Что такое модель технической системы кратко

Обновлено: 30.06.2024

Техническая система – это материальный объект искусственного происхождения.

Рабочий орган - это исполнительная часть любой машины (технической системы).

Двигатель (мотор) – это устройство, преобразующее какой - либо вид энергии (электрическую, гидравлическую, химическую и т.п.) в механическую энергию.

Основная и дополнительная литература по теме урока

Технология. 6 класс: учеб. пособие для общеобразовательных организаций / В. М. Казакевич, Г. В. Пичугина, Г. Ю. Семенова и др.; под ред. В. М. Казакевича. – М.: Просвещение, 2017.
Технология. 6 класс: учеб. пособие для общеобразовательных организаций / Бешенков С. А., Лабутин В. Б., Миндзаева Э. В., Рягин С. Н. под редакцией С. А. Бешенкова – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016.
Технология: 6 класс: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений / Н. В. Синица, П. С. Самородский, В. Д. Симоненко, О. В Лковенко. – 3-е изд., перераб. – М.: Вентана - Граф, 2014.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Для облегчения труда, увеличения его производительности люди используют технику. Техника совершенствовалась на протяжении многих веков – от простейших ручных инструментов первобытного человека до современных машин. Каждый вид техники представляет собой сложную систему.

Техническая система представляет собой совокупность взаимосвязанных частей (элементов), каждая из которых предназначена для выполнения определённых полезных функций.

Основное предназначение технической системы – это преобразование предмета труда в продукт труда с требуемыми качествами, свойствами, формой или величиной.

Самыми распространёнными техническими машинами являются технологические машины.

Полноценная техническая система состоит из рабочего органа, передаточного механизма (трансмиссии), двигателя и органов управления.

Главной частью технической системы является её рабочий орган. Это исполнительная часть любой машины (технической системы). Рабочий орган предназначен для выполнения полезной для человека работы. Все остальные части машины: двигатели, передаточные механизмы, устройства управления – предназначены для того, чтобы рабочий орган мог выполнять необходимые движения и усилия.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля

Задание 1. Выделите цветом элементы рабочего органа электрической швейной машины.

Варианты ответа:

Зубчатая рейка для продвижения ткани

Рычаг подъёма лапки

Правильный вариант ответа:

Зубчатая рейка для продвижения ткани

Задание 2. Установите соответствие между техническими системами и их рабочими органами.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ – упрощенное отображение реального изделия и его описания с целью оценки соответствия его какому-либо требованию или осуществления выбора наилучшего изделия из нескольких альтернативных вариантов. Обычно используют три способа моделирования технических систем: 1) мысленное моделирование технических систем, в ходе которого человек, изучая изделие, его проект или др. описание, интуитивнооценивает соответствие определенным требованиям или выбор наилучшего варианта; 2) математическое моделирование технических систем связано с разработкой способов расчета и компьютерных программ для получения необходимых оценок; 3) физическое моделирование технических систем связано с изготовлением и испытанием упрощенных физических моделей реального изделия. Мысленное моделирование технических систем основывается на знаниях и, главное, на собственном опыте проектирования и эксплуатации данного класса тех. систем и представляет собой одно из средств моделирования технических систем. Точность мысленного моделирования зависит от личного опыта и природных способностей эксперта и для мало изученных технических систем может превосходить точность математической модели. Основные преимущества мысленного моделирования: малое время и низкая стоимость оценки. Умение осуществлять быстрое и точное мысленное моделирование является одним из необходимых качеств изобретателей и творческих личностей, которые должны его развивать и совершенствовать. При физическом моделировании решение принимается по измеряемым параметрам, данным измерительных приборов и оборудования, способу обработки полученных результатов. С целью снижения трудоёмкости и стоимости часто изготавливают уменьшённые (в несколько раз, на порядок и более) образцы технических систем, исключая из них малозначимые детали. При изменении масштаба технические системы выбирают и обосновывают систему критериев подобия, с помощью которых выполняют перерасчет значений параметров, полученных путем измерений на уменьшенных моделях, для натуральных размеров. В различных прикладных областях (гидравлика, аэродинамика, строительная механика, электродинамика и т.д.) разработаны свои системы критериев подобия и накоплен специфический опыт их использования. Физическое моделирование часто используют для обоснования достоинств новых технических решений.

