1.3. Классификации технических систем

Существует множество классификаций технических систем. Остановимся на одной из них, которая позволяет обнаружить связи между сложными элементами со скрытыми отношениями технических систем.

Перечислим те аспекты, которые принимаются во внимание при проведении классификации технических систем и весьма характерны для методической работы конструктора, технолога и людей, занимающихся эксплуатацией технических объектов.

Рассмотрим некоторые принципы классификации технических систем, которые важны с нескольких точек зрения: проектировщика, конструктора и с позиции эксплуатации. Технические системы могут быть классифицированы по следующим признакам [42].

По уровню сложности. Например, в порядке убывания сложности: жилой микрорайон со всей инфраструктурой; строительная технологическая машина, например экскаватор или любые другие машины; двигатель автомобиля или его привод; узлы или конструктивные элементы грейдера.

Такая классификация технических систем относится к делению систем на классы по их структуре. Хотя основным признаком, по которому образуются классы, может служить функция системы, однако, учитывая потребности производства, и исходя из соображения монтажа, возникает необходимость в проведении иной классификации. В силу организационных причин технические системы целесообразно разделять на подсистемы.

В общем виде любую сложность можно представить как связь уровней сложности составляющих ее частей [42] типа: сложная система (микрорайон или жилой комплекс) ↔ техническая система (строительная машина – экскаватор) ↔ подсистема (обеспечением топливом двигателя автомобиля) ↔ подгруппа (узлы подвески) ↔ элемент (деталь – маховик).

На более высоких уровнях сложности можно различать еще и промежуточные уровни. Здесь речь идет об относительной иерархии. Одна и та же система более низкого уровня, например, коробка передач или электромотор в одной системе рассматривается как подгруппа, а в другой системе – как группа или машина (подсистема).

Нижние уровни технических систем находят более универсальное применение; например, элемент «винт, болт» и т. п. применяется в машиностроении повсеместно.

Классификация технических систем по уровню сложности полезна в работе конструктора. Так, уровень сложности:

• находится в определенном соотношении со степенью сложности решения поставленной перед конструктором задачи;

• предполагает установление известных границ для специализации конструктора, например, инженер–конструктор – с автомобилем, конструктор деталей – с элементами машины);

• помогает конструктору ориентироваться в процессе работы; так, если он решает задачу на каком–то определенном уровне сложности, ему важно знать то, как его задача согласована с более высоким уровнем.

• на основании сборочного чертежа отдельные уровни сложности можно рассматривать как совокупности процессов изготовления и монтажа.

• образование соответствующих совокупностей, прежде всего из деталей, подгрупп и групп, является необходимым условием для конструктора при создании модульных конструкций, а также целесообразной организации производственного процесса.

По типу операнда бывают технические системы для преобразования материи, энергии, информации, биологических объектов, процессов и др.

Применение этого принципа классификации позволяет осуществить разделение машинных систем на машины для переработки материи (доменные печи, химические реакторы), машины для переработки энергии (двигатели). Однако при рассмотрении технической системы как системы, осуществляющей действие, такое деление может оказаться вторичным, а потенциальное применение данной технической системы может не ограничиваться названным типом операнда.

По функции и характеру функционирования. Например, это системы для различных условий функционирования, в том числе окружающей среды (для тропического или северного климата); мощностные, скоростные, импульсные технические системы и другие.

Название технических систем часто выбирается по соответствию с их функцией. Так, составление номенклатур изделий применительно к требованиям сбыта, планирования, сравнительной оценки, контроля и другие осуществляется в соответствии с функцией технических систем.

Изделия обозначаются по функции также в тех случаях, когда требуется помочь потенциальному потребителю найти то или иное техническое средство для выполнения определенной функции: этому служат торговые и промышленные каталоги, обзорные таблицы.

Классификацию узлы и детали строительных машин целесообразно проводить по функции, так как конструктор, производственник и эксплуатационник применяют различные детали в соответствии с их функциональной пригодностью.

Такую классификацию обычно называют конструктивно – функциональной. Наряду с классификацией по способу изготовления она является основной при заимствовании существующих технических систем, унификации, типизации и стандартизации элементов и групп. Классификация по этим принципам позволяет экономить время конструктора.

Провести полную конструктивно–функциональную классификацию элементов и узлов, используемых в различных отраслях техники, чрезвычайно трудно в силу их многообразия. Однако следует учитывать общие принципы. В этом случае при классификации исходят из того, как используется множество элементов и узлов, выполняющих в различных отраслях техники одну определенную функцию.

Такой подход позволяет говорить о едином понимании таких элементов, как крепежные детали, соединительные муфты, редукторы, измерительные, регулирующие и сигнальные приборы, гидравлические и пневматические приборы и их части, специализированные электротехнические устройства.

По принципу осуществления рабочего действия. Например, технические системы, основанные на механическом, гидравлическом, пневматическом, электронном, химическом, оптическом, акустическом принципах; по функции (рабочему действию) ‑ например системы для вращения, фиксации, придания формы, подъема и др.

Классификация технических систем по принципу действия важна тем, что системы, выполняющие одинаковые функции, могли быть сгруппированы по еще какому-либо важному признаку.

Так, например, системы «промышленные печи» можно подразделить по принципу действия: печи электрические, газовые, печи на твердом и жидком топливах. В свою очередь, электрические печи можно подразделить по используемому физическому принципу на электрические печи сопротивления и индукционные электропечи.

По характеру функционирования можно различать печи непрерывного действия и печи с прерываемым рабочим циклом – камерные печи.

Печи непрерывного действия также можно классифицировать по способу транспортировки изделий: конвейерные, роликовые, печи с шагающим подом и другие.

По степени конструктивной сложности. Учитывают степень сложность выполняемых функций, форм, оригинальности конструкции, структуры в целом. Точки зрения на конструктивную сложность пересекаются с указанными выше уровнями общей сложности.

Критериями оценки степени конструктивной сложности служат: оригинальность конструкции, сложность выполняемых функций, форм, структуры в целом; сложность расчетов; размеры, необходимые точность их выполнения и качество обработки; особые требования, предъявляемые к таким характеристикам, как масса, технологичность конструкции, затраты, требования к внешнему виду.

При планировании конструкторской работы степень конструктивной сложности разрабатываемой технической системы служит критерием для установки определенных временных рамок инженерной работы.

В качестве примера классификации деталей машин по степени конструктивной сложности рассмотрим технические системы определенного уровня сложности. По степени их конструктивной сложности её целесообразно разделить на несколько категорий. При этом, в зависимости от уровня сложности рассматриваемой технической системы для решения связанных с ней проблем выбирается соответствующий специалист или группа специалистов.

В качестве примера укажем степень конструктивной сложности (СКС) деталей разных уровней.

Первый уровень – это СКС–1. К нему относятся очень простые детали с небольшим количеством контрольных размеров невысокой точности (шайба, небольшой вал, болт, крепежная скоба).

СКС–2 – простые детали с большим количеством контрольных размеров (рычаг, шкив, простое штампованное изделие).

СКС–3 – более сложные детали (шестерня, шлицевой вал).

СКС–4 – сложные детали с большим количеством контрольных размеров (сложные отливки, небольшие поковки).

СКС–5 – очень сложные детали (сложные отливки и поковки средних размеров).

СКС–6 – очень сложные и большие детали (каркасы, сварные или литые станины).

СКС–7 – особо сложные детали больших размеров и необычной формы с точным выдерживанием большого количества контрольных размеров (лопасти турбины, большие поковки, прецизионные отливки сложной формы).

По степени патентоспособности и оригинальности конструкции, например, обладающие патентоспособностью, оригинальные технические системы, заимствованные, доработанные, модифицированные.

При разработке каждой новой строительной технологической машины конструктор всегда старается использовать хорошо зарекомендовавшие себя на практике узлы и детали.

По степени оригинальности конструкции технические системы можно разделить на следующие категории: заимствованные, доработанные, модифицированные и новые технические системы.

При разработке конструкции машины конструктор выбирает из наиболее подходящих уже существующих технических систем необходимые функции и элементы, их обеспечивающие.

В первую очередь к заимствованным относятся унифицированные элементы типа болт, пружины, вентили и другие, а также неунифицированные элементы и группы, которые заимствуют из других конструкций. Доработка технической системы проводится исключительно в целях приспособления ее к особым условиям и требованиям новой задачи, а новые материалы используются только в целях повышения качества, удешевления или модернизации.

В модифицированной конструкции обычно не изменяются лишь функции, некоторые параметры и принцип действия. В элементах могут быть изменены форма, размеры, материал или технология. В сложных технических системах обычно изменяются органоструктура и конструктивная схема. Как правило, модификация осуществляется путем переделки конструкции. Если для выполнения желаемой функции отсутствует система, а существующая имеет недостатки принципиального характера, то применяют конструкции с новым принципом действия и другими техническими свойствами.

По степени стандартизации и происхождению. Такая классификация очень важна для оценки экономичности конструкции.

По степени стандартизации технической системы можно судить о целесообразности и возможных масштабах ее производства в рамках данного предприятия, что важно для организации серийного или массового производства.

В этом случае выражается соотношение долей элементов отдельных категорий стандартизованных деталей и узлов с общим количеством всех конструктивных элементов, деталей и узлов в технической системе.

С экономической точки зрения элементов сложного происхождения должно быть как можно меньше в системе, поскольку они характеризуют требования, предъявляемые к конструкторской и технологической подготовке производства. Хотя в силу каких–либо причин, эти соображения не являются решающими, но соотношения отдельных элементов в машине, то есть степени стандартизации, надо знать.

По типу производства различают системы, изготовленные в условиях единичного, серийного или массового производства.

Тип производства придает каждому изделию ряд характерных технических и экономических свойств. Поэтому следует различать системы, созданные в единичном или поштучном производстве.

В этом случае конструкторские и подготовительные работы необходимо приспособить к нуждам производства, в условиях которого стоимость каждой изготовленной технической системы своя.

Иногда в условиях единичного производства необходимая функция технической системы не достигается, поскольку при изготовлении крупных технических систем приходится работать без прототипа. Поэтому к этой категории систем предъявляют высокие требования.

Технические системы серийного или массового производства лучше проработаны с точки зрения производства. При реализации этих производств, чтобы избежать погрешности и дефектов, необходимо осуществлять непрерывный контроль всех операций выпуска деталей. поэтому при серийном и массовом производстве в целом добиваются высокого качества.

Классификация по способу изготовления иллюстрируется следующим примером: изготовленные путем литья, штамповкой, ковкой, механообработкой. При изготовлении деталей, которые сгруппированы по классам, требуется однотипное технологическое оборудование, которое можно положить в основу своей классификации.

Если исходить из принципа сходства технологии операций изготовления, где главным отличием будет служить форма поверхности детали и метод её формирования, то получают удобную и рациональную технологию создания деталей.

Такая классификация позволяет провести высокоэффективную технологическую подготовку производства, методов управления и планирования им. Все это дает возможность сконцентрировать операции на небольшом количестве технологического оборудования и объединить рабочие места для производства одинаковых по способу изготовления деталей.

По способу упорядочения различают уровни технической системы, например установки с упорядочением подсистем по способам их действия или технологии.

По материалу выделяют технические системы из стали, меди, пластмассы.

По форме выделяют технические системы (конструктивные элементы) в виде тела вращения, плоские, сложной формы и т. д.

По названию фирмы-изготовителя. Здесь приведем пример – технические системы заводов «КАМАЗ», «БелАЗ».

По месту в техническом процессе различают системы по эксплуатационным свойствам, по внешнему виду, по технико-экономическим характеристикам и т. п.

Отметим, что одна и та же техническая система может принадлежать одновременно к нескольким классам.