2. Пригодность системы

Приведем определения понятий, которые связаны с функционированием системы, уточним некоторые из них.

Функция – модель влияния инструмента на объект («объект функции» или «изделие», далее – ОФ), имеющего результат в изменении или поддержании состояния этого объекта.

Рабочий орган (далее – РО) – инструмент, который выполняет главную функцию системы, реализуя воздействие, для которого предназначена данная система.

Главная функция – описание воздействия на объект, для которого предназначена система. Например, для ледокола удалять (функция) лед (ОФ).

Основная функция – действие, которое обеспечивает выполнение главного. Основная функция описывает принцип действия, позволяющий реализовать функцию главную. Например, для ледокола разрушать (основная функция) лед (ОФ) обеспечивает выполнение главной функции – удалять.

Вспомогательная функция – действие, которое обеспечивает выполнение основного. Вспомогательная функция описывает способ реализации основной функции. Например, для ледокола давить (вспомогательная функция) лед (ОФ) описывает способ выполнения основной функции – разрушать.

Назначение ТС (его описывает главная функция ТС и ОФ) – класс понятия, к которому относится действие физического, химического, математического, биологического, психологического, социального или другого эффекта или совокупности эффектов проявления свойств системы, вещества или информации, обеспечивающих ее определенную действенность. Например, назначение ледокола «удалять лед».

Потребность – нужда индивида или социальной группы, внутренний побудитель активности, заключающийся в стремлении к определенному состоянию вещи, процесса или явления, являющегося объектом этого стремления. Формулировка потребности и формулировка результата действия главной функции ТС должны совпадать. К примеру, судно не может перемещаться во льду. Поэтому ледокол удаляет лед для того, чтобы создать «полосу безо льда» – это результат действия. Следовательно, потребность – «полоса безо льда».

Надпотребность – следствие удовлетворения потребности. Продолжая пример с ледоколом, следствием образования полосы безо льда будет использование ее для прохода судов, следовательно, надпотребность – «провести суда во льду». Следует отметить, что ледокол непосредственно участвует лишь в удовлетворении потребности. Соответственно, наднадпотребность (следствие прохода судов) – «перемещение груза». Наднаднадпотребность (следствие перемещения груза) – «использование груза».

ТС и ее пригодность для функционирования

Свойство – атрибут объекта или группы объектов – его существенный признак, выражающийся в способности производить действие, которое проявляет его качество.

Параметр – величина, измеряющая какое-либо свойство. Параметры определяют уровень состояния и проявления свойств.

Во времени свойства могут менять уровень своего проявления, например приобретать другие и даже противоположные состояния. Противоположностью можно считать две наиболее удаленные формы последовательного изменения свойств.

Примеры.

Относительные противоположные количественные состояния.

Легкое и тяжелое. Наиболее удаленные значения температуры вещества меняют его состояние от твердого к жидкому и газообразному, и его способность производить действие становится другой.

Противоположно направленные процессы взаимодействия.

Накопление и расходование, притягивание и отталкивание – противоположно направленные действия. Может быть противоположен и результат действия – сближение и расхождение.

Действие нагревания противоположно действию охлаждения (прием энергии противоположен отдаче энергии). Белое и черное – отражение излучения по направлению противоположно поглощению.

Противоположные состояния в разомкнутых и в замкнутых циклах изменения свойств.

Процессы, меняющиеся по замкнутому циклу, многократно проходят через наиболее удаленные формы изменения свойств. Например, цикл Карно, циклы перемещения планет.

Разомкнутые циклы имеют начало и конец. Например, необратимые химические реакции – горение, ядерный топливный цикл. Рождение и смерть – проявления начала самосохраняющегося химического процесса и его окончания.

Не всегда предельные состояния свойств соответствуют крайним точкам разомкнутого цикла. Например, ковка металлов имеет циклы нагревания и последующего охлаждения.

Техническая система – объект искусственного происхождения, который состоит из связанных между собой элементов, проявляющих при взаимодействии такие свойства, которые отличаются от свойств каждого из них.

Добавление каждого элемента в систему может придавать ей новые свойства. Другие свойства другого набора элементов говорят о том, что это другая система. Выбрав другие границы комплекта взаимодействующих элементов, мы определим другую систему, если у этого комплекта новые возможности и другое назначение.

Пример. ТС – судно.

Судно предназначено для того, чтобы толкать и вытеснять воду. Его свойство толкать и вытеснять воду используется для перемещения в ней и для плавучести.

Рабочий орган судна – винт, его функция – толкать воду, в результате его работы перемещается вода и перемещается судно^[1]. Второй рабочий орган судна – корпус, его функция – вытеснять воду, в результате судно держится на поверхности воды.

