Структурно-функциональный метод изучения технических объектов и исследований, страница 13

По отношению к процессу познания в целом дедукция обеспечивает строгость и доказательность рассуждений. Дедуктивные методы обучения позволяют вместо рассмотрения множества единичных случаев усвоить общие принципы и сформировать логическое мышление студентов. Использование в дедуктивных методах обучения информационного и материально-энергетического подходов приблизит исследователей к созданию фундаментальных научных основ дидактики высшей школы.

В вузах традиционно утвердилась предметная структура содержания образования, которая облегчает систематическое изучение основ научных знаний, но разделяет единый мир на составные части, препятствуя формированию его целостной картины в сознании студентов.

Современный подход к решению проблемы целостности учебного познания заключается в том, чтобы объединить предметное преподавание как основной способ структуризации обучения с обобщающими курсами, в которых предпринимаются попытки по формированию единой картины мира. Этот подход можно оптимизировать путем преподавания различных дисциплин на основе предложенной структурной картины мира и применения более совершенных дедуктивных методов обучения. В результате последовательность изучения любых систем будет включать следующие основные этапы:

1) выявление в системе объектов и средств воздействия;

2) определение видов информационных и материально-энергетических процессов и средств их реализации в объектах и средствах воздействия;

3) классификация процессов по типовым характеристикам;

4) выявление объектов и средств воздействия на более низких уровнях иерархической организации изучаемой системы;

5) аналогичен этапу 2;

6) аналогичен этапу 3;

7) выводы по структурным, функциональным и параметрическим особенностям системы.

Описанный метод изучения систем и объектов можно назвать структурно-функциональным методом, поскольку он позволяет систематизировать и всесторонне классифицировать структурные, функциональные и эволюционные свойства изучаемых объектов.

3.2. Структурно-функциональный метод изучения технических объектов

При традиционном изучении технических средств систем управления с помощью аналитических методов и структурно-логического подхода в учебной литературе и на лекционных занятиях описываются устройство и принцип действия изучаемого объекта, его основные параметры и их формульные соотношения. Основное внимание обращается на естественную структуру и формальное описание объекта.

Приведем в качестве примера типовое описание устройства и принципа действия последовательного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с единичным приближением (рис. 11). АЦП осуществляют автоматическое преобразование входного напряжения в эквивалентное значение числового кода для ввода в ЭВМ и широко применяются в цифровых измерительных приборах, системах обработки и отображения информации, системах связи, контроля, управления и т.д.

Рис. 11. Схема последовательного АЦП с единичным приближением

В последовательном АЦП с единичным приближением импульс запуска (начала цикла преобразования) устанавливает триггер Т в состояние «1» и на вход счетчика через логический элемент И начинают поступать счетные импульсы с выхода генератора импульсов ГИ. На выходе цифро-аналогового преобразователя ЦАП напряжение увеличивается по ступенчатому пилообразному закону. Процесс преобразования заканчивается, когда напряжение UЦАП сравняется с входным напряжением постоянного тока UВХ. При этом компаратор К (узел сравнения) устанавливает триггер Т в состояние «0» и поступление счетных импульсов на счетчик прекращается. После этого возможно считывание со счетчика выходного кода NВЫХ.

При использовании структурно-функционального метода исходную традиционную схему АЦП необходимо преобразовать в систему управления счетчиком, формирующим цифровой код на выходе АЦП. В процессе преобразования объединяем элементы и узлы АЦП (рис. 12) в группы, осуществляющие различные информационные процессы в системе автоматического управления. В системе управления отсутствует процесс хранения информации, а компаратор реализует два информационных процесса.

Рис. 12. Схема АЦП после преобразования в систему управления счетчиком

Для дальнейшего анализа АЦП используем классификацию информационных процессов на основе принципов контроля работы узлов (рис. 13). Классификация отражает отсутствие в АЦП средств контроля достоверности работы узлов. Управление счетчиком осуществляется с помощью ИОС как в системе управления технологическим объектом.

Рис. 13. Классификация информационных процессов в АЦП

Далее, исходя из принципа иерархии систем управления, рассматриваем информационные процессы в элементах и узлах (модулях) АЦП (табл. 3). Если в изучаемом устройстве какой-либо информационный процесс реализован группой модулей, то эти модули могут взаимодействовать в составе системы управления более низкого уровня. В этом случае основную классификацию информационных процессов в устройстве необходимо дополнить классификацией процессов в системе управления нижнего уровня.


В качестве примера технологического объекта рассмотрим простейшую стиральную машину «Малютка» (рис. 14).

Рис. 14. Схема стиральной машины

Материально-энергетическое воздействие на все процессы, кроме получения материалов и энергии, осуществляется стиральной машиной. Объект воздействия включает горячую воду с тепловой энергией, моющее средство и белье.

В электродвигателе стиральной машины реализованы следующие процессы преобразования энергии:

1) получение электроэнергии из питающей сети;

2) передача энергии;

3) обработка энергии (последовательное преобразование электрической энергии в энергию вращающегося магнитного поля и энергию магнитного поля в механическую энергию на валу двигателя);

4) кратковременное хранение энергии магнитного поля и механической энергии ротора;

5) воздействие на внешний объект – активатор стиральной машины;

6) воздействие на процессы преобразования энергии, осуществляемое конструктивным исполнением двигателя.