Закон соответствия между функцией и структурой ТС

Главная суть этого закона заключается в следующем. В правильно спроектированной и нормально работающей ТС каждый элемент (блок, узел, деталь) и его конструктивный признак имеют вполне определенную функцию (назначение) для обеспечения работы ТС. Если лишить такую ТС любого элемента или конструктивного признака, то он либо перестает работать (выполнять свою функцию), либо ухудшит показатели своей работы. У правильно спроектированной ТС обычно нет "лишних деталей". Закон соответствия между функциями и структурой лежит в основе всей познавательной деятельности по анализу и изучению строения и функционирования существующих ТС, а также всей проектно-конструкторской деятельности по созданию новых ТC.

Рассматриваемый закон на интуитивном уровне знают и используют в большей или меньшей степени все инженеры. Балашов Е.П. [3] показал, что существует не только внутреннее соответствие между функциями и структурой ТС, но и всегда определенные связи и отношения функций и структуры ТС с внешними факторами (внешней структурой) и критериями эффективности.

Таким образом, закон должен отражать связи и отношения между четырьмя факторами: функцией, структурой, критериями эффективности и внешними факторами. Эффективными и жизнеспособными являются системы, структура которых максимально соответствует реализуемым функциям. В связи с этим должна быть введена мера соответствия между функциями и структурой. Данный вопрос пока мало проработан. Однако можно говорить, по крайней мере, о трех качественных состояниях соответствия:

1. Неэкономное соответствие. ТС выполняет заданные функции, но имеет "лишние детали". Например, в микродвигателе для детских игрушек использованы шарикоподшипники, тогда как в таком двигателе с успехом могут работать подшипники скольжения, которые на порядок дешевле шарикоподшипников.

2. Допустимое соответствие. ТС не имеет "лишних" деталей, однако может иметь худшие показатели качества по сравнению с лучшими мировыми достижениями. Например, асинхронные двигатели серии 4А в конструктивном отношении аналогичны асинхронным двигателям, выпускаемым в Японии, Южной Корее и других странах. Однако высокоточная штамповка железа статора и ротора и щитов, освоенная на фирмах Японии, позволяет снижать трудоемкость изготовления, массу электродвигателей и повышать энергетические показатели.

3. Достаточно полное соответствие. Это те ТС, которые имеют допустимое соответствие, а их потребительские качества соответствуют лучшим мировым достижениям. Иначе говоря, состояние достаточно полного соответствия отражает смысл конкурентоспособности и выживаемости данной ТС.

Правило № 5. При проектировании новых ТС не забывайте о достаточно полном соответствии между функцией и структурой ТС

В частности, целый ряд разработок электрических микромашин для спецтехники в свое время находились на уровне мировых достижений, а разработчики этой техники были отмечены государственными премиями.

Формулировка закона на качественном уровне достаточно полного соответствия между выполняемыми функциями ТС, ее структурой, внешними факторами и показателями качества отражает только наиболее важные обобщенные и всегда повторяющиеся связи и отношения в ТС. Конкретизация этих связей и отношений отражается в закономерностях строения ТС. Рассмотрим некоторые из них более подробно.

3.2. Закономерности функционального строения ТС

Все ТС условно могут быть разделены на четыре больших класса:

- обрабатывающие машины;

- источники энергии;

- информационные приборы и системы;

- сооружения.

Закономерность функционального строения ТС или человеко-машинных комплексов, предназначенных для обработки материального предмета труда, заключается в том, что указанные ТС состоят из четырех подсистем (элементов) S₁, S₂, S₃, S₄ (рис. 4), реализующих соответственно четыре фундаментальных функции:

Ф₁- технологическая функция, обеспечивает превращение исходного состояния предмета труда А₀ конечную продукций Ак.

Ф₂- энергетическая функция превращает вещество или извне полученную энергию W₀ в конечный вид энергии Wк, необходимый для реализации функции Ф_1.

Ф₃- функция управления осуществляет управляющие воздействия U₁, U₂ на подсистемы S₁, S₂ в соответствии с заданной программой Q и полученной информацией U₁⁰, U₂⁰ о количестве конечной продукции А_К и конечной энергии W_K.

Ф₄- функция планирования собирает (получает) информацию о произведённой продукции А_К и определяет потребные ее количество и качество. На риc. 4 представлена обобщенная функциональная структура обрабатывающих машин.

Функциональная структура источников энергии состоит из четырех подсистем (элементов) S₁, S₂, S₃, S₄ (рис. 5), реализующих соответственно четыре функции:

Ф₁ - функция получения первичной энергии превращает вещество или извне полученную энергию W_B в исходный (первичный) вид энергии W₀, удобный для дальнейшей обработки (преобразования).

Ф₂ - функция преобразования превращает исходный вид энергии Wo в конечный вид энергии W_К, необходимый для использования.

Ф₃ - функция управления осуществляет управляющие воздействия U₁, U₂ на подсистемы, S₁, S₂ в соответствии с заданной программой Q и получаемой информацией U₂⁰ о количестве и качестве произведенного конечного вида энергии W_К.

Ф₄ - функция планирования собирает (получает) информацию U₂⁰ о выработанной энергии W_К и определяет потребные количественные и качественные характеристики конечной энергии W_К.

На рис. 5 представлена обобщенная функциональная структура источников питания, энергии и информационных приборов и систем.

В любой гидроэлектростанции реализуются первые три функции, а функция планирования реализована в ЕЭС России.

Закономерность функционального строения информационных приборов и систем имеет, можно сказать, полный изоформизм с приведенной закономерностью функционального строения источников энергии, в котором следует вместо обрабатываемой энергии иметь в виду обрабатываемые сигналы (рис. 5).

Закономерность функционального строения сооружений, предназначенных для защиты определенных объектов от метеорологических воздействий и (или) поддержания их в определенном положении, состоят из трех подсистем, реализующих, соответственно, три функции:

Ф1 – функция ограждения (обеспечивает защиту от метеорологических воздействий).

Ф2 - функция передачи усилий (обеспечивает восприятие нагрузки от защищаемых объектов и воздействий внешних сил).

Ф3 – функция восприятия усилий (обеспечивает передачу всех усилий от сооружения на грунт основания и устойчивое положение сооружения).

Сооружения многолики – от парусиновых тентов до Останкинской телебашни.