Активная и пассивная техника.

Активная и пассивная техника
Некоторые из развитых областей техники (производственная, транспорта и связи) могут быть подразделены на технику активную и пассивную. Пассивная техника включает:
* сосудистую систему производства и транспорта, играющую особенно большую роль в химической промышленности;
* производственные помещения: заводы, железные дороги, мосты, каналы;
* гидромелиоративные сооружения;
* технические средства распространения информации (телефон, радио, телевидение).
Пассивную технику не всегда удается четко вычленить из предметов материальной культуры вообще — гораздо более широкого понятия, чем техника. Здания, например, не относятся к технике, если они служат для жилья, а являются просто предметом потребления и не включаются в систему технического воздействия на природу.
Для анализа активной техники требуется произвести «вертикальный разрез», т. е. рассмотреть логическую последовательность структурных звеньев, которые техника образует в ходе активного воздействия человека на природу. С этой точки зрения она состоит из:
1. орудий общественной деятельности, которые делят­ся на орудия производства (инструменты ручного труда, орудия машин), орудия умственного труда (например, электронный переводчик) и орудия жизнедеятельности человека (например очки, слуховые аппараты, некоторые протезы, столовые приборы и пр.);
2. производственных машин, управляющих орудиями производства;
3. аппаратуры управления производственными машинами;
4. аппаратуры управления технологическим процессом в целом;
5. аппаратуры управления производственным процессом в целом;
6. аппаратуры управления социально-экономическими процессами.
Последовательность перечисленных звеньев техниче­ской системы соответствует в принципе исторической после­довательности их возникновения. Сначала между челове­ком и природой существовало лишь одно техническое звено — орудия ручного труда (инструменты). С возникновением машин человек уже не управляет непосредственно инструментами, которые из орудия труда превращаются в орудие машины. Между человеком и предметом труда, та­ким образом, имеются уже два технических звена. Третье звено возникает с введением автоматики (примером может служить машина с программным управлением).
Техническая структура, использующая четвертое из пе­речисленных звеньев, применяется в некоторых отраслях промышленности, имеющих дело с за­крытым технологическим циклом. Таковы, например, атом­ные электростанции, подавляющее большинство гидроэлек­тростанций, многие химические предприятия, производства по выпуску изделий микроэлектроники. Интересно отметить, что как раз в этих отраслях техническая система лишена первого звена; иначе говоря, мы имеем дело здесь с безорудийной техникой. Так, в химических процессах в качестве «орудий» выступают химические свойства вещест­ва, обусловливающие взаимодействие элементов, их реак­цию. Вполне мыслима также и безмашинная техника.
Что касается пятого и шестого звена, то единственный возможный на сегодня путь решения таких проблем — это применение средств вычислительной техники и реализуемых с помощью нее систем принятия решений и искусственного интеллекта.
В конце своей работы автор делает вывод, что ведущая роль в жизни общества принадлежит актив­ной производственной технике, она представляет сущест­венную часть всей технической системы, ее ядро. Очевидно, что к моменту выхода книги (1976 год) такой вывод был действительно оправдан, однако, как мы увидим в следующих главах, приоритеты техносферы сместились. Теперь можно сказать, что производственная техника лишь опосредовано влияет на жизнь общества: ее роль все больше и больше сводится к удовлетворению информационных потребностей человека. Такова типология техники Г. Н. Волокова.

Основные понятия о технике и технических системах.