Философия науки и техники: тематический словарь. — Орёл: ОГУ . С. И. Некрасов, Н. А. Некрасова . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ" в других словарях:

Математическое моделирование экономических систем — изучает целостную макроэкономическую систему: национальную экономику, экономику региона, а также взаимодействие таких систем. Это направление исследований охватывает также создание инструментария, помогающего исследователю в математическом… … Википедия

Кафедра подъёмно-транспортных систем МГТУ имени Н. Э. Баумана — Подъёмно транспортные системы Факультет Робототехника и комплексная автоматизация Вуз МГТУ им. Н. Э. Баумана Девиз Друзья, прекрасен наш союз! Мы вместе поднимаем груз! … Википедия

Список систем автоматизированного проектирования — Список САПР. САПР Система автоматизированного проектирования, предназначенная для создания чертежей, схем, конструкторской и технологической документации, а также 3D моделей. В данный список включены наиболее распространённые CAx программы… … Википедия

Эволюционное моделирование — использует признаки теории Дарвина для построения интеллектуальных систем (методы группового учёта, генетические алгоритмы). Является частью более обширной области искусственного интеллекта вычислительного интеллекта. Эволюционное моделирование… … Википедия

Аналоговое моделирование — (a. direct analogy simulation; н. Analogmodellierung; ф. simulation analogique; и. simulacion analуgica) основано на аналогии явлений и процессов, имеющих разл. физ. природу, но описываемых одинаковыми матем. (дифференциальными, алгебраич … Геологическая энциклопедия

Институт автоматики и вычислительной техники МЭИ — Институт автоматики и вычислительной техники Московского энергетического института (технического университета) … Википедия

Кибернетика — I Кибернетика в медицине. Кибернетика наука об общих законах управления в системах любой природы биологической, технической, социальной. Основной объект исследования в К. кибернетические системы, рассматриваемые вне зависимости от их материальной … Медицинская энциклопедия

Самарский государственный аэрокосмический университет — имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет) (СГАУ) … Википедия

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

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.

Взаимосвязь этих компонентов показана на рисунке.

Графическая модель функционирующей технической системы (полезной системы)

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.

Собственно пишущая часть - кончик грифеля, которая и оставляет след на бумаге.
Спейсер – часть карандаша от грифеля до руки, удерживающая кисть пишущего в правильном положении.
Часть для держания – место контакта руки и карандаша.
Запас – часть карандаша над рукой, которая не участвует непосредственно в работе, но укорачивается по мере износа грифеля.

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.

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.

Разработана методика моделирования объектных моделей сложных технических систем. Методика основана на классификации технических систем. Рассмотрены существующие системы классификации по виду, по составу технических систем. Сделан вывод о том, что существующих систем классификации недостаточно для построения методики моделирования сложных технических систем. Предложена классификация технических систем по структуре ее элементов, включающая три типа структур: парковая, сетевая и линейная. Рассмотрена методика построения объектной модели технических систем, имеющих сетевую и линейную структуру. Методика построения объектных моделей позволяет учитывать особенности инфраструктуры функционирования технической системы, взаимосвязь комплексов технических систем, а также структуру того оборудования, которое используется в комплексах технических систем.

4. ПР 50.1.019-2000 Основные положения единой системы классификации и кодирования технико-экономической и социальной информации и унифицированных систем документации в Российской федерации.

В задачах проектирования систем автоматизации управления организационно-техническими системами (ОТС) важное место занимает задача моделирования технической части таких систем. Разнообразие видов технической составляющей ОТС, сложность ее структуры требует разработки общих подходов к моделированию технических систем.

Классификация технических систем

Разработку моделей технических систем целесообразно подчинить набору правил, что позволит упорядочить процесс создания модели и повысить качество моделирования. Важнейшим из таких правил является использование классификация технических систем как основы построения модели технической системы. Наличие классификации технических систем позволяет идентифицировать вид структуры сложной технической системы, что позволяет провести декомпозицию системы в соответствии с типовой структурой.

Классификация с точки зрения состава технических систем

Рассмотрим существующие системы классификации технических систем. Все технические объекты, которые производятся на предприятиях, имеют классификационные признаки в соответствии с Единой системой классификации и кодирования технико-экономической и социальной информации (ЕСКК) [4]. Основной целью классификации в системе ЕСКК является упорядочение информации об объектах, что обеспечивает совместное использование этой информации различными субъектами. Из классификаторов, представленных в ЕСКК, для задачи моделирования технических систем наибольшее значение имеет общероссийский классификатор продукции (ОКП) [3], который содержит перечень кодов и наименований иерархически классифицированных групп видов продукции.

Для задачи моделирования структуры технической системы наибольший интерес представляет классификация по уровню сложности технической системы [5]. Выделены следующие уровни сложности:

I. Конструктивный элемент, деталь машины.

II. Узел, механизм.

III. Машина, прибор, аппарат.

IV. Установка, предприятие, промышленный комплекс.

Детали – изделия, не имеющие составных частей.
Сборочные единицы — изделия, состоящие из нескольких частей.
Комплексы — два или более изделия предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций.

Сравнивая классификации по уровню сложности и по видам изделий, можно сделать следующие выводы:

Обе классификации выделяют в качестве простейшего объекта деталь.
Понятие сборочная единица соответствует как понятию узел, так и понятию машина (прибор, аппарат).
Понятия промышленный комплекс (установка) и комплекс как вид изделия отражают одинаковое свойство – объединение частей в единое целое.

Объединяя классификацию по уровню сложности, видам изделий и по видам продукции, введем следующие элементы классификации по составу технической системы:

Техническая система это совокупность технических объектов, выполняющих определенную функцию, соответствующую цели ее создания.
Оборудование – изделие, представляющее собой продукцию.
Узел – часть изделия, собираемая по сборочному чертежу.
Деталь – часть оборудования или узла, выполненная из однородного материала, изготавливаемая по детальному чертежу.
Комплекс оборудования – два и более оборудования, предназначенных для выполнения общих функций.

Узел и деталь являются элементами оборудования, а комплекс – это объединение оборудований. Объединение оборудований в комплексы может разделяться по уровням объединения – комплекс верхнего, среднего и нижнего уровня.

Рис. 1. Иерархическая структура технической системы

Классификация с точки зрения структуры технической системы

Техническая система как составная часть организационно-технической системы может быть отнесена к одному из следующих структурных представлений:

Списочная (парковая) структура однородных объектов, между которыми отсутствует взаимодействие. Каждый объект выполняет свою функцию.
Сетевая структура технической системы – совокупность технических объектов, между которыми есть взаимодействие. Для такого типа структуры необходимо описание не только самих технических объектов, но и описание элементов инженерной сети, через которую происходит взаимодействие технических объектов;
Структура линейной технической системы.

Примерами парковой структуры являюется автопарк или парк оборудования предприятия. Примером сетевой структуры являются система теплоснабжения города, включающая центральную тепловую станцию (ЦТС), совокупность тепловых пунктов (ТП) и тепловые сети для передачи теплоносителя от ЦТС к ТП и от них к жилым домам.

Примером структуры линейной технической системы является железнодорожный путь, который формируется рядом локальных и линейных инженерных сооружений – верхним строением пути, состоящим из рельсов, шпал, скреплений и балласта, и искусственными сооружениями.

Сетевая структура технической системы отличается от парковой структуры наличием сетевой компоненты, обеспечивающей взаимосвязь элементов. Это позволяет рассматривать парковую структуру является частным случаем сетевой структуры.

Моделирование структуры технических систем

Задачей моделирования структуры технической системы является отображение структурных свойств технической системы, описание отдельных ее подсистем и элементов. В зависимости от целей проекта автоматизации одна и та же техническая система будет представлена разными моделями. Отличие моделей технической системы будет заключаться в полноте и детальности описания структурных свойств технической системы. Полнота описания ТС определяется той частью комплекса технических объектов, которая будет учтена в модели ТС. Детальность описания ТС определяется тем уровнем иерархии, вплоть до которого будут учтены элементы ТС.

Объектная модель технической системы

Рассмотрим проблемы построения объектной модели для сетевой и линейной технической системы.

Объектная модель сетевой технической системы

Построение объектной модели основано на анализе следующей технической документации:

Схема расположения комплексов технической системы и экспликации к ней.
Эксплуатационная документация на каждый вид оборудования, используемый в технической системе.
Техническая документация на сетевой комплекс.

Схема расположения позволяет определить положение элементов технической системы по отношению к элементам инфраструктуры функционирования технической системы. Для технической системы, расположенной в черте города, положение объектов указывают по отношению к улицам и домам. Для технической системы, расположенной на промышленном предприятии, положение объектов указывают по отношению к номеру цеха и номеру ячейки в данном цехе, которые образованы опорными колоннами. Могут быть использованы и другие способы указания положения объектов по отношению к элементам инфраструктуры функционирования ТС. На схеме расположения указываются комплексы технической системы, элементы сети, обеспечивающие взаимодействие комплексов и элементы инфраструктуры функционирования технической системы. Пример схемы расположения дан на рис. 2. На схеме представлена техническая система, состоящая из 4-х комплексов технических средств (КТС 1, 2, 3, 4), и физическая сеть, объединяющая КТС в единую систему. Сетка служит для позиционирования элементов технической системы в системе функционирования технической системы.