Добавим к ТС еще один элемент – водоем.

ТС = судно + водоем. Эта система предназначена для удержания (над поверхностью воды) и перемещения груза.

Объект функции системы – груз. Рабочий орган этой системы – трюм, его функция – удерживать и перемещать груз.

Добавим еще один элемент – систему управления судном, включая капитана.

ТС = судно + водоем + система управления, включая капитана. Эта система предназначена направленно перемещать груз.

Объект функции системы – груз. Рабочий орган этой системы все так же трюм. Но его функция теперь – удерживать груз и направленно перемещать груз.

Даже количество однородных элементов в системе может иметь связь с проявлением новых свойств, как, например, количество щетинок в щетке и густота их расположения влияют на ее способность перемещать и собирать частицы определенного размера.

Двухколесная телега, как и стол на двух ножках, не имеет статической устойчивости – им требуется еще одна точка опоры. С изменением количества опорных элементов изменятся и системные свойства. Так, добавление телеге третьего колеса создает ее статическую устойчивость.

Но трехколесная телега на плохой дороге малоустойчива динамически. Наличие четвертого колеса придает телеге новое свойство – динамическую устойчивость. Возможность опрокидывания снижается за счет компенсации вредного действия дороги четвертым колесом, которое на кочках создает противодействующий рычаг.

Пятое и шестое колесо придадут телеге еще большую динамическую устойчивость – пересекая канавы и ямы, телега не будет проваливаться в них. При количестве колес больше шести новые свойства телеги не проявляются, но возрастает ее динамическая устойчивость на бездорожье. Таким образом, динамическая устойчивость телеги на дорогах с разным рельефом проявится при различном количестве колес.

Функциональная система

Техническая система может иметь множество свойств, но когда речь заходит о специальном ее использовании, то лучше сказать лишь о той части совокупности элементов, которые создают ее специальные свойства и позволяют реализовать эту специальную функцию.

Специальную ТС точнее охарактеризует понятие «функциональная система».

Функциональная система – это модель объекта, описывающая такую минимальную совокупность компонентов, которая способна выполнить заданную функцию благодаря взаимодействию своих подсистем^[2].

Например, судно может использоваться не для перевозки грузов, а как плавучий склад. Двигатель и электрогенератор такому судну могут пригодиться, а винт, система управления, капитан и капитанский мостик уже не нужны.

Функциональная система, включающая в себя судно и водоем, без ходового винта и элементов управления, способна удерживать груз над поверхностью воды и выполнять функцию «плавучий склад».

Надсистема (далее – НС) – объект, который включает в себя техническую систему, а также другие объекты и системы, которые, взаимодействуя между собой, проявляют свойство, не присущее ни одному из составляющих ее элементов и систем.

Надсистема предназначена разрешить надзадачу относительно целей использования тех систем, которые входят в ее состав. Например, телега удерживает груз, дорога удерживает и направляет телегу, лошадь тянет телегу, а извозчик управляет лошадью. Вместе они образуют надсистему, которая способна выполнить надзадачу – направленно перевезти груз.

Обслуживающая система – та, которая поддерживает или изменяет состояние функционального средства или одной из его подсистем, устраняя вред.

Например, участок затачивания токарных резцов восстанавливает их остроту, стиральная и посудомоечная машины чистят предметы, ремонтная мастерская устраняет неисправности. Зубные щетка и паста предназначены для удаления налета и частиц пищи с зубов.

Принцип действия (далее – ПД) – физический, химический, математический, биологический, психологический, социальный или другой эффект или совокупность эффектов проявления свойств системы, вещества или информации, обеспечивающих результат ее действия.

ПД – это основная функция ТС. Основная функция ТС предназначена для реализации главной. Отвечая на вопрос «зачем?», основная функция системы укажет на назначение ТС (для того, чтобы выполнять ее главную функцию). Таким образом, ПД – это действие, которое создает главное действие.

Например, для системы, состоящей из капитана, судна и водоема, предназначение и главная функция которой – направленно перемещать груз, принцип действия – толкать воду. В этой системе воду толкают (чтобы перемещать и направлять) и винт, и перо руля.

Способ действия – это набор, совокупность и порядок действий, позволяющий реализовать принцип действия системы.

В функциональном анализе системы способ действия отражает вспомогательная функция первого ранга (ее следствие – реализация основной функции). Таким образом, способ действия – вид действия, которое реализует основное действие (или ПД системы).

Продолжая пример с перемещением груза по поверхности воды, реализация принципа действия (толкать воду) обеспечивается способом действия – вращением винта (вращать винт для того, чтобы толкать воду).

Однородные системы