Понятие “техника” является одним из самых древних и широко распространенное сегодня. До недавнего времени оно применялось для обозначения некоторой неопределенной деятельности или некоторой совокупности материальных образований.
Содержание понятия техники исторически трансформировалось, отражая развитие способов производства и средств труда. Первоначальное значение слова искусство, мастерство – обозначает саму деятельность, ее качественный уровень. Затем понятие техника отражает определенный способ изготовления или обработки. В ремесленном производстве индивидуальное мастерство сменяется совокупностью приемов и методов, передаваемых от поколения к поколению. И, наконец, понятие “техника” переносится на изготовляемые материальные объекты. Это происходит в период развития машинного производства, и техникой называются различные приспособления, обслуживающие производство, а также некоторые продукты такого производства.
Приступая к анализу техники, целесообразно рассмотреть существующие формулировки определения техники и выделить их основные типы. Существует множество определений техники:
- греческое “техне” - ремесло, искусство, мастерство;
- совокупность приемов и правил выполнения чего -либо…;
- деятельность, направленная на удовлетворение потребностей человека, которая ведет к переменам в материальном мире;
- система орудий и машин;
- средства труда в широком смысле – все материальные условия, необходимые для того, чтобы процесс производства мог вообще совершаться;
- техника является системой действий, посредством которых человек стремится достичь осуществления внеприродной программы, то есть осуществления самого себя;
- совокупность материальных объектов, производимых обществом;
- совокупность материальных средств целесообразной деятельности людей;
- система искусственных органов деятельности человека;
- собрание механических роботов для выполнения нужной человечеству работы.
В энциклопедическом словаре понятие “техника” определяется в двух значениях: “… совокупность средств, создаваемых для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества”[1]. Там же определяется основное ее назначение: “полная или частичная замена производственных функций человека с целью облегчения труда и повышения его производительности”. Второе значение слова: “совокупность приемов и правил выполнения чего-либо…”.
Приведенные определения техники можно объединить в три основные группы. Их можно представить следующим образом: техника как искусственная материальная система; техника как средство деятельности; техника как определенные способы деятельности.
Первое значение (техника как искусственная материальная система) выделяет одну из сторон существования техники, относя ее к искусственным материальным образованиям. Но не все искусственным материальным образования являются техникой (например, продукты селекционной деятельности, которые обладают естественной структурой). Поэтому сущность техники не исчерпывается подобными определениями, так как не выделяют технику среди других искусственных материальных образований.

Второе значение также является недостаточным. Техника трактуется как средство труда, средство производства, орудия труда и т.д. Иногда техника определяется сразу и как средства, и как орудия. Но это не корректно, так как и то и другое понятия лежат в одной плоскости рассмотрения и средства труда являются более широким понятием по отношению к орудиям труда.

Третье выделенное значение – техника как определенные способы деятельности. Но этой сущности скорее соответствует понятие “технологический процесс”, который, в свою очередь, является элементом технологии.

Смысл системного подхода при исследовании процессов развития в технике заключается в рассмотрении любого технического объекта как системы взаимосвязанных элементов, образующих единое целое. Линия развития представляет собой совокупность нескольких узловых точек - технических систем, резко отличающихся друг от друга (если их сравнивать только между собой); между узловыми точками лежит множество промежуточных технических решений - технических систем с небольшими изменениями по сравнению с предшествующим шагом развития. Системы как бы "перетекают" одна в другую, медленно эволюционируя, отодвигаясь все дальше от исходной системы, преображаясь иногда до неузнаваемости. Мелкие изменения накапливаются и становятся причиной крупных качественных преобразований. Чтобы познать эти закономерности, необходимо определить, что такое техническая система, из каких элементов она состоит, как возникают и функционируют связи между частями, каковы последствия от действия внешних и внутренних факторов, и т.д. Несмотря на огромное разнообразие, технические системы обладают рядом общих свойств, признаков и структурных особенностей, что позволяет считать их единой группой объектов.

Каковы основные признаки технических систем? К ним можно отнести следующие:

· системы состоят из частей , элементов, то есть имеют структуру,

· системы созданы для каких-то целей , то есть выполняют полезные функции;

· элементы (части) системы имеют связи друг с другом , соединены определенным образом, организованы в пространстве и времени;

· каждая система в целом обладает каким-то особым качеством , неравным простой сумме свойств составляющих ее элементов, иначе пропадает смысл в создании системы (цельной, функционирующей, организованной).

