Тема №6: «Класифікація технічних систем»

Мета: класифікація технічних систем за різними визначальними знаками, переважно відповідно до загальної ієрархії техніки.

План

6.1. Проблема побудови природної систематики техніки

6.2. Класифікація технічних систем за функцією та принципом дії

6.3. Класифікація технічних систем за рівнем складності

6.4. Класифікація технічних систем за способом виготовлення

6.5. Класифікація TS зa ступенем оригінальності конструкції

6.6. Класифікація технічних систем за типом виробництва

6.7. Класифікація технічних систем за їх місцем у технічному процесі

 

6.1. Проблема побудови природної систематики техніки

Необхідність систематики виникає у всіх науках. Найдосконалішою систематикою є природна система об'єктів, заснована на об'єктивних законах. Систематика повинна спиратися на виділення в об’єктах деяких стійких характеристик: ознак, властивостей, функцій, зв'язків. В ідеалі систематика повинна ґрунтуватися на найголовніших фундаментальних властивостях і ознаках об’єктів, законах їх будови і розвитку. Прикладом і еталоном природної систематики може слугувати, наприклад, Періодична система елементів у хімії. Ще одна важлива властивість природної систематики об’єктів полягає в її єдності, тобто звичайно існує одна науково-обгрунтована і загальновизнана систематика.

Слід зазначити, що разом із природною систематикою об'єктів існують це штучні класифікації об'єктів, які створюють із міркувань корисності і зручності в рішенні певних практичних завдань. Частіше всього це завдання пошукового характеру, а класифікація об’єктів може їх упорядкувати, Наприклад, за абеткою. Разом із цим є також класифікації об’єктів із солідним науковим обґрунтовуванням.

Такі класифікації займають проміжне положення між довільними штучними класифікаціями і систематикою об’єктів. Приклад природної систематизації технічних систем приведений у табл. 6.1. Тут дано тільки два рівні ієрархії. Побудова повної класифікації є нелегким завданням, а побудова природної систематики техніки – ще більш важка проблема.

Проблема побудови систематики техніки є надзвичайно важливою самостійною проблемою, актуальність якої безперервно зростає.

Практичне значення цієї проблеми зв’язано, по-перше, із створенням єдиної науково-обгрунтованої класифікації патентів і стандартів. Ще більшу актуальність має проблема систематики техніки останнім часом, у зв’язку із створенням національних і міжнародних активних інформаційних ресурсів автоматизованих банків даних і банків знань на електронних носіях [13].

Класифікація технічних систем з різних визначальних ознак вносить достатньо рівний порядок в їх обширну множину і дозволяє краще орієнтуватися. Як наслідок цього з’являється можливість вивчення передового досвіду, що дозволяє часом знайти між досить далекими технічними системами цікаві, досі приховані відносини.

Перерахуємо спершу ті аспекти, які беруться до уваги при проведенні класифікації (систематизації) технічних систем, і приведемо характерні приклади. Технічні системи можуть бути класифіковані за такими ознаками [5]:

- за функцією (робочою дією), наприклад, технічні системи для транспортування, підтримки, фіксації, буріння, підйому;

- за типом операнда, наприклад, технічні системи для перетворення матерії, енергії, інформації, біологічних об’єктів;

- за принципом здійснення робочої дії, наприклад, технічні системи, засновані на механічному, гідравлічному, пневматичному, електронному, хімічному, оптичному, акустичному принципі;

- за характером функціонування, наприклад, потужністні, швидкісні, імпульсні технічні системи, системи для різних умов навколишнього середовища (наприклад, для тропічного клімату) і т. п.;

- за рівнем складності, наприклад, конструктивні елементи, вузли, машини, підприємства в цілому;

- за способом виготовлення, наприклад, технічні системи, виготовлені шляхом виливання, кування, штампування, обточування;

- за формою, наприклад, технічні системи (конструктивні елементи) у вигляді тіла обертання, плоскі, складної форми;

- за способом упорядкування більш низьких рівнів технічної системи, наприклад, установки з упорядкуванням підсистем за способами їх дії або технології;

- за матеріалом, наприклад, технічні системи з металів, пластмаси, деревини, комбіновані;

- за ступенем оригінальності конструкції, наприклад, запозичені технічні системи, допрацьовані, модифіковані, оригінальні;

- за типом виробництва, наприклад, технічні системи, виготовлені в умовах одиничного, серійного або масового виробництва;

- за місцем у технічному процесі, за експлуатаційними властивостями, за зовнішнім виглядом, за техніко-економічними характеристиками і т.п.

