Законы организации технических систем определяют ее жизнеспособность. Они необходимы при построении жизнеспособной новой системы.

 

Организация технических систем (ТС) — системность

Принципы организации

Технические системы — это единство вещества, энергии и организации.

Процесс взаимодействия технических систем — это обмен веществом, энергией и информацией. В способах обмена информацией заключаются их особенности.

При взаимодействии систем специфичность обмена информацией обусловлена особенностями организации взаимодействия между системами или ее частями. Более организованная техническая система способна извлечь больше информации из окружения и больше дать.

Уровень организации, в принципе, возможно оценить количественно. Об уровне организации технической системы можно судить по количеству и качеству потребляемой и выдаваемой (перерабатываемой) информации.

Структура технической системы представляет собой организацию компонентов (веществ) и связей между ними.

Организация структуры

Техническая система имеет иерархическую структуру, состоящую из уровней подсистем и надсистем.

Структура технической системы должна быть организована так, чтобы при взаимодействии компонентов отбиралась и выделялась только та информация, которая необходима.

Информационная ценность технической системы или процессов зависит не от количества заключенной в ней информации, а от способов и методов использования этой информации. Эти функции выполняет система управления .

Техническая система характеризуется:

— наличием необходимого количества и качества компонентов ;

— наличием энергии (источника и преобразователя энергии);

— организацией связей между компонентами;

— системной организацией, обеспечивающей определенную структуру, устойчивость и жизнеспособность;

— обеспечением управления технической системой  путем сбора, обработки и передачи информации.

 

Общие принципы

Незаменимость фундаментальных факторов

Отсутствие в технической системе фундаментальных факторов (например, энергии: электричества, топлива и т.п.; необходимых веществ) не может быть заменено (компенсировано) другими факторами.

Неоднозначность действия (фактора на разные функции)

Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции технической системы, оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других.

Лимитирующие (ограничивающие) факторы

Факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальное значение, т. е. наиболее удаляющиеся от оптимума, особенно затрудняют (ограничивают) возможность существования технической системы в данных условиях, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий.

Требования к компонентам:

— количество компонентов определяется составом выполнения необходимых функций;

— качество компонентов определяется:

— принципиальной способностью:

§ выполнять необходимые функции ;

§ образовывать связи ;

§ быть отзывчивой на  управляющее воздействие, т.е. их воспринимать и выполнять.

— толерантностью компонентов к факторам воздействия.

Требования к энергии:

Работа технической системы определяется уровнем ее энергообеспечения. При потере или превышении энергии (на 10%?) система теряет свою эффективность, перестает работать или портится. (Не уточнены проценты, при которых система становится неэффективной, когда перестает работать и когда ломается!!!)

Требования к организации:

Техническая система должна быть организована так, чтобы обладать системными свойствами, т.е. организация должна быть системной, определяемой системностью.

Для обеспечения работоспособности система должна обладать необходимой избыточностью.

 

Закон необходимой избыточности

20% систем выполняют 80% работы. В связи с этим при проектировании систем необходимо учитывать, что для выполнения (осуществления) какой-либо работы, кроме основных систем, необходимо еще приблизительно 80% вспомогательных систем, причем они, как правило, выполняют только 20% основной работы. В соответствии с этим и расход веществ и энергии на основной системе — 20%, 80% — на вспомогательных.

Избыточность может быть функциональной и системной. Часто избыточность в технических системах осуществляется с помощью дублирования, резервирования и адаптации.

 

Закон толерантности

Толерантность от лат. tolerantia — терпение.

«Выживание» системы определяется самым слабым звеном (элементом) в процессе ее существования (работы, эксплуатации). Лимитируется минимум качества работы системы, дальнейшее снижение которого ведет к неработоспособности (гибели) системы.

Лимитирующим фактором жизнедеятельности ТС может быть как минимум, так и максимум воздействующих на нее факторов, диапазон между которыми определяет величину жизнеспособности (устойчивости) системы к данному фактору.

Общее влияние лимитирующих факторов может превысить суммарный дополнительный эффект от влияния других факторов.

Если хотя бы один из факторов воздействия на техническую систему приближается или выходит за пределы критических (пороговых или экстремальных) величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных величин, ТС может потерять работоспособность или сломаться. Наличие экстремального фактора создает экстремальные условия существования.

 

Закон системности (целостности)

Техническая система должна представлять собой единое целое, состоящее из взаимосвязанных компонентов. Система обладает свойствами, не присущими ее компонентам. Системная организация или системность — это создание системы, не только отвечающей своему предназначению, но и способной быть толерантной к воздействию факторов надсистемы и окружающей среды и не создающей вредных факторов воздействия на надсистему и окружающую среду.