Поясним это простым примером. Допустим, необходимо составить фоторобот преступника. Перед свидетелем поставлена четкая цель: составить систему (фотопортрет) из отдельных частей (элементов), система предназначается для выполнения весьма полезной функции. Естественно, что части будущей системы не соединяются как попало, они должны дополнять друг друга. Поэтому идет длительный процесс подбора элементов таким образом, чтобы каждый элемент, входящий в систему, дополнял предыдущий, а вместе они увеличивали бы полезную функцию системы, то есть усиливали бы похожесть портрета на оригинал. И вдруг, в какой-то момент, происходит чудо - качественный скачок! - совпадение фоторобота с обликом преступника. Здесь элементы организованы в пространстве строго определенным образом (невозможно переставить их), взаимосвязаны, вместе дают новое качество. Даже если свидетель абсолютно точно идентифицирует по отдельности глаза, нос и т.д. с фотомоделями, то эта сумма "кусочков лица" (каждый из которых правильный!) ничего не дает - это будет простая сумма свойств элементов. Только функционально точно соединенные элементы дают главное качество системы (и оправдывают ее существование). Точно так же набор букв (например, А, Л, К, Е), соединившись только определенным образом дает новое качество (например, ЕЛКА).

ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА - это совокупность упорядоченно взаимодействующих элементов, обладающая свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов, и предназначенная для выполнения определенных полезных функций.

Таким образом, техническая система имеет 4 главных (фундаментальных) признака:

· функциональность,

· целостность (структура),

· организация,

· системное качество.

Отсутствие хотя бы одного признака не позволяет считать объект технической системой. Поясним эти признаки подробнее.

Функциональность

Цель - функция

В основе любого трудового процесса, в том числе изобретательского, лежит понятие цели. Бесцельного изобретения не существует. В технических системах цель задается человеком и они предназначены для выполнения полезной функции. Уже инженер древнего Рима Витрувий утверждал: "Машина есть деревянное приспособление, которое оказывает большую помощь при поднятии тяжести". Цель - воображаемый итог, к которому стремятся, удовлетворяя потребность. Таким образом, синтез ТС - это целенаправленный процесс. Любое сегодняшнее состояние может иметь в будущем множество последствий, абсолютное большинство которых лежат в русле энтропийных процессов. Человек выбирает цель и тем самым резко повышает вероятность нужных ему событий. Целенаправленность - эволюционно приобретенный (или заданный?...) навык борьбы с энтропийными процессами.

Потребность - функция

Появление цели - это результат осознания потребности. Человек отличается от других живых существ тем, что ему свойственны повышенные притязания - намного выше возможности естественных органов. Потребность (постановка задачи) - это то, что нужно иметь (сделать), а функция - реализация потребности в ТС.

Потребность может быть удовлетворена несколькими функциями; например, потребность в обмене продуктами труда - натуральный обмен, по эквивалентам, денежная система. Так же и выбранная функция может быть воплощена в нескольких реальных объектах; например, деньги - медь, золото, бумага, зубы акулы и т.д. И, наконец, любой реальный объект может быть получен (синтезирован) несколькими путями или его работа может быть основана на разных физических принципах; например, бумагу для денег можно получить различными способами, рисунок нанести краской, в виде голограммы и т.д. Таким образом, технические системы, в принципе, имеют множественные пути развития. Человек все же каким-то образом выбирает одну дорогу воплощения потребности. Критерий здесь единственный - минимум МГЭ (массы, габаритов, энергоемкости) ; иначе нельзя - человечество всегда было ограничено в наличных ресурсах. Хотя, дорога эта зачастую извилиста, имеет множество тупиковых ответвлений и даже петель...

Носитель функции

Возникновение потребностей, осознание цели и формулирование функции - это процессы, происходящие внутри человека. Но реально действующая функция - это воздействие на предмет труда (изделие) или служение человеку. То есть, не хватает промежуточного звена - рабочего органа. Это и есть носитель функции в чистом виде. РО - единственная функционально полезная человеку часть технической системы. Все остальные части вспомогательны. ТС и возникали на первых этапах как рабочие органы (взамен органов тела и в дополнение им). И только потом, для увеличения полезной функции. к рабочему органу "пристраивались" другие части, подсистемы, вспомогательные системы. Этот процесс можно изобразить так:

Представим себе (пока умозрительно), что возможен и обратный ход - как продолжение данного.

Первая половинка процесса - развертывание техники, вторая - свертывание. То есть человеку, в общем то, нужна функция, а не ее носитель...

