Dr. Szász Gábor A RENDSZERSZEMLÉLET SZEREPE A MÉRNÖKI CSOPORTMUN- KÁBAN BEEZETÉS Captatto benevolantae 1 Magam s tíz hónapot töltöttem tt, amkor e konferenca színhelye még önálló repülőtszt skola volt. Főleg katonák közt, cvlként, mondandómat a berln katona akadéma egykor gazgatójára hvatkozva kezdem. Ahogy egy katona vezető sem képes jó tervet készíten, ha nem smer az egész hadsereg elé ktűzött poltka célt amnt erre csaknem 200 évvel ezelőtt Carl von CLAUSEWITZ (1780-1831) rámutatott, egy mérnökkollektíva sem fog jó műszak tervet készíten, ha nem smer annak a rendszernek a rendeltetését, amelybe a tervezendő termék vagy folyamat lleszkedk. Az üzemfenntartás rendszer megtervezésénél s szükség van, pl. a karbantartás tárgyát képező konkrét berendezést befoglaló rendszer valamlyen szntű smeretére. De vrs 2 Bonyolult, komplex rendszerek fejlesztésekor többféle képzettségű mérnök, esetleg más szakember s együttműködk (pl. gépészmérnök, matematkus és vllamosmérnök [1]). Ilyenkor a megértést elősegít a rendszerszemlélet, és annak egy specáls területe, az analógás gondolkodás. A haza műszak és természettudományos képzés több mnt 50 éves hagyománya, hogy a rendszerszemléletet transzportelmélet megalapozással oktatja. Ennek számos előnye van a mérnök csoportmunkában s. KORUNK KIHÍÁSAI Gazdaság gondok 2008. júnus16-17-én Párzsban pénzügy és bztonság kérdésekről tartott nemzetköz tanácskozás levezető elnökétől dézek: Harmadrészt az USA pénzügy pozícóját technológa vezető szerepének köszönhette. A befektetők oda mennek, a fontos dolgok történnek. Ez a tény különösen élesen nylvánult meg az 1990-es évek végén a tőke azért áramlott az USA-ba, mert ő volt képes a techno- 1 Az olvasó jóndulatának megnyerése (latn) 2 Az emberek (latn) fontossága; [De vrs llustrtrbus urbs Romae = Róma városát a lakosa fémjelzk.]
lóga boom 3 generálására. Részben ezt az előnyt s eltékozoltuk, de a dolog még orvosolható A katona establshment 4 bzonyos része mégs tovább fejlesztk és foglalják le azokat a technológa lehetőségeket és kapactásokat, amelyekre jelenleg energaproblémánk különböző aspektusanak 5 megoldásához lenne szükségünk. [2] Tehát nem a hagyományos energahordozók megszerzéséért kell bevetn a fegyveres erőket, hanem a tudományos és műszak erőforrásokat kell átcsoportosítan az alternatív energaforrások kutatására és fejlesztésére. E hasznos ntelmek arra s sarkallhatnák a mérnököket, lletve megbízókat, hogy katona rendszerek tervezésekor s célul tűzzék k az energával való takarékosságot és a környezetterhelés mnmalzálását, valamnt a békebel felhasználhatóság új lehetőségenek keresését 6. Tervezés paradoxonok 7 James WATT szernt akkor jó egy konstrukcó, ha abból semmt sem lehet már kvenn, azaz nncs fölösleges része. Ma már jól tudjuk, hogy a hbatűrés szempontjából nem fölösleges a szerkezet tartalék, de különösen a ks tömegre törekvő repülőmérnököt volt nehéz meggyőzn a WATT-féle felfogással ellentétes megoldás szükségességéről. Egy szntén hagyományos mérnök szemlélet szernt arra kell törekedn, hogy egy alkatrész mnél több funkcót hordozzon, az újrahasznosítást vszont az könynyít meg, ha az alkatrészek kevés és általánosan szükséges funkcót hordoznak. A TAGUCHI-féle mnőségbztosítás elvek egyke szernt nemlneárs karaktersztkákra érdemes törekedn, ha különleges tulajdonságra képes termékeket szeretnénk előállítan, de bzonyos tovább feltételek teljesülésekor a nemlneárs rendszerek kaotkusan vselkednek. A bztonság, gyárthatóság, hbatűrés, karbantarthatóság, újrahasznosítás, környezetterhelés és gazdaságosság szempontok együttes érvényesítése a tervezés során rendszerszemléletet gényel. MODELLEK SZEREPE A TEREZÉSBEN A tervezés során többféle rendszerrel s dolga van a mérnöknek. Ilyen például a célrendszer, a