутан с понятием «инженерная система», то есть система, включающая компоненты машин. Это в корне неправильно, поскольку изобретательская задача в ОТСМ-ТРИЗ может быть сформулирована для любой области деятельности. Это, конечно же, техника в её инженерном понимании, а так же задачи, относящиеся к менеджменту, рекламе, продажам и т.п. Исходя из этого, компонентами технической системы могут быть как части машин, так и коллективы работников, денежные и материальные потоки, элементы программного обеспечения и другие варианты компонентов. Здесь речь уже может идти о «социальных», «бизнес», «менеджерских» и других системах, где рассматриваются некие совокупности компонентов, выполняющих какую-то «технику» и дающие в результате некий продукт.

Вносить какие-то новые понятия, ломать устоявшийся профессиональный язык – нецелесообразно, поэтому дальше по тексту мы просто будем пользоваться понятиями «система», «полезная система» или «вредная система», полагая, что это система, организованная по шаблону, приведённому на этой странице. Надеемся, что читателю по контексту будет понятно, о какой системе – инженерной, социальной, бизнесовой или какой-то другой – идёт речь.

220053, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Урожайная, д.9, офис 6

Источник

Урок 8
Анализ функций технических систем. Морфологический анализ

Раздел. Технологическая система.

Тема урока. Анализ функций технических систем. Морфологический анализ.

Тип урока: комбинированный.

Цели урока: организовать деятельность обучающихся по формированию понятия об анализе функций технической системы и о методе морфологического анализа; обучить учащихся выполнять морфологический и функциональный анализ технической системы.

Технологическая система
§ 10 Анализ функций технических систем. Морфологический анализ

Анализ функции технической системы

Все технические системы пред назначены для выполнения каких-либо функций. Функция — это цель, назначение, роль технической системы. Многие технические системы, кроме основной функции, могут выполнять и вспомогательные (основная функция грузового автомобиля — перевозка грузов, а вспомогательная — например, вытаскивание застрявшего в грязи другого автомобиля). Иногда функцию раскладывают на три составляющие: первая составляющая — это действие, которое производит система, вторая — объект, на который направлено действие, и третья — условия, в которых действие осуществляется (табл. 2).

Таблица 2

Анализ функции технической системы (на примере грузового автомобиля)

Морфологический анализ

Морфологический анализ (метод морфологического анализа) предназначен для решения самых разнообразных задач в различных областях знаний (анализом называют метод исследования, основанный на изучении отдельных частей объекта исследования). Метод морфологического анализа разработан во второй половине XX в. в Швейцарии.

Мы рассмотрим его применительно к техническим системам. Морфологический анализ — это метод конструирования технической системы, основанный на рассмотрении разнообразных комбинаций (сочетаний) составляющих параметров системы и выборе наиболее предпочтительного варианта для системы в целом.

Морфологический анализ выполняют в несколько этапов:

1) формулируют задачу о том, какую конструкцию (или какой принцип действия) должна иметь искомая техническая система;

2) выявляют основные подсистемы создаваемой системы с целью проанализировать их свойства (материалы, из которых они сделаны, принципы работы, их конструкцию и др.). Подсистемы выбирают по следующим признакам:

— количество подсистем должно быть достаточным для полноценного анализа, но не очень большим (так как в этом случае задача анализа значительно усложнится);

— подсистемы должны быть независимы друг от друга;

— подсистемы должны быть равноценными (нельзя рассматривать очень крупные наряду с очень мелкими);

3) перечисляют все возможные варианты сочетаний подсистем в специальной таблице;

4) анализируют возможные варианты технической системы и выбирают наиболее предпочтительный вариант.

В качестве примера проведём анализ конструкции небольшого плавсредства для прогулок по реке.

1. Формулируем задачу: небольшое речное плавсредство должно быть похоже на лодку, катер и т. п.

2. Выявляем основные подсистемы, А — материал корпуса; Б — принцип движения; В — каюта (кубрик).

3. Перечисляем возможные варианты подсистем.

Al — древесина; А2 — металл; А3 — пластмасса

Б1 — вёсла; Б2 — парус; Б3 — мотор

Морфологическая таблица

Общее число возможных комбинаций (вариантов) технической системы: T = 3 х 3 х 2 = 18.

4. Анализируем возможные варианты конструкций.

Вёсельная лодка: Al, Б1, B1; А2, Б1, B1; А3, Б1, B1.

Парусная лодка: Al, Б2, B1; А2, Б2, B1; А2, Б2, BL

Моторная лодка: Al, Б3, B1; A2; Б3, B1; А3, Б3, B1.

Катер: Al, Б3, В2; А2, Б3, В2; А3, Б3, В2.

Возможны и другие комбинации подсистем.

Дальнейший выбор конструкции человек делает, исходя из собственных потребностей, стоимости изделия и других критериев.

Практическая работа № 8

Анализ функций технических систем

1. Выберите из приведённого списка технические системы и запишите их в рабочую тетрадь:

• гора, велосипед, берёзовая роща, настольная лампа, водопад, рояль.

Опишите их назначение (функции).

2. Выполните анализ функций выписанных в тетрадь технических систем, заполнив таблицу (см. табл. 2).

Практическая работа № 9

Морфологический анализ технической системы

1. Выполните морфологический анализ простого изделия — садового рыхлителя (рис. 21). Рассмотрите возможность применения для изготовления рабочей части и ручки следующих материалов: металла, древесины, пластмассы, а для соединения его частей — гвоздя и шурупа.

2. Составьте в рабочей тетради морфологическую таблицу и выберите конструкцию, наиболее полно соответствующую, по вашему мнению, требованиям садовода (и другим требованиям: экономическим, экологическим, требованиям прочности конструкции).

Запоминаем опорные понятия

Функция технической системы, морфологический анализ.

Самостоятельная работа

Работа с информацией.

Узнайте, выполнив поиск в Интернете и других источниках информации, кто изобрёл метод морфологического анализа, в каких областях знаний он применялся и какие технические системы позволил успешно создать. Сохраните информацию в форме описания, схем, фотографий и др. Подготовьте к следующему уроку небольшое сообщение на эту тему.

Проверяем свои знания

1. Что называется функцией технической системы?

2. Каким образом выполняют анализ функции технической системы?

3. Перечислите этапы морфологического анализа.

Источник