Продолжение. Начало тут
Обсудим еще один существенный аспект сложных инженерных объектов, а именно – функционально балансовый подход к проектированию, инженерному обеспечению и работе всего сложного инженерного объекта.
Оказывается, что и весь объект в целом, и входящие в его состав подсистемы можно описывать на языке функционально-балансового подхода. На примере автомобиля: отдельные агрегаты, устройства и системы (состоящие из ряда компонент) выполняет определенную функцию. Тормозная система может быть реализована в большом числе вариантов. От простейшей одноконтурной гидравлической системы с педалью тормоза, управляемой водителем – до сложных автоматизированных систем с радарами и компьютерами. Есть тормоза гидравлические, пневматические, электрические, механические. Функционально они схожи. Конструктивно, инженерно – различны. Но, кроме конструкции, они имеют разницу в балансе с окружающей средой и внутри СИО.
Для обсуждения балансового подхода к описанию СИО лучше подходят системы с интенсивным обменом с окружающей средой.
Рассмотрим двигательную установку. Мы говорили, что они могут быть разных типов. Например, двигатели внутреннего сгорания, твердотопливные, паровые или электрические. Выполняя сходные функции, они имеют совершенно разные потоки обмена с окружающей средой. Современный ДВС берет жидкое углеводородное топливо из топливной системы, кислород из окружающего воздуха – а выбрасывает продукты горения, в основном водяной пар и углекислый газ. Твердотопливный двигатель (например, двигатель паровоза) расходует уголь и кислород, выбрасывает углекислый газ из камеры сгорания.
Но, кроме этого, расходует жидкую воду и выбрасывает ее в окружающую среду в виде пара (кстати, пробег паровоза ограничен именно запасом воды, а не топлива). Электрический двигатель потребляет электроэнергию, а материальный баланс, обмен веществом с внешней средой практически отсутствует. Но, кроме материального баланса, есть баланс энергетический. Двигатель любой конструкции отдает полезную механическую энергию на другие системы СИО. Кроме того, поскольку КПД не 100%, рассеивает значительную долю выработанной энергии на нагрев окружающей среды, иногда – в виде электромагнитных волн. Наконец, датчики и приборы двигательной установки, а также органы управления формируют входящие и исходящие потоки информации.
Итак, существенной характеристикой сложного инженерного объекта является баланс потоков, им порождаемых. Мы будем выделять материальный баланс (обмен вещества), энергетический баланс и информационные потоки. Интересно обратить внимание, что для балансов материальных потоков и потоков энергии выполняются законы сохранения, а для информационных потоков это требование отсутствует. Работа, функционирование СИО порождает информацию. Причем ее объемы зависят от режимов наблюдения – информацию могут фиксировать и операторы, и системы датчиков. И отражается эта информация и в сфере человеческих коммуникаций (описания, отчеты), и в цифровой сфере данных (файлы данных, протоколы).
Если говорить про функционирование и вообще про жизненный цикл сложного инженерного объекта (подробнее мы это обсудим в следующих лекциях), коротко обозначим, что на разных стадиях мы реализуем различные инженерно-технические функции, выполняем разные действия с одним и тем же объектом.
Сначала мы проектируем (автомобиль или нефтеперерабатывающий завод), потом мы его строим, изготавливаем, сооружаем. На следующей стадии – эксплуатируем, пользуемся (и при этом обслуживаем и поддерживаем). Затем – демонтируем и утилизируем, выводим из эксплуатации.
Инженерные действия, инженерные функции, содержание инженерных процессов на каждой стадии различны. Тем не менее мы имеем на всех этапах состав и регламент инженерных действий. Мы выполняем их для нормального и отклоняющегося состояния систем. Описываем и производим их для объекта в целом и разных его подсистем, элементов, узлов, единиц оборудования. Все они имеют определенные режимы работы, за которыми мы следим – или пользователи, или персонал, или автоматика. Они имеют определенные режимы обслуживания и функционирования, требуют определенных технические действий.
Соответственно, когда мы говорим про инженерно-технический подход к функционированию на всем жизненном цикле сложного инженерного объекта, мы получаем сложные наборы регламентов. Важно иметь нормативно-технические требования, зафиксированные в проектной и эксплуатационной документации, то есть описание тех действий, которые мы должны выполнять и те параметры, которые мы должны фиксировать и контролировать. Эта деятельность порождает потоки информации, которые мы получаем в ходе жизненного цикла сложного инженерного объекта.
Последнее, что мы зафиксируем – существование подхода системного анализа к сложным инженерным объектам. Оказывается, что все сложные системы имеют общие закономерности функционирования. Это достаточно нетривиально, потому что они относятся к разным отраслям промышленности, используют разные технологии, имеют разные и масштабы. И даже выглядят по-разному. Сравните небольшой автомобиль, громадный завод, авиалайнер, аэропорт, система инженерного обеспечения города. А существуют они и функционируют, исходя из одних и тех же закономерностей.
