2.4 Системный подход в проектировании

Системный подход - это метод анализа объектов в процессе проектирования с системных позиций. Его применение связано с решением двух основных задач:

рационального разбиения задачи на части;

принятия оптимального решения.

Основой системного проектирования являются критерии, принятые с позиций оценки Т-системы как части целого более высокого уровня, и проектирование Т-системы как целого, состоящего из частей и элементов, обладающих целостным характером функционирования.

Взаимодействие системы с внешней средой представляется внешними связями. Поэтому абсолютно замкнутых систем не существует. Физические системы существуют только благодаря окружению.

Например, для технологического процесса (ТП) характерны материальные, энергетические и информационные связи с системами окружающей среды. В кибернетическом плане он представляет собой объект управления (рис.6, а). На его входы поступают заготовки и управляющая информация. Одна часть этой информации включает плановые задания (ПЗ), определяющие календарные сроки запуска и выпуска деталей, а вторая – технологическую документацию (ТД), содержащую алгоритм и программы управления процессом изготовления деталей на различных операциях. К выходам системы относятся готовые детали и информация о фактическом времени их изготовления (ОТ) и технологических отклонениях (ТО). Эта информация поступает в систему оперативного управления производством (АСУ-Уч) и в службы технологической подготовки производства (ТПП).

Рис. 6. ТПП- технологическая подготовка производства; ПЗ- плановые задания; ТД- и ТО – технологическая документация и отклонение; РВ – регулирующее воздействие

Узел, или сборочная единица машины, связан с другими узлами, образующими окружающую среду, конструктивными, кинематическими и размерными связями. Поэтому для правильного понимания взаимодействия системных объектов и процессов с окружающей средой необходим синтетический охват и учет влияния различных видов связей.

Входные и выходные воздействия следует выделять особенно. Они обеспечивают активное взаимодействие объекта с окружающей средой и во многом определяют его функции, например: преобразование заготовок в готовые детали, передачу движения от двигателя к шпинделям, переработку исходной информации в выходную САПР технических систем. Другие конструктивные и размерные связи обеспечивают правильное взаимодействие, расположение и необходимые степени свободы взаимодействующих узлов, т. е. направлены на выполнение требуемой функции и заданных параметров.

Всякая система допускает разделение ее на подсистемы. Объекты, принадлежащие к одной подсистеме, можно рассматривать как составляющие окружения другой подсистемы. Поведение подсистемы необязательно во всем подобно поведению системы. Разделение системы на подсистемы приводит к иерархичности структуры.

В зависимости от постановки и цели решаемой задачи один и тот же объект в одной иерархической системе является системой, а в другой – подсистемой, а в третьей – элементом.

Рис. 7. Границы систем

Расчлененность отражает одну из общих сторон структуры и характеризуется качественной спецификой частей системы и их числом. Для каждой системы (С) существует несколько способов расчленения на подсистемы (ПС) и элементы (Э). Так, технологический процесс можно по-разному расчленить на операции, а операции – на установы и переходы. Изменение качественного состава и числа операций при переходе от одного способа расчленения к другому вызывает изменение структуры технологического процесса. Например, замена протяжной операции на токарную при обработке центральных отверстий во втулках и шестернях или объединение нескольких операций в одну за счет применения многопозиционных станков влечет за собой изменение структуры процесса.

С точки зрения системного подхода процессы проектирования и конструирования различны, но тесно взаимосвязаны (рис. 9).

Рис. 9. Модель проектирования и конструирования при системном подходе

При общем подходе к проектированию нужно предвидеть возможность вариантов, когда проект охватывает

- либо основные характеристики будущего технического средства;

- либо известную конструкцию для условий действия, соответствующих потребности.

Проектирование имеет целью использование технического средства известной конструкции.

При отсутствии желаемой конструкции проектирование должно быть дополнено конструированием нового технического средства.

На практике проектный и конструкторский процессы выполняют инженеры разных специальностей.

Проекты сложных технологических систем новых производств, в которых используются новые технические средства (машины, механизмы и т. п.), разрабатываются технологами этих производств, называемыми проектировщиками. При технологическом проектировании выбираются машины и другое оборудование, определяется их взаимодействие, а также осуществляется расстановка машин и оборудования на рабочих площадях для практической реализации заданного или разработанного технологического процесса. Поэтому технологи при создании новых производств должны обосновывать необходимость создания новых машин и определять их параметры. В этом основное отличие проектирования от конструирования.

Под конструированием понимается разработка конструкторской документации, объем и качество которой позволяют изготовить техническое средство или систему с соблюдением всех требований машиностроительной технологии. Конструкторская документация является результатом творчества инженера- конструктора, средством, с помощью которого он выражает свои мысли и доводит их до изготовителей технических систем.