Для каждой ТС должны быть присущие ей части системы, которые соответствуют друг другу как по строению, так и по выполняемым функциям. Должно быть соподчинение подсистем и соподчинение функций.

При разработке технической системы необходимо учитывать ее влияние на надсистему и окружающую среду и обратное воздействие надсистемы и окружающей среды на систему.

Различные виды технических систем должны быть приспособлены друг к другу настолько, что их сообщество составляет единое и взаимно увязанное системное целое.

ТС должна создаваться для определенной среды, в которой она работает.

Изменение среды работы ТС может привести к изменению эффективности ее работы или к неработоспособности. Возможно, что и ТС будет вредно действовать на среду. Поэтому ТС должна иметь возможность адаптироваться к окружающим ее системам и внешней среде.

В техносфере один вид ТС тесно связан и функционально соответствует другим. Уничтожение одного вида приводит к исчезновению взаимосвязанных других.

Принцип соответствия

Техническая система должна работать в среде, соответствующей ее уровню. Необходимо согласование уровней системы и среды. В более низкой или более высокой по уровню среде система может не работать или работать неэффективно.

Принцип единства частей технической системы

При всем разнообразии технических систем отдельные части, вещества или поля могут быть полезны для других. Идеи и технологии из одних областей техники могут быть перенесены на другие.

Правила жизнеспособности ТС:

1. Система жизнеспособна тогда, когда она способна «отжившую» часть или функцию системы заменить такой же или аналогичной ей. Замена может осуществляться и на части, имеющие более высокую организацию (в частности, имеющие большие удельные параметры).

2. Наличие минимально необходимой энергии.

3. Все части систем необходимо выполнять с одним и тем же сроком жизни и одинаковым качеством.

4. Техническая система должна быть устойчива к воздействию всей совокупности факторов.

Условия успеха формообразования ТС

1. Поместить техническую систему в пригодную для нее среду или создать такую среду.

2. Обеспечить техническую систему всеми составляющими, необходимыми для ее работоспособности (энергия, заменяемые или расходуемые элементы и вещество, обслуживание и т.п.).

3. Техническая система должна иметь возможность видоизменяться при изменении среды или требований.

4. Создавать наиболее конкурентную техническую систему, способную противостоять конкурентам или вытеснить их.

5. Наличие конкурентов с лучшей и/или более дешевой техникой.

6. Наличие потребителей для созданной технической системы или создание потребности в данной ТС.

7. Разнообразие выпускаемой технической системы (типовой ряд).

8. Наличие в среде непосредственного потенциала вещества, энергии и информации, необходимого для создания и существования ТС.

9. Для каждого вида технических систем существуют оптимальное количество подвидов и количество выпускаемых единиц.

Принцип конкурентного исключения

Две ТС со сходными характеристиками не могут длительное время существовать в одной и той же местности, если они занимают один и тот же рынок сбыта. При ограниченности возможностей пространственно-временного разобщения для одной из технических систем выбирают новый сегмент рынка или она исчезает.

Без конкуренции (монополизм) все ниши заполняет один вид ТС.

Принцип успешной реализации

Реализация (продажа) ТС (продукции) будет тем успешнее, чем меньше ее конкуренция с другими ТС в месте их реализации и чем эффективнее она работает. При этом данный рынок максимально заполняется такой продукцией.

Принцип создания викарирующих (замещающих) ТС

Чтобы избежать конкуренции близких по типу, ТС должны:

— распространяться на смежных, не перекрывающихся территориях;

— должны использоваться в разных условиях.

Принцип постоянства свойств (функций)

Гипотеза

Число свойств или функций технической системы, выпускаемой массовым производством в течение длительного времени, без отсутствия конкуренции и других внешних факторов, воздействующих на развитие системы, остается постоянным.

 

Техническая система будет тем эффективнее, чем больше эффект от ее использования и чем меньше затрат на ее разработку, изготовление и эксплуатацию требуется и чем меньше вреда она причиняет окружению.

 

Закон повышения степени организации ТС

Техническая система стремится к повышению степени ее организованности. Это выражается в увеличении ее информационного содержания. Таким образом, происходит упорядочение формы организации (уменьшение энтропии ТС). Уровень организации определяется количеством поглощаемой и выделяемой (перерабатываемой) информации. Высшая степень организации — самоорганизация. ТС, помимо информации, поглощает и выделяет вещество и энергию.

 

Закон динамической адаптации

Техническая система должна иметь возможность адаптироваться при любых внутренних или внешних изменениях вещества, энергии и информации. Любое изменение одного из этих показателей вызывает в других или в том же, но в ином месте или в другое время, сопутствующие функционально-количественные такие же перемены, сохраняющие сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических показателей всей технической системы.