Ясно, що одна і та ж технічка система може належати одночасно до декількох класів. Нижче більш детально будуть розглянуті ті принципи класифікації технічних систем, які, із погляду проектувальника і конструктора, є особливо важливими.

 

6.2. Класифікація технічних систем за функцією та принципом дії

Назви технічних систем часто вибираються відповідно до їх функції. Складання номенклатури виробів стосовно вимог збуту, планування, контролю, порівняльної оцінки то що також здійснюється, як правило, відповідно до функції технічних систем. Межею у взаєморозумінні фахівців є збіг класифікації і термінології у всіх галузях науки і техніки [5]. Вироби класифікуються за функцією також у тих випадках коли необхідно допомогти потенційному споживачу знайти той або інший технічний засіб для виконання необхідної функції. Цьому слугують торгові і промислові каталоги і т.п.

Вузли і деталі машин часто також можна розглядати як технічні системи, класифікацію доцільно проводити за функцією, оскільки конструктор, виробничник і експлуатаційник застосовують різні деталі відповідно до їх функціональної придатності.

Таку класифікацію називають конструктивно-функціональною; разом з класифікацією за способом виготовлення вона є основною при запозиченні існуючих технічних систем, уніфікації, типізації і стандартизації елементів і груп. Класифікація за цими принципами дозволяє економити робочий час конструктора.

Для конструктора важливо, щоб технічні системи, що виконують виробничі функції, були далі згруповані за ще якою-небудь важливою ознакою. такою ознакою можна вважати принцип дії технічної системи. Такого роду ознаки технічних систем відносяться переважно до групи функціонально обумовлених властивостей, вельми характерних для технічних систем і мають велике значення для методичної роботи конструктора.

Таблиця 6.1.

Класифікація технічних систем відповідно до загальної ієрархії техніки

Група ТS	Підгрупа ТS	Приклади ТS
1. Техніка для видобування природних речовин	1.1 Техніка  для  видобутку корисних копалин 1.2 Техніка для лісозаготівлі і первинної обробки деревини 1.3 Сільськогосподарська техніка	Вугільний комбайн, навантажувач, землесосний снаряд, зернозбиральний   комбайн, трактор, сівалка
2. Техніка для отримання, передачі, перетворення і використання енергії	2.1 Техніка для виробництва первинної енергії 2.2 Техніка для отримання вторинної (електричної) енергії 2.3 Техніка для передачі трансформації енергії 2.4 Техніка, що споживає енергію	Піч. паровий котел, парова турбіна, гідротурбіна, генератор, трансформатор, трубопровід, радіатор, електричний двигун. електрична лампа
3. Техніка для переробки сировини, здобутої в природі	3.1 Техніка для металургійного переділу 3.2 Техніка хімічного виробництва 3.3 Техніка для виробництва будівельних матеріалів 3.4 Техніка легкої промисловості 3.5 Техніка для переробки продуктів харчування 3.6 Техніка для деревообробки 3.7 Техніка фармацевтичного виробництва	Дробарка, доменна піч. мартенівська піч. автоклав, реактор. змішувач, швейна машина, млин. центрифуга, прес
4. Техніка для виробництва технічних систем	4.1 Техніка для виробництва засобів виробництва 4.2 Техніка для виробництва предметів споживання 4.3 Техніка для будівництва 4.4 Техніка для виробництва озброєньуу	Токарний верстат, фрезерний  верстат, прес, формувальна        машина, конвеєр, підйомний кран, бетономішалка, рентгенівський апарат
5. Техніка для транспортування	5.1 Залізничний транспорт 5.2 Автомобільний транспорт 5.3 Водний транспорт 5.4 Повітряний транспорт 5.5 Спеціальні види транспортування	Судно.     літак.      ракета, нафтопровід,     стрічковий конвеєр,  підвісна  канатна дорога
6. Техніка для захисту і (або) ураження	6.1 Засоби індивідуального захищу і враження 6.2 Військова техніка для дії на суші 6.3 Військова техніка для дії на морі 6.4 Військова техніка для дії в повітрі 6.5 Спеціальні види озброєнь	Бронежилет, автомат, танк, авіаносець, винищувач - бомбардувальник. ядерна зброя, крилата ракета
7. Техніка для отримання, обробки і передачі інформації	7.1 Вимірювальна техніка 7.2 Техніка для виробництва інформації 7.3 Техніка для обробки інформації 7.4 Техніка для зберігання інформації 7. Техніка для передачі інформації	Нівелір, далекомір, персональний комп'ютер, книга, компакт-диск, радіостанція, телевізор, телескоп
8. Техніка для задоволення духовних потреб	8.1 Техніка для навчання 8.2 Техніка для фізичного розвитку 8.3 Техніка для розваг та відпочинку	Модель екскаватора, діапроектор, чучело тварини, тренажер

