Projektowanie systemów
System (gr. σύστημα systema - rzecz złożona) jest to zbiór elementów wzajemnie powiązanych ze sobą relacjami w taki sposób, że stanowią one całość zdolną do funkcjonowania w określony sposób, przy czym ze względu na te powiązania elementy zbioru są wyodrębnione z otoczenia.
Zbiór elementów systemu nazywa się jego składem, natomiast zbiór wzajemnych relacji, warunkujących ich przynależność do systemu - strukturą.
Systemem są także zasady organizacji czegoś – zbiór przepisów i reguł obowiązujących w danej dziedzinie. Elementarnymi obiektami systemu są takie obiekty, które samodzielnie nie mogą tworzyć systemów. Elementami systemu mogą być: urządzenia techniczne, metody wykonywania czynności, zasady organizacyjne, normy, reguły postępowania, a jego strukturą - wzajemne relacje pomiędzy elementami przynależnymi do systemu. Na przykład zbiór określonych urządzeń technicznych będących elementami systemu tworzy linię technologiczną, w której związki technologiczne tworzą strukturę tej linii jako systemu. Należy zwrócić uwagę, że system powstaje tylko wtedy, kiedy w zbiorze elementów, w którym każdemu elementowi są przypisane cechy systemotwórcze istnieją określone ciągi relacji między tymi elementami, tworzące strukturę systemu.
System techniczny
jest to układ elementów lub obiektów technicznych sprzężonych wewnętrznie, np. elementy przekładni zębatej, rozpatrywane od wewnątrz są zbiorem kół zębatych, wałków, łożysk, zaś rozpatrywane od zewnątrz – całością, czyli skrzynią przekładniową.
Analogicznie lokomotywa, kombajn rolniczy, czy samolot są systemami technicznymi, składającymi się ze sprzężonych, skoordynowanych wewnętrznie i mających określoną strukturę zespołów jako elementy systemu technicznego.
Baza transportowa jest również systemem, zaś elementami tego systemu są pojazdy, stacje obsługi, urządzenia, warsztaty mechaniczne i elektryczne, akumulatorownie i inne. Wszystkie te mniejsze systemy są sprzężone wewnętrznie organizacją i technologią funkcjonowania bazy.
Elementy tworzące zbiór elementów systemu mają pewne charakterystyczne cechy odróżniające je od elementów otoczenia, które mogą być:
• mierzalne bezpośrednio - charakteryzowane ilościowo:
ü geometryczne, np. wymiary elementów, chropowatość i inne,
ü fizyczne, np. twardość, masa elementu, masa właściwa, wytrzymałość i inne,
ü chemiczne, np. skład chemiczny,
• niemierzalne lub mierzalne pośrednio - charakteryzowane postaciowo, np. kolor – widmo światła, zapach – udział określonej substancji i inne.
Oznacza to, że każdy element systemu opisany jest wyróżnionymi zbiorami zmiennych cech o ustalonej liczności, zależnej od celu badań, dla którego zbudowano system.
Analiza dowolnego systemu, zaś szczególnie badania systemu technicznego są często wykonywane na jego modelu.
Analizując definicję systemu można wywnioskować, że praktycznie wszystkie wytwory z otoczenia człowieka są właściwie systemami.
Dla zrozumienia tego pojęcia można rozpatrzyć poniższe przykłady. Przykładowo, garnek jest systemem do gotowania oraz przetrzymywania płynów i różnych innych materiałów. Garnek ma określony kształt, ma uchwyty, jest wykonany z wytrzymałego mechanicznie materiału, odpornego na wyższe temperatury, itd. Dla zapewnienia jego funkcjonalności, wszystkie wymienione elementy połączono razem.
System maszynowy
jest to celowo określony zbiór elementów i zbiór powiązań między nimi, łącznie określające właściwości systemu. Elementami tego systemu mogą być np. tokarki, frezarki szlifierki, piece do obróbki cieplnej, urządzenia pomocnicze, przenośniki i suwnice, drogi, elementy przewidziane do obrabiania, transportu, składowania, itp., zaś otoczeniem systemu jest celowo określony zbiór elementów, które nie są elementami danego systemu, lecz mają sprzężenie z systemem, istotne dla zrealizowania przez system ustalonego celu, np. warsztaty, magazyny.
System produkcyjny
jest to układ elementów składowych i relacji pomiędzy nimi oraz relacji przekształceń czynników wejścia do systemu na czynniki wyjścia z systemu. Stanowi on celowo zaprojektowany i zorganizowany układ materialny, energetyczny oraz informacyjny eksploatowany przez człowieka do wytwarzania określonych produktów zaspokajających różnorodne potrzeby konsumentów.
Technika systemów jest nowym i najważniejszym z ostatnich osiągnięć techniki, nie tylko jako metoda projektowania i organizacji wysiłku w dziedzinie techniki, ale również jako dyscyplina mająca potencjalne możliwości wielu zastosowań w innych dziedzinach.
Możliwości zastosowania techniki systemów są w zasadzie nieograniczone i obejmują np. projektowanie systemów komunikacyjnych dla całych krajów a nawet kontynentów.