gondolat rendszer, a referens 8 (rendszer) és a praktkus modell. Ezeken eltérő a hangsúly a tervezés folyamat különböző fázsában. Általában gondot okoz a céltételezés során fgyelembe veendő érdekelt felek sokfélesége, az érdekeltek nem knylvánított gényenek, veszélyérzetének modellezése [3]. Különösen az érdeklődésünk tárgyát képező referens kulcstulajdonságat megőrző praktkus modell kdolgo- 3 Hrtelen, de rövd deg tartó fellendülés (angol) 4 Eredetleg: az eldegenedett hatalm rendszer, de tt: döntés helyzetben lévő vezető réteg (angol) 5 Itt jellegről v. fajtáról van szó (latn) 6 Az 1960-as évek végén előírás volt Nagy-Brtannában, hogy a hőerőművekben a mechanka energa 8 %-át a repülésből kvont gázturbnákkal kell előállítan közvetlenül, vagy gázgenerátoros üzemmel közvetve. Ma, amkor a szénhdrogénekkel takarékosabban kell bánn, ez a megoldás nem követendő. 7 Látszólagos ellentmondás (görög) 8 Egy szóval jelölt tárgy (latn), de tt az érdeklődésünk tárgyát képező valóságos vagy elképzelt rendszer a maga teljes bonyolultságában. Repüléstudomány Konferenca 2009. áprls 24.
zásakor van szükség a vezető tervező rutnjára és tapasztalatára. A modell mnőségbztosított s lehet, ha kötött formájú rendszerrel jelenítjük meg [4]. A modellezés lépése (vázlatosan) - A vzsgálandó v. konstruálandó referens azonosítása 9, tulajdonságanak és mértékenek pontosítása 10 ; - A referens kulcstulajdonságat megőrző praktkus modellek kalakítása és gazolása; - A modell részekre bontása, a csatlakozások meghatározása, a nemlneartások azonosítása 11. A modell alkalmazása (vázlatosan) - A praktkus modell rendszeregyenletének felírása, különféle módszerrel történő megoldása és a megoldás ellenőrzése (pl. mérés útján); - Szükség esetén a modell fnomítása, kegészítése; - A megoldás érvényesítése. ELTÉRŐ KÉPZETTSÉGŰ SZAKEMBEREK KOMMUNIKÁCIÓJA Eltérő képzettségű mérnökök és más szakemberek kommunkácójának lehetőségét teremtette meg, méghozzá magas színvonalon, a transzportelmélet alapon nyugvó hasonlóságelmélet [5] és rendszertechnka [6] alkalmazása. A természettudományosan megalapozott, egységes formalzmussal kalakított tárgyalásmód gyakran elősegít az együttműködést. Hasonlóan jó szolgálatot tesz az analógás gondolkodás s, mert az egyk szakterületen érvényes törvényszerűséghez hasonló alapján megérthető a máskon előforduló jelenség. Erre számos példát említhetné saját kutató-fejlesztő munkám során tapasztaltak alapján. Ezek közül talán a legérdekesebb egy nagynyomású amnosav-analzátor tervezésekor előállt holtpont feloldása volt. Az oncserélő műgyanta oszlopra különféle ph-jú puffer-oldatot kell juttatn, amelyet a gépészmérnök úgy próbált megoldan, hogy két különböző (A és B) ph-jú puffer-oldatból akarta kkevern a szükséges (C) oldatot. Ez nem vált be. A vegyészmérnök megpróbálta elmagyarázn, hogy kémalag mért nem jó a megoldás, de ezt a gépészmérnök nem akarta belátn, és a vegyész oldatat kfogásolta. Ekkor egy analógás érveléssel skerült meggyőznöm az analóg elektronkában jártas gépészmérnököt. Megkérdeztem tőle, hogy szabad-e közvetlenül összekötn két művelet erősítő kmenetét? Ő azt válaszolta, hogy nem. Nos a puffer oldat s olyan, hogy saját ph-ját akarja rákényszeríten a környezetére, mnt ahogy a művelet erősítő s hasonlóra törekszk. Ekkor belátta, hogy a folyamatos keverés nem megoldás, és egy olyan vezérlésre tért át, amelyk meghatározott dőszeletekben hol az A, hol a B oldatot eresztette az oszlopra. Ez jól bevált a gyakorlatban. 9 A rendszer körülhatárolása (szeparálás), lényeges tulajdonságanak kválasztása (szelektálás). 10 Jellemzők és mutatók meghatározása. 11 A katasztrofáls meghbásodások forrása rendszernt csatlakozás nkompatbltás és/vagy nemlneartás. Repüléstudomány Konferenca 2009. áprls 24.
A transzportelmélet alapja [7], [8] (vázlatosan) A fzka törvények sokasága a XX. század elején már nagyon megnehezítette a fzkusok és a mérnökök dolgát. Ugyanakkor számos részleges analógát már felsmertek és alkalmaztak, de szükség volt egy átfogó elméletre, amelynek segítségével a természet anyag különféle mozgásformára, jelenségere érvényes egyenletek egységes keretbe foglalhatók. A mérnök szempontból legfontosabb áttörést ezen a téren az 1920-as években Lars ONSAGER érte el Dánában, az elmélet fzka és a mérnök tudás roppant magas színvonalat ért el 12. Hazánkban az 1950-es évek elején, az ELTE TTK termodnamkával foglalkozó, FÉNYES Imre professzor rányításával működő kutatócsoportja vált a transzportelmélet úttörőjévé. A fzka változókat két csoportba sorolták (extenzív és ntenzív mennységek), és a közöttük érvényes kapcsolatokat egységesen írták le. Mndez vázlatosan a következő lépésekben valósult meg, és számos eredményre vezetett a szemlélet terén s: - Általánosítás (különféle kölcsönhatások hasonlósága alapján) - Addtív tulajdonságú extenzív mennységek áramlása az ntenzív mennységek nhomogentása matt. Mérlegegyenletek - A specáls fzka törvények érvényesség körének pontosítása Mérlegegyenletek állapotegyenletek kezdet és peremfeltételek Pl. skalár extenzívekre pl.: p R T (egyértelműség feltételek), p az deáls gáz statkus nyomása, R a specfkus gázállandója, ρ a sűrűsége és T az abszolút hőmérséklete dx Q I, dt x d, Q q d és I F j df (1) x az -edk skalár extenzív a rendszerben, ρ a sűrűsége, Q a forrása, q a forrássűrűsége, I az árama és j az áramsűrűség-vektora. 12 Nem véletlen, hogy CHANG CHO-LIN marsall, mandzsúra hadúr s egy dán mérnökre bízta a mukden (a város ma Senjang) fegyvergyártó bázs megtervezését és rányítását, amkor függetlenedn próbált az európa és japán fegyverkereskedőktől. A magyar mérnökökéhez hasonlóan Dánában s széles spektrumú képzettségük volt a mérnököknek, jártasak voltak a tömeggyártáshoz s felhasználható modern elméletekben (ERLANG-elmélet) és jól smerték a császár Németország hadtechnka eredményet. (Érdekes technkatörténet adalék, hogy a dán msszó segített HUGYECZ Lászlónak, ak később Sanghaj főépítésze lett, hogy szbéra hadfogságából való skeres szökése után eljusson Dél-Kínába.) Ez az par enkláve egy rendkívül modern gyárkomplexum volt, amelyet 1931-ben a Mandzsúrát megszálló japánok megszereztek, és a Kvantung-hadsereg szolgálatába állították. 1945 augusztusában ezer szovjet ejtőernyős elfoglalta Mukdent [9], így ez a fegyvergyár épségben megmaradt, és 1946-tól a Kuomntang seregét, később pedg a kína örös Hadsereg céljat szolgálta. Az 1950-es években tt gyártottak szovjet tervek alapján kéz lőfegyvereket nagy mennységben és ktűnő mnőségben. [10] Repüléstudomány Konferenca 2009. áprls 24.