На основе анализа модели уровня технической системы необходимо выделить:

Виды комплексов технической системы.
Виды элементов инженерных сетей.

Виды комплексов технических систем определяются по критерию одинаковой внутренней структуры. Для каждого вида комплекса технической системы необходимо построить свою модель, в которой отображаются комплексы технической системы нижнего уровня и те виды оборудования, которые используются в данном комплексе.

Рис. 2. Схема расположения комплексов технической системы

Рис. 3. Объектная модель комплекса технической системы

Так как каждый вид оборудования имеет свою внутреннюю структуру, то для каждого вида оборудования необходимо построить свою модель, в которой это оборудование разделено на узлы и детали.

Завершающим этапом разработки модели сетевой технической системы является разработка модели инженерных сетей. На этапе анализа схемы расположения технической системы и экспликации к ней необходимо выделить виды технических объектов, которые использованы для построения инженерной сети ТС. Рассмотрим модель инженерной сети на примере трубопроводной сети, основные элементы которой представлены на схеме.

Отличительной особенностью трубопроводной сети, является то, что часть ее элементов (трубы, соединительные элементы) изготавливаются по монтажной схеме, а часть (арматура) является определенным видом оборудования. Однако в большинстве случаев, разрабатывать модель внутренняя структура арматуры не требуется.

Рис. 4. Объектная модель оборудования

Рис. 5. Объектная модель сетевой структуры технической системы

Объектная модель линейной технической системы

Особенностью линейной технической системы является использование технических объектов для формирования инфраструктуры. Рассмотрим проблемы создания объектной модели распределенной технической системы на примере железнодорожного пути.

Железнодорожный путь – сложный комплекс линейных и сосредоточенных инженерных сооружений и обустройств, расположенных в полосе отвода. Основным элементом железнодорожного пути является рельсовая колея, которая образована из рельсов, шпал, скреплений и других элементов, которые вместе составляют верхнее строение пути. Верхнее строение пути укладывают на земляное полотно. В местах пересечения железнодорожного пути с реками, оврагами и другими препятствиями верхнее строение пути укладывается на искусственные сооружения. К важным устройствам железнодорожного пути относят стрелочные переводы, так как вся сложная структура железнодорожных путей основана на их разделении (соединении), которое происходит в стрелочном переводе.

Технической системой является совокупность железнодорожных путей, представляющих единое целое – инфраструктурную часть железной дороги как целостную часть организационно-технической системы. В действительности в инфраструктурную часть железной дороги кроме железнодорожного пути входят и устройства электроэнергетики, сигнализации и связи. Однако структурообразующим элементом инфраструктуры железной дороги является железнодорожный путь.

С геометрической точки зрения железнодорожный путь представляет собой сеть, состоящую из узлов и дуг. Дугами являются участки железнодорожного пути между двумя узлами. Узлами являются объекты, соединяющие несколько участков железнодорожного пути.

Схема расположения железнодорожных путей представляет собой совокупность узлов и дуг, каждый из которых имеет уникальное имя.

Рис. 6. Схема расположения объектов линейной технической системы

Для представления элементов линейной технической системы необходимо представить иерархическую структуру объектов, которая в совокупности образует эту систему. Если ограничиваться только основными элементами, то модель инфраструктурной части железной дороги может быть представлена на следующей схеме (рис. 7).

Рис. 7. Модель объектов железной дороги

Рельсы, шпалы, скрепления являются изделиями (деталями), которые собираются на специализированных предприятиях в технологические комплексы, которые затем укладываются в железнодорожный путь. Такими комплексами могут быть: рельсошпальная решетка, в которой с помощью скреплений соединены два рельса и необходимое число шпал; рельсовая плеть – сваренные воедино несколько рельсов. Элементы стрелочных переводов также изготавливаются на предприятиях как детали и собираются в единый технический объект в месте установки. Искусственные сооружения представляют собой сложные инженерные сооружения, которые строятся по специальным проектам. Модель искусственного сооружения разрабатывается по тем же правилам, что и модель оборудования.

Заключение

Технические системы часто имеют сложную структуру, что требует структурного подхода к их моделированию. Моделирование технических систем должно основываться на типизации технических систем и на анализе структурных свойств как технической системы в целом, так и ее отдельных элементов. Центральным элементом модели технической системы является оборудование как изделие, которое производится на предприятии.

Рецензенты:

Читайте также: