Наука

Основное научное направление кафедры – технологическая системотехника.

Современные нормативные представления о сущности технологической системотехники определены государственным стандартом. В соответствии с ним технологическая система по совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения в регламентированных условиях производства заданных технологических процессов или операций. Из этого следует, что любая технологическая задача связана, как минимум, с анализом какой-то технологической системы или, в конечном счете, предусматривает синтез технологической системы. И если какие-то прикладные задачи связаны с анализом или синтезом систем, то для их решения целесообразно применять методы особой области знаний, получившей название системотехники.

Термин «системотехника» (от англ. SystemEngineering) впервые был введен Г.Н. Поворовым, редактором известной книги Г.X. Гуда и Р.Х. Макола "Системотехника. Введение в проектирование больших систем".

В соответствии со сложившимися в последние десятилетиями представлениями системотехника — это научное направление, изучающее общесистемные свойства системотехнических комплексов, процессы их создания, совершенствования, использования и ликвидации в целях получения максимального социального эффекта. Основным методом системотехники является системный подход с его конкретными видами реализации: системным анализом, исследованием операций и кибернетикой.

Системотехника наука сравнительно молодая, возможно, потому еще не определены общепринятые и достаточно четко очерченные границы этой области знаний. Она, как правило, рассматривается как междисциплинарная наука, объединяющая на единой научно-методологической основе разрозненные методы исследования систем на различных уровнях их изучения и фазах существования. Такой подход соответствует современным тенденциям к интеграции отдельных отраслей знаний и отвечает практическим нуждам исследователей, проектировщиков, эксплуатационников всех участников процесса создания и использования систем.

По масштабам проникновения системных представлений в самые разнообразные области науки и практики системотехнику можно сравнить, пожалуй, только с кибернетикой. Это объясняют, как правило, следующими причинами:

1. недостаточностью предметоцентрических представлений и острой необходимостью в различных предметных областях в системоцентрических знаниях, в сосредоточении познания па раскрытии закономерностей существования, функционирования и развития систем различного назначения;
2. особенностями развития техники и технологии, обусловленными высокой степенью взаимосвязи социальной и производственной деятельности (рост единичной мощности средств производства при углубляющейся специализации производства, повышение интенсивности сопровождающих современное производство технических и экономических процессов, вовлечение в кругооборот все больших материальных и трудовых ресурсов и т.п.).

В качестве особенности современного развития системных идей помимо глубокого интереса к теоретико-методологическим проблемам отмечается также интенсивная работа по созданию математической теории систем и системного анализа и во все более расширяющейся сфере практического их приложения в технике, экономике и социальных областях. Вместе с тем, констатируется, что современное состояние математической теории систем и системного анализа представляет собой весьма пеструю картину разнообразных концепций, подходов, переплетений "чисто системных" теорий и методов с теориями и методами смежных научных направлений (кибернетики, исследования операций, инженерной психологии, теории организаций и т.п.). Количество публикаций отечественных и зарубежных огромно и труднообозримо.

В настоящее время системные исследования получили широкое распространение к биологии, психологии, социологии, лингвистике и ряде других наук. Важную poль они играют в технике, где системотехника завоевывает статус особого научного направления.

Объектом исследования системотехники являются сложные технические комплексы, разными авторами называемые по-разному: большие системы, человеко-машинные или эрготехническне системы, сложные системы, интегральные системы, системотехнические комплексы. Системотехника, по мнению многих исследователей, является технической наукой и, следовательно, в определении ее объекта должен содержаться термин "техника". Далее, особенностью данного
объекта является его существенная неоднородность: наличие и чисто технических компонентов, и людей, что по сложившейся практике обычно передается термином "комплекс". Наконец, использованием термина "система" преследуется цель подчеркнуть, что объект рассматривается, прежде всего, как система.

Чаще всего в качестве предмета изучения системотехники выделяют проектирование системы, понимая под проектированием и методологию поиска системных характеристик проектируемых объектов, и методы формирования эффективной системы процедур проектирования. В ряде случаев предмет системотехники трактуется шире и включает не только процессы проектирования, но и процессы испытания, производства, установки, эксплуатации и демонтажа, т.е. процессы использования и ликвидации системотехнических объектов. Последняя точка зрения принимается как наиболее соответствующая самому "духу" системотехники, се базовому методу "системному подходу".

Сложный системный характер задач системотехники, значительный экономический и социальный нес ошибок при неудачном их решении требуют от инженера-системотехника широкою кругозора, знания достижений в смежных областях науки и техники, особенно в математике и в вычислительной технике. Роль вычислительных машин в системотехнике огромна. Часто моделирование и расчеты на ЭВМ являются единственной реальной возможностью решения возникающих проблем. Соотношение и связь системотехники с различными научными направлениями и разными областями техники показывают, что системотехника, наряду с технической кибернетикой, выступает мощным фактором научно-технического прогресса, являясь тем каналом, по которому достижения науки наиболее эффективно проникают и включаются в самые разнообразные сферы производственной деятельности общества.

Системотехника в силу своей ориентированности на наиболее общие системные характеристики предмета исследования носит междисциплинарный характер. Изучаемые ею законы и закономерности не зависят от конкретного типа систем. Теоретической основой системотехники является общая теория систем.

Существенная абстрактность общей системотехники, обеспечивая широкую применимость ее выводов, имеет тот недостаток, что значительно ослабляется связь со специфическими требованиями и свойствами отдельных классов систем. Это
затрудняет перевод полученных, выводов и принципов на язык конкретных отраслей техники. Это обстоятельство лежит в основе той тенденции дифференциации, которая проявляется в последнее время в системотехнике. Так,
выделяют теоретическую системотехнику, системотехнику в радиолокации, в АСУ, на транспорте, военную системотехнику и т.д.