Для облегчения перехода от функции к ее носителю - рабочему органу будущей ТС - необходима точность в описании функции. Чем конкретнее описана функция, чем больше дополнительных условий, тем уже диапазон средств для ее реализации, тем определеннее ТС и ее структура. Мощным ограничителем вариантности служат выявленные закономерности развития рабочих органов в составе ТС.

Определение функции

Функционирование это изменение свойств, характеристик и качеств системы в пространстве и времени. Функция - это способность ТС проявлять свое свойство (качество, полезность) при определенных условиях и преобразовывать предмет труда (изделие) в требуемую форму или величину. Для определения функции необходимо ответить на вопрос: что делает эта ТС? (для существующих ТС), или: что должна делать ТС? (для синтезируемых ТС).

Иерархия функций

Каждая ТС может выполнять несколько функций, из которых только одна рабочая, ради которой она и существует, остальные - вспомогательные, сопутствующие, облегчающие выполнение главной. Определение главной полезной функции (ГПФ) иногда вызывает затруднение. Это объясняется множественностью требований, предъявляемых к данной системе со стороны выше и ниже лежащих систем, а также соседних, внешних и прочих систем. Отсюда кажущаяся бесконечность определений ГПФ (принципиальная неохватность всех свойств и связей).

Так вот, ГПФ данной системы - это выполнение требований первой вышестоящей системы . Все остальные требования, по мере удаления иерархического уровня, от которого они исходят, оказывают все меньшее влияние на данную систему. Эти над и подсистемные требования могут быть выполнены и другими веществами и системами, не обязательно данной системой. Например, свойство прочности кирпича может быть достигнуто различными добавками в исходную массу, а свойство эстетичности приклеиванием декоративной плитки на готовую стенку; для ГПФ кирпича (выполнять "требования" стены) это безразлично.

То есть, ГПФ элемента определяется системой, в которую он включается . Тот же кирпич может быть включен во множество других систем, где его ГПФ будет совершенно непохожей (а то и противоположной) приведенной выше.

Пример . Определить ГПФ калорифера.

· Для чего калорифер? - нагревать воздух в доме.

· Для чего надо нагревать воздух? - чтобы его температура не упала ниже допустимой величины.

· Почему нежелательно падение температуры? - чтобы обеспечить комфортные условия для человека.

· Для чего нужны комфортные условия человеку? - чтобы уменьшить риск заболеть, и т.д.

Это путь вверх по иерархии целей - в надсистему. Называемая на каждом этаже функция (цель) может быть выполнена и другой ТС. Калорифер входит в систему: "дом-воздух-человек-калорифер" и выполняет ее "требования".

Можно спуститься вниз по иерархии:

· что нагревает воздух? - тепловое поле;

· что производит тепловое поле? - нагревательная спираль;

· что действует на спираль для получения тепла? - электрический ток;

· что подводит электрический ток к спирали? - провода, и т. д.

Итак," требование" НС для калорифера - нагревать воздух. А что делает калорифер (его рабочий орган - спираль)? - производит тепло, тепловое поле. Вот это и есть ГПФ калорифера - производство тепла, как "ответ" на "требование" надсистемы. Здесь тепловое поле - изделие "выпускаемое" технической системой "калорифер". ГПФ надсистемы - обеспечение комфортных условий для человека.

Структура

Определение структуры

Совокупность (целостность) элементов и свойств неотъемлемый признак системы. Соединение элементов в единое целое нужно для получения (образования, синтеза) полезной функции, т.е. для достижения поставленной цели.

Если определение функции (цели) системы в какой-то мере зависит от человека, то структура - наиболее объективный признак системы, она зависит только от вида и материального состава используемых в ТС элементов, а также от общих законов мира, диктующих определенные способы соединения, виды связи и режимы функционирования элементов в структуре. В этом смысле структура это способ взаимного соединения элементов в системе. Составление структуры - это программирование системы, задание поведения ТС с целью получения в результате полезной функции. Требуемая функция и выбранный физический принцип ее осуществления однозначно задают структуру.

Структура - это совокупность элементов и связей между ними, которые определяются физическим принципом осуществления требуемой полезной функции.

Структура остается неизменной в процессе функционирования, то есть при изменении состояния, поведения, совершения операций и любых других действий.

Главное в структуре: элементы, связи, неизменность во времени.