Przystępując do projektowania tego rodzaju systemów należy jednak pamiętać, że wybór kryteriów powinien uwzględniać przede wszystkim dobro ludności, zaś optymalizacja osiągniętego wyniku należy do projektanta. Projektowanie techniczne powinno być poprzedzone ustaleniem celów społecznych, wymagań jakościowych i estetycznych oraz innych czynników o charakterze ogólnym, co umożliwi stworzenie projektu wysokiej jakości. Rola inżyniera w technice polega na twórczym projektowaniu, w najszerszym tego słowa znaczeniu, obejmującym odpowiedzialność za funkcjonowanie zrealizowanego systemu.
Systemy techniczne różnią się od starszych gałęzi techniki ścisłością, rozległością i kompletnością rozważań poświeconych projektowaniu. W porównaniu z dawniejszymi urządzeniami są większe, bardziej złożone i w wielu przypadkach zautomatyzowane.
Najistotniejszymi cechami projektowania systemów są:
• sformułowanie modelu matematycznego,
• analiza czułości systemu na zmiany parametrów jego elementów,
• analiza zdolności do współpracy różnych członów systemu lub podsystemów,
• określenie stabilności systemu w przypadku zmian wielkości wejściowych,
• optymalizacja projektowania ze względu na pewne określone poprzednio kryterium,
• przewidywanie wydajności systemu,
• ocena systemu na podstawie badań modelu matematycznego lub prototypu.
Uproszczoną idealizacją procesu lub systemu jest model, który powinien obejmować istotne zmienne badanych zjawisk i procesów, pomijając inne. Modele służą do rozwiązywania problemów praktycznych i umożliwiają dostrzeżenie nowych zależności, gdy:
• dokonywanie eksperymentów na badanym obiekcie byłoby trudne lub kosztowne,
• nieznane są odpowiednie równania matematyczne, albo ich zawiłość uniemożliwia rozwiązanie.
W technice pełnią one rolę tymczasowego środka pomocniczego, użytecznego przy tworzeniu teorii, pozwalając na wyobrażenie zjawisk bezpośrednio nie obserwowalnych.
Etapy projektowania systemu, urządzenia lub narzędzia przedstawiono na rysunku.
Etap między projektowaniem wstępnym a projektowaniem szczegółowym nazywa się rozwojem. Stanowi on kombinację prac badawczych, projektowania wstępnego i tej części projektowania szczegółowego, która jest w tym stadium projektowania możliwa. Jeżeli w tym stadium projektowania interesujące są przede wszystkim poszczególne człony systemu, to można je zbadać oddzielnie. Następnie należy ocenić zespół członów systemu w postaci prototypu systemu. Jest rzeczą prawie nieuniknioną, że po wykonaniu badań i oceny okaże się konieczne jakieś przeprojektowanie w celu poprawienia błędów stwierdzonych podczas prac rozwojowych.
W praktyce cykl badań, oceny i przeprojektowania może powtarzać się kilkakrotnie, aż do uzyskania zadowalającej postaci prototypu. Rozpoczyna się wówczas projektowanie szczegółowe, obejmujące wszystkie ulepszenia, których wprowadzenie nakazały budowa, badania i ocena prototypu.
Od projektowania wstępnego przechodzi się do budowy w przypadku pojedynczego obiektu, lub do produkcji w przypadku wyrobów wytwarzanych masowo.
Po zakończeniu budowy obiektu lub prowadzeniu produkcji przez pewien czas rozpoczyna się okres eksploatacji.
We wszystkich wymienionych etapach projektowania inżynier jest odpowiedzialny za jego pełny sukces. Główny projektant jest odpowiedzialny za koordynację i właściwe wykonanie wszystkich prac objętych projektem, przez podległy mu zespół inżynierów i techników będących specjalistami w określonych działach technologii oraz pracowników naukowych wyspecjalizowanych w badaniach. Każdy członek zespołu powinien być świadomy znaczenia projektowanego urządzenia lub systemu. Nie wystarczy, aby był on jedynie specjalistą w jakimś fragmencie projektu, ale powinien on rozumieć przeznaczenie wyrobu lub systemu, jego wpływ na środowisko i wpływ środowiska na ten wyrób lub system, pamiętając stale o kosztach.
Główny projektant powinien kierując projektowaniem szukać rozwiązań optymalnych, odpowiadających najlepiej założonym celom. Odpowiedzialność głównego projektanta wymaga dużej zdolności podejmowania decyzji.
Szybki rozwój systemów elektrycznych i elektronicznych, któremu towarzyszył rozwój potężnych narzędzi analitycznych umożliwiających badanie stabilności i przewidywanie wydajności systemu, dostarczył wielu danych i metod, dających się zastosować do systemów w ogólności. Uświadomienie sobie, że systemy mają wiele cech wspólnych, niezależnych od rodzaju składników i funkcji systemu, doprowadziło do rozwoju potężnych metod ogólnych rozwiązywania problemów z dziedziny projektowania systemów.
3 | Strona
Kaacha91