 

6.3. Класифікація технічних систем за рівнем складності

Розподіл технічних систем на класи за їх структурою – звичайна справа в роботі конструктора. Основною ознакою, за якою утворюються класи, повинна ;лужити функція системи. Проте, враховуючи потреби виробництва, наприклад з міркувань монтажу, деколи виникає необхідність у проведенні іншої класифікації. Іноді через організаційні причини технічні системи доцільно розділяти на підсистеми.

Табл. 6.2 дає загальне уявлення про класифікацію технічних систем за рівнем складності, визначуваних рівнями складності її частин. На більш високих рівнях складності можна розрізняти ще і проміжні рівні.

Проте слід пам’ятати, що йдеться про відносну ієрархію. Одна і та ж система більш низького рівня, наприклад редуктор або ґрунтовий насос, в одній системі може розглядатися як підгрупа, а в іншій системі - як група або машина (підсистема).

На практиці загальновизнано, що нижні рівні технічних систем знаходять більш універсальне вживання; наприклад, елемент «гайка» застосовується в машинобудуванні повсюдно, «редуктор» досить часто, а «технологічна лінія» використовується лише в певних, спеціальних процесах.

Класифікація технічних систем за рівнем складності має важливе значення для конструктора, оскільки рівень складності технічної системи:

а) знаходиться в певному співвідношенні із ступенем складності рішення поставленого перед конструктором завдання;

б) припускає встановлення відомих меж для спеціалізації конструктора (наприклад, інженер-проектувальник має справу з підприємством, інженер-конструктор – із машиною, конструктор деталей - з елементами машини);

в) допомагає конструктору орієнтуватися в процесі роботи, бо, якщо він вирішує завдання на якомусь певному рівні складності, йому важливо знати лише те, як його завдання злагоджено із більш високим рівнем (відносно більш низького рівня конструктор ухвалює частіше за все тільки принципові рішення).

На підставі складального креслення окремі рівні складності можна розглядати так само, як сукупності процесів виготовлення і монтажу. Утворення відповідних сукупностей, перш за все з деталей, підгруп і груп, є необхідною умовою створення модульних конструкцій, а також доцільної організації виробничого процесу.

Таблиця 6.2

Класифікація технічних систем за рівнем складності

Рівень скл.	Технічна система	Характеристика	Приклади
І	Конструктивний елемент Деталь машини	Елементарна система, виготовлена без монтажних операцій	Гайка, кришка, шпонка
II	Підгрупа: Група; Вузол: Механізм	Проста система, що виконує нескладну функцію	Редуктор, насос, пневматичний привід
III	Машина, Прилад, Апарат	Система, що складається з груп і елементів і виконує певну функцію	Амперметр, вольтметр.
IV	Установка Підприємство Промисловий комплекс	Складна система, що складається з машин, груп і елементів, яка виконує ряд функцій	Технологічна лінія. Приладобудівне підприємство

 

6.4. Класифікація технічних систем за способом виготовлення

Для виготовлення певних груп технічних систем потрібне однотипне технологічне обладнання. Наприклад, на одному і тому ж обладнанні можна виготовити відцентрові насоси і компресори, на іншому - електродвигуни. Деталі машин можна також звести в технологічні групи за принципом схожості технологічних операцій виготовлення, де головною відмітною ознакою служить форма.

Така класифікація дозволяє раціонально провести технологічну підготовку виробництва і підвищити ефективність виробничого процесу оскільки дає можливість об'єднати робочі місця для виготовлення однакових за способом виготовлення деталей. Це у свою чергу полегшує здійснення самих різних заходів раціоналізації, наприклад спеціалізацію робочих цехів, підприємств. Значення такої класифікації особливо велике при розробці і здійсненні планів підготовки виробництва, методів управління і планування. Вона є складовою частиною так званої групової технології обробки.

 

6.5. Класифікація TS зa ступенем оригінальності конструкції

При розробці нової машини конструктор завжди прагне використовувати в конструкції вузли і деталі, що виправдали себе на практиці. За ступенем оригінальності конструкції технічні системи можна розділити на категорії, що подані нижче. Запозичені технічні системи. Для виконання необхідної функції вже існує яка-небудь технічна система або навіть декілька систем, із яких можуть бути вибрані відповідні. До них відносяться в першу чергу уніфіковані елементи і групи (різці, гайки, засувки), а також не уніфіковані елементи і групи, які можуть запозичати з інших конструкцій.

Допрацьовані технічні системи. У наявності є яка-небудь технічна система, що виконує необхідну функцію, але не відповідає деяким вимогам. Виникає потреба, наприклад, змінити габарити, потужність, кількість обертів, швидкість, настановні розміри, матеріал або технологію. Структури системи і найважливіші властивості елементів в цьому випадку залишаються без зміни. Таким чином, доробка технічної системи проводиться виключно з метою пристосування її до особливих умов і вимог нового завдання, а нові матеріали використовуються тільки з метою підвищення якості, здешевлення або модернізації.

Модифіковані технічні системи. Існуючі системи не відповідають вимогам, що пред'являються до деяких властивостей груп і елементів конструкції. У модифікованій конструкції звичайно не змінюються лише функція, деякі параметри і по можливості принцип дії. В елементах можуть бути змінені форма, розміри, матеріал або технологія, в складних технічних системах змінюються органоструктура і конструктивна схема, тобто деякі елементи і групи, їх з’єднання і розміщення в просторі.

Звичайно модифікація здійснюється шляхом переробки конструкції.

Нові технічні системи. Для виконання бажаної функції відсутня технічна система або ж існуюча має недоліки принципового характеру. Необхідна система з новим принципом дії і іншими технічними властивостями. Наприклад, привід гірничої машини з двигуном внутрішнього згорання у зв’язку з наявністю в зоні роботи обладнання горючих газів повинен бути замінений на вибухобезпечний:пневмопривід, гідропривід, гідропривід.

 

6.6. Класифікація технічних систем за типом виробництва

Тип виробництва, який визначається кількістю одиниць продукції, що виготовляються, додає кожному виробу ряд характерних технічних і економічних властивостей.

Технічні системи одиничного виробництва. У цьому випадку конструкторські і підготовчі роботи необхідно пристосувати до потреб поштучного виробництва, в умовах якого вартість кожної виготовленої технічної системи збільшується. Не виключено, що в умовах одиничного виробництва необхідна функція технічної системи взагалі не буде досягнута оскільки при виготовленні крупних технічних систем доводиться працювати без прототипу. От чому ця категорія систем пред'являє високі вимоги до конструктора.

Технічні системи серійного або масового виробництва. Ці системи в цілому краще пропрацьовано з погляду виробництва. Через великий об'єм партій виробів частка конструкторських витрат по відношенню до загальних витрат невелика. Проте оскільки контролю піддається, як правило, лише невелика частина виробів, то не виключені різні погрішності і дефекти. Тільки при здійсненні безперервного контролю за всіма операціями або деталями і виробами, що випускаються, у цілому можна добитися стабільної якості при серійному і масовому виробництвах.

 

6.7. Класифікація технічних систем за їх місцем у технічному процесі

При розгляданні системи перетворень і її елементів (розділ 3.4) вже згадувалося, що не всі технічні системи можуть безпосередньо використовуватися в технічному процесі як виконавці дії. Ця класифікація має мало спільного з іншими класифікаційними принципами, особливо з принципом складності, і підрозділяє технічні системи лише на крайові і внутрішні (проміжні).

Крайові системи, виступаючі в технічному процесі як оператори, – це переважно установки, машини, апарати, прилади і інструменти, що виконують дію. Вони утворюють з операндом пару взаємодії. Внутрішні (проміжні) технічні системи, як, наприклад, редуктор, привід, трансформатор, тільки при спільній робот з крайовими технічними системами можуть здійснювати необхідну дію на операнд.

 

Контрольні запитання.

1. Класифікуйте техніку для видобування речовини в природі.

2. Назвіть групи класифікації технічних систем відповідно до загальної ієрархії техніки.

3. Приведіть ознаки класифікації технічних систем.

4. Що мається на увазі при класифікації технічних систем за функцією?

5. Назвіть ознаки класифікації технічних систем за ступенем оригінальності конструкції.

6. Назвіть ознаки класифікації технічних систем за типом виробництва.

7. Що таке крайові технічні системи?