Элемент структуры

Элемент, система - относительные понятия , любая система может стать элементом системы более высокого ранга, также и любой элемент можно представить как систему элементов более низкого ранга. Например, болт (винт + гайка) - элемент двигателя, который в свою очередь является структурной единицей (элементом) в системе автомобиля и т.д. Винт состоит из зон (геометрических тел), таких как головка, цилиндр, резьба, фаска; материал болта - сталь (система), состоящая из элементов железа, углерода, легирующих добавок, которые в свою очередь состоят из молекулярных образований (зерен, кристаллов), еще ниже - атомы, элементарные частицы.

Элемент - относительно целая часть системы, обладающая некоторыми свойствами неисчезающими при отделении от системы. Однако в системе свойства элемента не равны свойствам отдельно взятого элемента.

Сумма свойств элемента в системе может быть больше или меньше суммы его свойств вне системы . Иначе говоря, часть свойств элемента, включаемого в систему, гасится или к элементу добавляются новые свойства. В подавляющем большинстве случаев часть свойств элемента нейтрализуется в системе, как бы исчезает; в зависимости от величины этой части говорят о степени потери индивидуальности элемента включенного в систему.
Система обладает частью свойств элементов ее составляющих, но ни один элемент бывшей системы не обладает свойством всей системы (системным эффектом, качеством). Когда песок перестает быть песком? - на ближайшем верхнем или нижнем "этаже": песок - пыль - молекулы - атомы -...; песок - камень - скала...; здесь "песчаные" свойства частично сохраняются при движении вверх и сразу исчезают при движении вниз по "этажам".

Элемент - минимальная единица системы, способная к выполнению некоторой элементарной функции . Все технические системы начинались с одного элемента, предназначенного для выполнения одной элементарной функции. С увеличением ГПФ начинается увеличение (усиление) каких-то свойств элемента. Затем идет дифференциация элемента, то есть разделение элемента на зоны с разными свойствами. Из моноструктуры элемента (камень, палка) начинают выделяться другие элементы. Например, при превращении каменного резца в нож выделились рабочая зона и зона ручки, а затем усиление специфических свойств каждой зоны потребовало применение разных материалов (составные инструменты). Из рабочего органа выделилась и развилась трансмиссия. Затем к РО и Тр добавляются Двигатель, Орган управления, Источник энергии. Система разрастается за счет усложнения своих элементов, добавляются вспомогательные подсистемы... Система становится высокоспециализированной. Но наступает момент развития, когда система начинает принимать на себя функции соседних систем, не увеличивая количество своих элементов. Система становится все более универсальной при неизменном, а затем и сокращающемся количестве элементов.

Типы структур

Выделим несколько наиболее характерных для техники структур:

1. Корпускулярная.
Состоит из одинаковых элементов, слабосвязанных между собой; исчезновение части элементов почти не отражается на функции системы. Примеры: эскадра кораблей, песчаный фильтр.

2. "Кирпичная".
Состоит из одинаковых жестко связанных между собой элементов. Примеры: стена, арка, мост.

3. Цепная.
Состоит из однотипных шарнирносвязанных элементов. Примеры: гусеница, поезд.

4. Сетевая.
Состоит из разнотипных элементов, связанных между собой непосредственно, или транзитом через другие, или через центральный (узловой) элемент (звездная структура). Примеры: телефонная сеть, телевидение, библиотека, система теплоснабжения.

5. Многосвязная.
Включает множество перекрестных связей в сетевой модели.

6. Иерархическая.

Состоит из разнородных элементов, каждый из которых является составным элементом системы более высокого ранга и имеет связи по "горизонтали" (с элементами одного уровня) и по "вертикали" (с элементами разных уровней). Примеры: станок, автомобиль, винтовка.

По типу развития во времени структуры бывают:

1. Развертывающиеся . с течением времени при увеличении ГПФ растет количество элементов.

2. Свертывающиеся . с течением времени при росте или неизменном значении ГПФ количество элементов уменьшается.

3. Редуцирующие . в какой-то момент времени начинается уменьшение количества элементов при одновременном уменьшении ГПФ.

4. Деградирующие . уменьшение ГПФ при уменьшении связей, мощности, эффективности.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: