Уровни описания технических объектов

При разработке, проектировании и изготовлении технических объектов любой природы и сложности приходиться решать целый ряд творческих, изобретательских и проектно-конструкторских задач. Как правило, задачи эти решаются в строго определенной, логически обоснованной последовательности или, как принято говорить, в иерархической соподчиненности. Иерархия - это расположение частей или элементов какой-либо целой системы в порядке от высшего к низшему. В аналогичной иерархической соподчиненности на каждом из уровней даются описания технических объектов.

На первом, высшем уровне дается описание потребности, которую реализует ТО. Второй уровень - описание технической функции (ТФ), посредством которой эта потребность реализуется. На третьем уровне дается описание функциональной структуры ТО, отражающее взаимодействие между отдельными элементами объекта на уровне выполняемых функций (ФС). На 4-ом уровне дается описание принципов действия ТО, отражающих взаимосвязи между его элементами, но уже на уровне реализуемых ими физических процессов и явлений (ПД). Описание ТО в виде перечня его элементов, их взаимосвязей и взаимного расположения, особенностей конструктивного исполнения элементов по форме, материалу и т.п. составляет содержание пятого уровня описания, называемого техническим решением (ТР). И, наконец, шестой уровень описания отражает параметры технического объекта (П), т.е. количественные характеристики структуры ТО, необходимые для его изготовления и эксплуатации. Параметрическое описание структуры вновь создаваемого или модернизируемого ТО будем в дальнейшем называть проектом технического объекта.

Любое описание нового или усовершенствованного технического объекта всегда начинается с описания его назначения, цели его создания или модернизации. В предназначении технического объекта и содержится суть его потребительской функции. Этот исходный и, вместе с тем, наиболее ответственный уровень описания технического объекта требует глубокого анализа проблемы создания нового, более совершенного (конкурентоспособного, патентоспособного, более эффективного) ТО, знания предыстории и эволюции его развития и состояния, обоснованного прогноза показателей его качества и масштабов потребления.

Техническая функция (ТФ) - это описание действий по реализации техническим объектом определенной физической операции с целью удовлетворения желаемой потребности. Следовательно, описание технической функции (Ф) должно содержать наименование физической операции (Q) и потребности или потребительские функции (Ф_п) технического объекта:

Ф = (Q, Ф_п).

С позиций удовлетворения интересов потребителя технические функции подразделяются на полезные Ф_плз, вредные Ф_вр и функции существования Ф_су, а по степени их важности - на основные (главные) и вспомогательные. Поясним это на примере речного пассажирского катера. Его основная полезная техническая функция - перевозка по реке пассажиров. Однако, в случае необходимости, этот же катер может выполнять и вспомогательные полезные функции - транспортирование на канате бревен, буксирование водного лыжника или водного парашютиста. В процессе реализации своих полезных функций моторный катер порождает ряд побочных нежелательных явлений, т.е. является источником и носителем вредных функций. В частности, при его движении по воде, в особенности по мелководной реке, образуются волны, которые разрушают берега, распугивают рыбу и водоплавающую птицу, выбрасывают на берег рыбью икру и молодь. Другая вредная функция этого технического объекта - загрязнение воздуха и воды выхлопными газами. В процессе эксплуатации катера проявляются функции его существования: причаливание к берегу, удержание на месте с помощью якорей при быстром течении реки, устойчивость на волне и при шторме.

Возвращаясь к рассмотрению вредных технических функций, в качестве примера можно взять осветительную аппаратуру, применяемую при фото-, кино- и телевизионных съемках. Эти технические объекты, наряду с основной полезной функцией освещения соответствующих объектов, выполняют дискомфортную вредную функцию нагрева окружающего воздуха, затрудняя работу операторов, артистов, респондентов.

В подавляющем большинстве ТО состоят из ряда элементов (деталей, узлов, блоков, агрегатов и т.п.) и могут быть естественным путем разделены на части (подсистемы, элементы). Каждый из таких элементов, рассматриваемый при этом как самостоятельный ТО, выполняет вполне определенные функции и конкретные физические операции.

Важно отметить, что между элементами ТО существуют две разновидности связей и, соответственно, два вида структурной организации технических устройств и систем. В этой связи различают конструктивную функциональную структуру (КФС) и потоковую функциональную структуру (ПФС).

КФС отображает функциональные взаимосвязи между отдельными элементами ТО и объектами окружающей среды. При ее графическом построении вначале (обычно прямоугольниками) изображают основные элементы ТО и объекты окружающей среды, а затем соединяют их между собой линиями (как их иногда называют, ребрами), которые соответствуют реализуемым этими элементами функциям.

Элементы ТО в процессе реализации определенных физических операций образуют потоки преобразуемых (или превращаемых) ими веществ, энергии или сигналов. Эти потоковые связи между входами и выходами отдельных элементов ТО отображаются в словесном или графически оформленном описании - в потоковой функциональной структуре.

Понятия конструктивной и потоковой функциональной структуры могут быть использованы только для конкретного (реально существующего, модернизируемого или впервые разрабатываемого) ТО. При обсуждении исторических, философских, социальных и иных проблем эволюции техники, прогнозировании направлений и темпов ее развития, как правило, рассматриваются не отдельные конкретные ТО, а характерные классы (группы, виды) технических объектов. В этом случае говорят лишь о некоторых обобщенных структурах машин (классов ТО), которые содержат четыре укрупненных звена (подсистемы), реализующих, соответственно, четыре фундаментальных функции труда: технологическую, энергетическую, управления и планирования. Очевидно, что в наименованиях и предназначении указанных фундаментальных функций мы не увидим никаких неожиданностей (поскольку они отражают потоковые связи подсистем), за исключением фундаментальной функции планирования. По сути, функцию планирования следовало бы отнести к фундаментальной функции управления. Однако из-за того, что она реализуется в сфере внешнего управления и проектирования, в сфере маркетинга, методологически ее считают самостоятельной.