Системность технологического потока

Чем сложнее структура созданного технологического потока, чем больше в нем операций и связей, тем больше требуется усилий для организации его нормального функционирования. Дело в том, что создаваемая совокупность операций имеет новые свойства и закономерности, которые нехарактерны для каждой операции в отдельности. Эти новые свойства и закономерности возникают лишь при компоновке и функционировании потока как нового целого. Поэтому трудно предвидеть, как будет функционировать вновь созданный объект. В наибольшей степени это характерно для технологий, в которых все операции выполняют машины и аппараты, а человеку отводится роль управляющего звена. В этом случае процесс в каждой отдельной машине или аппарате может быть изучен и заранее отлажен, но при объединении оборудования в линию отдельные процессы сливаются в один большой процесс (технологический поток) с новыми закономерностями. Поэтому система машин (технологическая линия) должна быть построена с учетом закономерностей системы процессов конкретной технологии. В основе системы машин должна лежать соответствующая система процессов, которая отражает специфику своего строения, функционирования и развития.

Такой методологический подход имеет ряд положительных аспектов. Во-первых, приводит к блочно-модульному построению системы машин, целесообразному агрегатированию машин и аппаратов и созданию комплексного оборудования. Во-вторых, позволяет оптимизировать допуски на входы и выходы технологических операций и достаточно прочно связать их в единое целое. В-третьих, вырабатывает требования к качеству исходного сырья и условиям окружающей среды с точки зрения высокой эффективности организации технологии его переработки.

Все это в итоге повышает вероятность того, что разработчик сможет предвидеть поведение создаваемой линии.

Таким образом, методологический цикл создания высокоэффективной технологической линии должен быть следующий: от технологического потока — к системе процессов и от системы процессов — к системе машин. В этом методологическом цикле наиболее наукоемким понятием является понятие системы процессов.

Известно, что по мере развития техники человек стремится передать определенную часть своих функций машине. В связи с этим возникают системообразующие связи между человеком, процессом в машине и средой. Интеграция таких взаимодействий приводи! к возникновению технологических систем. Простые орудия труде не позволяли перейти к системам, это стало возможно лишь при появлении машин. Поэтому в книге применен системный подхох к исследованию линий. В связи с этим большое значение приобретают строгие определения исходных понятий системного подхода.

Понятийный аппарат системного подхода. Типологический анализ около 40 определений, данных разными авторами в разное время понятию «система», приводит к выводу, что определение понятия «система» через элементы, связи, отношения, структуру, целостность является базовым. Внесение в это понятие дополнительных признаков (например, характеристик входа, выхода, управления и т.д.) приводит к конкретизации базового определения. Внесение в это понятие признаков математических моделей позволяет рассматривать их как математическое выражение базового понятия.

Система — это упорядоченное определенным образом множество разнородных элементов (не менее двух), взаимосвязанных между собой и образующих некоторое целостное единство, свойства которого больше суммы свойств составляющих его элементов.

Понятию «система» противопоставляется понятие «хаос». Хаотическим можно назвать такое множество элементов 3j, 3j,..., 9_h..., Э_п, в котором при изменении состояния элемента могут произойти или не произойти все возможные изменения в элементах 9j, Э^ и др., причем такая независимость состояний элементов характерна для всего множества. Если состояние элемента Э_{ определенным образом ограничивает возможные состояния других элементов, можно утверждать, что между 3,- и Э,-, между Э,- и Э^ и т.д. существует определенная связь. Такие множества, в которых наблюдается определенное взаимодействие между элементами, являются системами.

Как правило, системы в зависимости от рода связи между состоянием элементов называют детерминированными и стохастическими. В первых связь между состоянием элементов однозначна и заранее предопределена, во вторых связь носит вероятностный характер.

Элементами называют объекты, которые в совокупности образуют систему. При этом предполагается, что элемент в пределах сохранения определенного качества системы неделим. Однако неделимость элемента относительна: сам элемент представляет собой систему и, в свою очередь, также состоит из элементов. Вне системы элемент как таковой не существует. Расчленение системы на элементы вообще относительно и условно. Элементы выделяют, исходя из логических предпосылок и практической целесообразности таким образом, чтобы они обладали внутренней структурой и представляли образования, характеризующиеся более высокой устойчивостью, чем вся система в целом. Таким образом, элементы системы — ее относительно обособленные части, которые не являются системами данного типа. При их непосредственном взаимодействии возникает система определенного функционального назначения.

Элементы системы сгруппированы в подсистемы. Связь между элементами внутри подсистем отличается от характера связи между самими подсистемами. Понятие «подсистема» означает, что некоторая часть системы должна обладать ее свойствами (в частности, свойством целостности, рассматриваемым ниже). Именно этим подсистема отличается от группы элементов, для которых не сформулирована цель.

В соответствии с принятой трактовкой деление системы на подсистемы представляет собой расчленение большого процесса на подпроцессы с соответствующими входами и выходами. Любой вход данного подпроцесса — это выход предыдущего, а выход данного подпроцесса — это вход последующего, т. е. все процессы взаимосвязаны. Можно сказать, что подсистема — совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, реализующих определенную группу функций системы.

Структура системы — это сеть отношений, т.е. определенная упорядоченность связей между элементами системы. Понятие «структура» отражает организованность системы. Система предполагает определенную организацию составляющих ее элементов. Под организацией понимается внутренняя согласованность взаимодействия отдельных элементов системы. Внутренняя форма организации системы, выступающая как единство состава системы и устойчивых взаимосвязей, определяет структуру системы. Такое понимание структуры позволяет, в частности, уяснить, почему качество системы в целом отличается от суммы качеств составляющих ее элементов. Это происходит, в частности, потому, что элементы системы взаимодействуют друг с другом только определенным! свойствами, а не в целом. Уточняя понятие «структура», можно сказать, что структура — это не только определенная упорядоченность взаимосвязей между элементами, но и выделенность элементов.

Связи системы — это взаимодействия ее элементов, обеспечивающие возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Связи осуществляют обмен веществом, энергией и информацией между элементами системы и между системой и внешней средой.

Входы и выходы системы также различаются по материальному, энергетическому и информационному характеру, т. е в процессе взаимодействия системы с внешней средой происходит поглощение и выделение вещества, энергии и информации. Одни системы по мере совершенствования могут превращаться в другие, которые способны использовать информацию в целях автоматического управления процессами внутри системы.

Целостность системы определяется как совокупность элементов, взаимодействие которых обусловливает наличие новых качеств системы, не свойственных образующим ее частям. При объединении элементов в целостную систему ее свойства оказываются отличными от простой суммы свойств составляющих элементов. Структурные отношения самой целостной системы вызывают изменения внутренних особенностей составляющих е элементов, которые подчиняются закономерностям ее функционирования. Пространственная согласованность частей системы -необходимая черта ее структуры. Однако структура не сводится лишь к пространственным отношениям. Целостная система характеризуется не только пространственной, но и временной организованностью. Процессы в антропогенных системах, т. е. системах, созданных человеком, осуществляются либо синхронно с определенной периодичностью повторения, либо асинхронно, т. е. последующий процесс начинается по мере завершения предыдущего. В реальных системах синхронные и асинхронные процессы взаимно дополняют друг друга. Определяющей стороной целого является единство всех составных свойств объекта (системы, элемента), внутренних процессов, связей, противоречий и тенденций развития.

В соответствии с общей теорией систем целостная система должна иметь:

цели функционирования, которые определяют ее основное назначение; цели функционирования обычно достигаются одновременным или последовательным выполнением ряда задач, которых может быть несколько, и решение их составляет содержание процесса функционирования системы и ее подсистем;

управление, т.е. процесс упорядочения системы, приведение ее в соответствие с целями и задачами; управление может осуществляться непосредственно людьми, либо людьми с использованием технических средств, либо только техническими средствами по программам, разработанным людьми;

определенную структуру, которая должна распадаться на ряд подсистем, при этом основным признаком выделения подсистемы является ее целевое назначение; у подсистем должны быть цели функционирования, которые вытекают из общей цели функционирования системы и являются ее частями;

иерархичность строения системы, означающую, что каждый ее компонент, в свою очередь, может рассматриваться как система, а сама она является лишь одним из компонентов системы более высокого порядка;

непрерывное изменение состояния элементов системы без изменения ее структурного графа, т. е. графической модели структуры; изменение же состояния элементов и подсистем с изменением структурного графа приводит к созданию новой системы.

Таким образом, центральным понятием системного подхода является понятие системы как объекта, взаимодействующего с внешней средой и обладающего сложным внутренним строением, большим числом составных частей. Элементы системы — самостоятельные и условно-неделимые единицы, которые взаимодействуют между собой и с окружающей средой, иначе говоря, между ними существуют материальная, энергетическая и информационная связи. Совокупность элементов и связей образует структуру системы, пространственно-временные агрегаты которой, обладающие определенной целостностью и целенаправленностью, выделяются в функциональные подсистемы.

Сложность системы определяется сложностью ее структуры, количеством элементов и связей, числом уровней иерархии объемом информации, циркулирующей в системе. Кроме того сложность системного объекта проявляется в том, что в процессе формирования структуры сложной системы разрешается целый ряд противоречий на отдельных этапах создания и развития системы.

Формализация системы осуществляется с помощью математической модели, выражающей связь между выходными параметрами, параметрами состояния и входными, управляющими и возмущающими переменными. Сложная система обычно формализуется как детерминированно-стохастическая модель. На разньс уровнях иерархии может преобладать как детерминированное, та! и стохастическое описание подсистем. На рис. 1.11 изображена графическая модель самоуправляемой системы. Состояние управляемой части определяет поведение всей системы, характеризуемое ее выходом.

 

 

 

Рис. 1.11. Графическая модель целостной само­управляемой системы:

Z — вход системы (воздей­ствие, оказываемое на систему внешней средой); v — возмущающее воз­действие, оказываемое на систему внешней средой; и — воздействие, оказы­ваемое управляющей ча­стью системы на управляе­мую часть; и' — воздейст­вие, оказываемое управ­ляемой частью системы на управляющую часть; у — выход системы (воздейст­вие, оказываемое системой на внешнюю среду)

 

 

Системный подход к созданию технологических линий. Методы теории систем интенсивно проникают в самые различные области науки и техники. Причина, по которой системный подход приобрел столь большое значение, заключается в том, что современное общество в самых различных сферах деятельности столкнулось с очень сложными проблемами. И когда мы пытаемся познать и целенаправленно изменить достаточно сложные образования любой природы, мы обнаруживаем, что составные части этих образований, взятые отдельно, ведут себя иначе, нежели внутри целого. Системный подход как раз и ориентирует на поиск объединяющих, интегрирующих свойств целого, на учет взаимозависимости его частей и позволяет свести различные задачи познания частей к единой комплексной проблеме, наметить генеральную линию ее решения и тем самым решить задачу познания и принципиального изменения целого. Вот почему современная наука и практика интерпретируют окружающую нас действительность не как отдельные, изолированные друг от друга объекты и процессы, а как определенные системные образования.

Для технологического потока как системы специфических процессов необходимо описание закономерностей его строения, функционирования и развития. Только единство описания явлений в статической и динамической формах дает достаточно точное представление о реальности протекающих процессов. Всякое игнорирование такого подхода ведет к упрощению реальной картины, одностороннему видению проблемы.

Основой единства системы технологических процессов служит структура, обладающая чертами устойчивого, внутренне сбалансированного целостного объекта, которому присущи определенные системные закономерности. Вместе с тем важнейшими признаками такой системы являются ее взаимодействие и взаимоуравновешенность с внешней средой.

Технологическая линия — это «открытая» система, которая постоянно зависит от условий внешней среды. Но линия нормально функционирует только при участии человека. И если мы рассмотрим линию как систему «человек—машина», то увидим, что понятие системы здесь другого рода, так как эта система в классическом понимании не обладает структурой. По сути дела, это не целостная система, а целостный системный комплекс, и предметом изучения и оптимизации здесь становится взаимодействие составляющих комплекс систем.

Итак, пищевое производство — это системный комплекс целостных систем. При анализе одной из целостных систем (системы процессов) предметом изучения оказываются прежде всего ее структура, законы соединения частей в функциональное целое,

ее интегративные закономерности. При анализе системного комплекса предметом изучения становятся связи и отношения двух или нескольких объектов — систем, образующих полисистемный комплекс. Здесь необходимо подчеркнуть, что в книге рассматриваются процессы в линии как целостная система и наше внимание будет обращено на составляющую полисистемного комплекса - технологическую систему.

Как и любая другая, технологическая система состоит из разнообразных элементов, но в то же время они как бы стянуты в раз личные «качественные узлы», образуя автономные подсистемы, блоки взаимодействия. Эта «качественная узловатость» ест необходимая и закономерная форма строения технологической системы и, несомненно, требует специального изучения. Сущность этой специализации в изучении заключается в поиске за конов интеграции.

Специалисты в области прикладного знания и инженерно-технические работники, участвующие в создании элементов и под систем, непрерывно усложняющихся машин и комплексов, обычно получают «узкое» конкретное задание на разработку, которое должно быть выполнено в сжатые сроки. Поэтому они, естественно редко представляют систему в целом и не имеют возможностей дл радикального совершенствования ее. Современные крупные системы видит в целом очень ограниченный круг главных специалистов (технологов, конструкторов). Эти очень занятые высококвалифицированные специалисты прекрасно представляют закономерности развития систем определенного функционального назначения обладают системным мышлением и подсознательно оперируют философскими категориями и законами материалистической диалектики. Однако способ формирования их интуитивных, как правило рациональных решений обычно остается недоступным даже и коллегам. Поэтому при сознательном переходе от познания oтдельных явлений пищевой технологии к познанию технологиче ских систем и присущих им законов интеграции знание рядовых специалистов углубляется и расширяется.

Развитие пищевой технологии привело к образованию многих новых разделов науки о ней. При этом качественно преобразилась и внутренняя структура научного знания. Если ранее в центре ж следования находились единичные объекты (отдельные процессы, машины или аппараты), то с созданием поточных линий, в которых все процессы взаимосвязаны, сведения об объекте составляй: лишь часть сведений о системе, в которую входит данный объект. Особого внимания требует анализ внешних взаимодействий. Всякий процесс в линии зависит от других процессов и условий окружающей среды. И здесь приемы и понятия системного подхода помогают инженеру представить взаимосвязи в виде конкретного объекта изучения. Системный анализ технологического потока является самоцелью. Он действительно углубляет, специализирует и систематизирует наши знания и вместе с тем подготавливает условия для осуществления системного синтеза дифференцированных знаний. Такое комплексирование дифференцированного знания является сегодня одним из необходимых и плодотворных направлений дальнейшего развития пищевой технологии. И системный подход выступает как синтезирующий метод, точнее, одно из эффективных методологических средств синтеза научных знаний.

 

Таким образом, технологический поток — это совокупность операций и как большая система процессов обладает своими закономерностями. Исследование такого системного объекта требует комплексного, системного подхода. Этот научный метод познания сложного объекта имеет свою достаточно устоявшуюся терминологию.

Вместе с тем трудно однозначно определить сущность и содержание системного подхода в современном научном исследовании; все описанное выше составляет его различные стороны и грани. Но ядром системного подхода, его собственным содержанием следует считать интегральную оценку объекта исследования. Это следует из того, что изучение объекта как целого, как системы всегда имеет в качестве центральной задачи раскрытие того, что делает его системой и составляет его интегративные свойства и закономерности.