Московский государственный университет приборостроения и информатики
Кафедра КБ 5 Компьютерные системы автоматизации и управления
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой КБ5
_________ (Жуков Д.О.)
«___» _________ 2015 г.
Для студентов 4 курса института КБ
Специальности 220700
Доцент, к.т.н. Панайоти В.А.
ЛЕКЦИЯ № 2
по дисциплине «Диагностика и надежность автоматизированных систем» шифр 34304
ТЕМА: «Обобщенные структурные модели объекта»
Обсуждена на заседании кафедры
(предметно-методической секции)
«_ _» __________2015 г.
Протокол № _____
МГУПИ – 2015 г.
2. Обобщенные структурные модели объекта
Большим подспорьем в построении детерминированных моделей конкретных объектов являются их обобщенные структурные модели.
Весь окружающий нас материальный мир и мы сами представлены двумя существенно отличающимися друг от друга объектами. Это процессы и конструкции.
С целью определения их структурных моделей было проанализировано большое число работ, посвященных классификации самых разнообразных объектов.
На рис. 1 и 3 показаны схемы иерархического строения соответственно процессов и конструкций – это как бы вертикальный разряд их пространственных моделей. На рис. 2 и 4 показаны соответственно схемы взаимодействия процессов и конструкций и их элементов – это как бы горизонтальный разрез на качественном подуровне соответствующего уровня их пространственных моделей.
Следует отметить, что, несмотря на то, что для разработки обобщенных структурных моделей конструкций и процессов использовались существующие классификации со своими установившимися понятиями и названиями для обозначения уровней, как для процессов, так и для конструкций должны быть приняты новые наименования. Наименования уровней в обобщенных структурных моделях процессов должны быть ориентированы на циклы получения конкретной продукции в целом, или ее отдельной части (элемента). Наименования уровней конструкций - на наименования их рабочей части.
При анализе обобщенных структур процессов и конструкций обнаружен ряд интересных особенностей.
У каждого уровня структурной модели имеется два подуровня, которые можно различать как:
- качественный подуровень, на котором возможно лишь качественное изменение, т.е. внутреннего содержания составляющих частей продукции, будь то процесс или конструкция;
- количественный подуровень, на котором возможно лишь количественное варьирование составом (количеством) частей продукции. Т.е. например, вместо одного- двух циклов процесса организовать три и более, не изменяя внутреннего их (циклов) содержаний.
Следует отметить, что любое изменение на количественном подуровне приводит к качественным изменениям на качественном подуровне верхнего уровня, а изменения на качественном подуровне верхнего уровня должны привести при прочих одинаковых условиях к изменению количественного состава количественного подуровня данного уровня.
Из полученных структурных моделей видно, что объект диагностирования можно представить на любом уровне. При этом отображение объекта должно полностью передавать все его свойства.
Цикл получения продукта
Основная часть
цикла получения продукта
Вспомогательная часть
цикла получения продукта
Цикл получения i-го элемента продукта
Цикл обеспечения j-го действия получения продукта
Структурная иерархическая схема процесса
К последующим процессам
Вспомогательная часть цикла
получения продукта
продукты
отходы
Основная часть
цикла получения
продукта
объекты
для получения
продукта
средства
для получения
продукта
От
предшествующих
процессов
Рис. 2. Схема взаимодействия процессов
Конструкция
Часть-основание
Промежуточная часть
Рабочая часть
k-ый элемент
основания
m-ый элемент
промежуточной части
n-ый элемент
рабочей части
Рис.3.Структурная иерархическая схема конструкции
Пространство окружающее основание
Пространство
окружающее
промежуточную часть
Пространство
окружающее
рабочую часть
Часть -
основание
Промежуточная
часть
Рабочая часть
Рис.4.Схема взаимосвязей основных частей конструкции
Кроме этого, здесь следует сделать ряд замечаний.
- Уровень, на котором находится анализируемый объект, не может быть ниже уровня, на котором осуществляется его диагностика.
- Анализ взаимодействия отдельных частей объекта необходимо осуществлять строго на одном уровне.
- Рассматриваемое количество элементов модели зависит от того, насколько выше по уровню находится анализируемый объект.
Взаимодействие процессов и конструкций осуществляется только на качественных подуровнях.
Взаимодействие между процессами осуществляется посредством конструкций и наоборот, взаимодействие (взаимосвязь) конструкций осуществляется через процессы. Т.е. существование процессов и конструкций возможно лишь совместно.
Процесс необратим. Из того, что выходит нельзя сделать то, что входит в процесс. Иначе процесс был бы бесконечным и независимым от входа и выхода - замкнулся бы сам в себе. В этом случае процесс невозможно было бы наблюдать.
При рассмотрении процесса на некотором уровне его существования с позиций верхних уровней процесс этого уровня является непрерывным, с позиций нижних дискретным, а с позиций этого уровня – некоторым законченным действием (циклом) по преобразованию объекта в продукт.
Процесс уровнем выше по отношению к рассматриваемому является его ближайшей конечной целью. Т.е., очевидно, что для достаточно полного представления о рассматриваемом процессе и анализа участвующих в нем конструкций, его необходимо рассматривать уровнем ниже, а цель (конечный результат) определять уровнем выше.
Связи основных элементов конструкции, обозначенные на схеме тройными линиями (см. рис. 4), также имеют свою – особую структуру. Назовем эти связи вспомогательными элементами конструкции. Особенность вспомогательных элементов конструкции по отношению к основным заключается в отличие их функций. Основные элементы конструкции, т.е. основание (крепежно-присоединительная) часть, промежуточная (корпусная) часть и рабочая часть предназначены и конструируются для того процесса, который должна обеспечить данная конструкция. Вспомогательные же элементы обеспечивают эффективное взаимодействие основных элементов конструкции, т.е. процесс их соединения и крепления. Например: для обеспечения цикла доставки от месторождения нефти или газа в качестве рабочей части используется трубопровод, в качестве крепежно-присоединительной части скважина, в качестве промежуточной – станция нефте или газоперекачки. К вспомогательным элементам относятся все элементы, обеспечивающие надежное присоединение трубопровода к станции нефте или газоперекачки и последней к скважине.
При анализе функционирования вспомогательных элементов конструкции установлено, что они в пространстве и времени ведут себя противоположно основным элементам. Элементы вспомогательной части имеют определенную последовательность функционирования во времени. Вначале, при сборке, работают элементы грубой (предварительной) ориентации, затем базирующие элементы, а потом закрепляющие. Следует отметить, что у большинства конструкций элементы предварительного ориентирования работают лишь при сборке и разборке, в остальное время их роль в конструкции может быть сведена к нулю. Т.е. для функционирования собранной конструкции необходимы лишь базирующие и закрепляющие элементы.
У основных элементов конструкции имеется строгая определенность их расположения в пространстве, в работе же они участвуют одновременно. Поэтому последовательность их функционирования во времени отсутствует. Для функционирования конструкции необходимы все три ее основных элемента.
С точки зрения многообразия вариантов конструкций их основные элементы определяются: формой, объемом и содержанием. Вспомогательные элементы, связывающие между собой основные элементы конструкции, имеют более сложное строение и определяются параметрами процессов: предварительного (грубого) ориентирования основных элементов относительно друг друга, базирования и закрепления.