Принцип согласования и модификации

Изменение одной части ТС под определенные условия требует согласования или модификации других частей для повышения эффективности системы.

Закон сохранения массы

Масса вещества, поступающего в замкнутую систему, либо накапливается в ней, либо покидает ее, т.е. масса поступающего в систему вещества минус масса выходящего из системы вещества равна массе накапливаемого в системе вещества.

Закон сохранения энергии. Первый закон термодинамики

При всех изменениях, происходящих в изолированной системе, общая энергия системы остается постоянной. Другая формулировка: при всех макроскопических химических и физических процессах энергия не создается и не исчезает (не разрушается), а только переходит из одной формы в другую.

Закон снижения энергетической эффективности производства

С течением времени при получении полезной продукции и/или информации из технических систем на ее единицу производства затрачивается все большее количество энергии.

Закон деградации качества энергии

В процессе накопления или использования энергии часть ее рассеивается (обесценивается, т.е. становится энтропичной), теряя способность производить работу.

Принцип адаптации

ТС постоянно взаимодействует с внешней средой (в том числе и надсистемой), воздействуя на нее, и внешняя среда воздействует на ТС. Техническая система должна изменять свои параметры и структуру так, чтобы быть не зависимой от внешней среды.

Принцип самовосстановления

ТС постоянно совершает работу и разрушается, поэтому она должна самовосстанавливаться, черпая из окружающей среды необходимые материалы, энергию и информацию.

 

Эволюция технических систем должна осуществляться путем их идеализации. ТС должна становиться все более идеальной.

 

Закон естественноисторический (развития техники)

Внутренняя устойчивая связь техники с окружением, обусловливающая ее существование и развитие.

Неравномерность развития технических систем

Происходит вследствие эволюции социальной сферы и приспособления к ней ТС и т. д.

 

Основной закон эволюции

Развитие любой системы должно осуществляться в сторону увеличения жизнеспособности (устойчивости) и эффективности системы и возможности дальнейшего самосовершенствования.

Правило необратимости эволюции

Техническая система не может вернуться к прежнему состоянию, уже существовавшему в ряду ее предыдущих поколений.

Минимизация энергии

Техническая система тем идеальнее, чем более эффективно используется поступающая к ней энергия.

Увеличение удельных параметров ТС

В процессе эволюции технические системы увеличивают свои удельные параметры.

Закон усложнения (системной) организации ТС

Историческое развитие ТС приводит к усложнению их организации путем нарастающей дифференциации (разделения) функций и подсистем, выполняющих эти функции.

 

Закон перехода от пассивных к активным системам

Неуправляемые (пассивные) системы постепенно заменяются активными (управляемыми) системами. На следующем этапе увеличивается степень активности.

Переход происходит от инструмента к механизмам, к машинам, активным системам, имеющим систему управления.

Дальнейшее развитие происходит за счет совершенствования системы управления и использования элементов, способных воспринимать и выполнять команды системы управления. Общая тенденция следующая: переход от неуправляемой системы к управлению по отклонениям, затем к переходу к системе с обратной связью, к адаптивной системе, к самообучаемой и самоорганизующейся системе и, наконец, к саморазвивающейся и самовоспроизводящей системе .

«Самовоспроизведение возможно только тогда, когда система достигла определенной сложности. На более низком уровне она вырождается, т.е. на этом уровне система способна воспроизводить только менее сложные системы. Преодолевая уровень сложности системы, смогут воспроизводить себя и далее более сложные системы». Джон фон Нейман .

 

Закон отрицания отрицания

Техническая система в своем развитии сначала отрицает существующую структуру, идею или принципы, а затем повторяет в измененном виде эволюционное развитие этой системы.

Закон перехода количественных изменений в качественные

1. Создание принципиально новой технической системы.

2. Внедрение этой ТС.

3. Создание инфраструктуры для этой ТС.

4. Распространение ТС.

5. Количество данного вида ТС увеличивается в продаже и применении.

6. Данный вид ТС приспосабливают к новым условиям.

7. Появление принципиально новой технической системы.

Закон единства и борьбы противоположностей

Закономерности развития технических систем

Зная закономерность развития определенного вида ТС, можно предсказать особенности появления новых систем и в целом особенности данного вида ТС.

 

Специализация ТС

Новые виды технических систем появляются путем специализации универсальной ТС.

Создание специализированных технических систем для разных потребителей с учетом различных особенностей: национальной, территориальной, возрастной, образовательной, тематической, эстетической и т. п.

 

Закон возрастания потребностей

Технические системы должны быть разнообразны, чтобы удовлетворять растущие потребности человека.