Не осталась в стороне от проникновения системных представлений и технология, как отрасль знаний, изучающая совокупность средств и методов, применяемых для преобразования исходного сырья в конечный продукт. Это обусловлено сложившимися и последнее время представлениями о технологических системах.

В соответствии с государственным стандартом различают четыре иерархических уровня технологических систем: технологические системы операций, технологические системы процессов, технологические системы производственных подразделений и технологические системы предприятий.

В качестве исполнителя в технологической системе рассматривается человек, осуществляющий в ней трудовую деятельность по непосредственному изменению и (или) определению состояния предметов производства, техническому обслуживанию и ремонту средств технологического оснащения. Следовательно, проектирование технологических систем неизбежно предполагает разработку решений по организации и управлению трудовой деятельностью исполнителей, согласованию их функций и взаимодействия.

В качестве подсистем технологической системы рассматриваются технологические системы, выделяемы по функциональному или структурному признаку из технологической системы более высокого уровня. В качестве элемента технологической системы рассматривается ее часть, условно принимаемая неделимой на данной стадии ее анализа.

Таким образом, для технологических систем свойственны большая сложность, многофункциональность и разнообразие элементов. Как правило, традиционный подход, основанный па выделении подсистем, независимо изучаемых и проектируемых в рамках соответствующих специальных дисциплин, порождает многочисленные и трудноразрешимые проблемы.

Между участниками процесса проектирования технологических систем, отвечающих за различные иерархические уровни и аспекты производства и занятыми разработкой отдельных подсистем по своим локальным критериям, порой возникают на первый взгляд непреодолимые противоречия. В этих условиях масштабы непонимания между специалистами разного профиля, каждый из которых оперирует только в рамках своей дисциплины, постоянно увеличиваются. Слабая интегрированность и недостаточная адекватность математических моделей, используемых на отдельных стадиях проектирования, чрезвычайно затрудняют создание систем автоматизированного проектирования наиболее мощного средства сокращения сроков разработок и повышения их качества. Узкоспециальный и субъективный подход к проблемам использования технологических систем без учета всех фаз их жизненною цикла приводит к неправильной оценке технической и экономической эффективности проектных решений, перерасходу или дефициту технологических ресурсов, нарушению реновационного цикла, росту техногенного риска.

Данное перечисление, конечно, не претендует на полноту, но включает, на наш взгляд, узловые проблемы технологической системотехники, решение которых требует:

1. выработки в области науки о технологии общесистемных понятий и методологии, служащих языком общения и средством установления взаимопонимания между участниками процесса проектирования и использования технологических систем;
2. совершенствования, обобщения и агрегирования методов и моделей, с помощью которых определяются функциональные, структурные и информационные характеристики технологических систем, а также находятся и обосновываются критерии, позволяющие проводить их оптимизацию;
3. изучение особенностей и объединения в единый жизненный цикл всех стадий существования технологических систем.

Основные проблемы, вокруг которых в настоящее время развертывается теоретическая и практическая работа в области технологической системотехники, естественно, во многом совпадают с общей проблематикой системных исследований, хотя и имеют специфику. Последнее обстоятельство определяется, прежде всего, тем, что системотехнические исследования в большей степени должны иметь прикладной характер, ориентироваться на практические результаты создания или использования сложных технологических систем. Другая особенность технологической системотехники обусловлена существенной неоднородностью объекта исследования по его компонентному составу.

Поскольку концепция технологической системотехники еще только строится, необходимы работы по построению понятийного аппарата, определению состава задач и роли технологической системотехники. Значительное место должны занимать работы по вопросам оптимизации функционирования и оценке эффективности систем. Другой широкий круг исследований должен быть посвящен проблемам проектирования технологических систем. С проблемами проектирования тесно связаны вопросы моделирования систем и их элементов. Эти же проблемы играют видную роль при формировании процедур испытания систем. Значительный прогресс имеет место в развитии той труппы вопросов, которые связаны с задачами использования систем: планирование и улучшение.обслуживания и обеспечение функционирования.

В последнее время в связи с широким внедрением автоматизированных систем различного назначения резко возросло внимание к информационным процессам в технологических системах. Определенный прогресс наблюдается в изучении взаимосвязи технологических систем со средой. На основе оценки перспектив развития системотехники помимо отмеченных проблем па первый план выдвигаются следующие задачи:

1. выявление и описание наиболее общих системных характеристик и закономерностей, не зависящих от конкретного типа технологических систем;
2. разработка экспериментальных методов, позволяющих с достаточной достоверностью при приемлемом объеме затрачиваемых ресурсов оценивать теоретические концепции;
3. изучение материальных, энергетических и информационных потоков по использованию и формирование на этой основе обобщенных критериев частных типов систем;
4. разработка методов реализации принципов системотехники при создании и использовании конкретных образцов технологических систем.

Необходимость применения системотехнических подходов при решении технологических задач признается многими исследователями. Соответственно формируются и новые взгляды на сущность ранее сформировавшихся областей знаний, на содержание образовательной подготовки специалистов для промышленности.

Например, формирование технологических знаний инженеров машиностроителей основано на изучении многих дисциплин. К их числу следует отнести изучение свойств материалов и способов их обработки, технологического и производственного оборудования, технологической оснастки, методов и средств измерения, методов построения и организации технологических и производственных процессов, управления их ходом, автоматизации и экономики. Широкий круг задач, решаемых при проектировании и осуществлении технологического процесса на основе этих дисциплин привел к возникновению понятия "системная технология", которое включает в себя систему технологических знаний, используемых при построении технологического и производственного процессов изготовления машины.

Представление о системотехнике как абстрактной науке ушло в прошлое. Ряд примеров показывает практическую полезность системотехнических методов и необходимость их широкого использования.