Az elosztott paraméterű fzka rendszer mérlegegyenletének ntegrálalakja d dt d q d - F j df (2) Általában (egy folyékony felület esetén): d dt d d d dvv d, v grad, dt dt t d tehát dvv v grad dvv dvv dt t t (3) v a makroszkopkus 13 áramlás sebesség. Ezzel a mérlegegyenlet az -edk extenzívre: n dvv d qd Lk yk d t grad F (4) k 1 q d dv n L k k 1 F gradyk d, ha L k const., akkor L k vezetés tényező 14 kemelhető a dv operátor elé (y k a k-adk ntenzív mennység). Az elosztott paraméterű fzka rendszer mérlegegyenletének dfferencálalakja n (5) dv t v Lkdvgrad yk q k 1 Az (5) parcáls dfferencálegyenlet levezetésekor számos mérnök szakterület sajátos alapegyenletére juthatunk (pl. folytonosság tétele, termodffúzó), mközben a kkötések és elhanyagolások a nevezetes alapképlet érvényesség körét kjelölk, és így a fölösleges vták száma csökkenthető. (Az aerodnamka alapegyenletét, a NAIER STOKES-egyenletet vektor extenzívre s felírt mérlegegyenletből lehetne levezetn, de ebben a körben ez nem nyújtana új smeretet a hallgatóságnak.) Ugyanakkor az eltérő képzettségű szakemberek vlágosan láthatják a legfontosabb analógákat, amelyek a partnerek közt megértést és a fejlesztés ötletek csholását s elősegítk. Az együttműködést termelékennyé és mnőségbztosítottá teszk a különféle elektronkus termékdefnáló v. menedzselő programok. Pl. az Arbus átfutás dejét egy lyen program alkalmazása négy évről két és félre csökkentette. A modellezés egységesítése a XXI. században Különféle mérnök, nformatka és üzemgazdaságtan területeken tesz lehetővé a szakemberek együttműködését a folyamatok, lletve a rendszerelemek és kapcsolatak egységes leírása révén az 13 Nagy méretű, szemmel látható (görög-latn) 14 Azt mutatja meg, hogy a k-adk ntenzív mennység egységny különbsége az -edk extenzív mekkora ntenztású áramát váltja k. Repüléstudomány Konferenca 2009. áprls 24.
UML 2 szabványosított modellező nyelv [12]. Egyk fő erénye, hogy a konkrét egyed tárgyaktól absztrakcó 15 után eljutva a fogalmakhoz, majd azokat smérvekkel jellemezve (az smérvek aktuáls előfordulása az adatok), lehetővé válk a rendszerek lényegét tükröző modell szemléletes és tömör leírása. Ez mnden UML-ben járatos szakember számára megkönnyít a kommunkácót, az együttműködést és a jól átgondolt termékcsaládok, lletve egyed termékek gazdaságos kvtelezését, legyen szó számítógépes programról, hardverről vagy bonyolult szolgáltatásról. Az UML 2 sem csodaszer; számos krtka s ér, de mnt mnden általános célú eszköz, ez s fejleszthető. Ilyenkor arra kell ügyeln, hogy a hányosságok nyesegetése ne bonyolítsa el, mert akkor nem növekszk a felhasználók köre. Márpedg ehhez jelentős társadalm érdek fűződk. Pl. e tervezést segítő modellező nyelv alkalmazása elősegíthet a termék továbbfejlesztését akár más helyen, más tervezőkkel. Ugyanígy előnyös lehet az UML 2 modellezés az üzemfenntartásra már korábban kalakított módszerek, mnt amlyen a hbafaanalízs, hatékonyabb alkalmazására, például a bztonság szempontjából krtkus rendszereknél. Különösen akkor tesz jó szolgálatot az UML 2, ha egy szövetség rendszer eltérő nemzetségű, különféle szakterületre kképzett szakemberenek kell együttműködn, és a félreértések végzetes hbákhoz vezetnének. FELHASZNÁLT IRODALOM [1] Gyula ZSIGMOND, István KUN, Gábor SZÁSZ: Some Problems of Qualty Based Desgn of Complex Automaton Systems, INES 99. Proceedngs, 233 235. o. [2] James K. GALBRAITH: Poltka és bztonság megfontolások a pénzügy válság kapcsán: terv Amerka számára, Eszmélet, 80. szám (2008. tél) 53-54. és 58. o. [3] DR. BENEDIKT Szvetlána, DR. KUN István, DR. SZÁSZ Gábor: Társadalmlag elfogadható kockázatsznt modellezése, INFORMATIKA, 8. évf. 4. szám, (2005. december), 52-53. o. [4] KAPOSI Agnes, Margaret MYERS: Systems for computer systems professonals, LSI, Bp. 1996. [5] SZŰCS Ervn: Hasonlóság és modell, Műszak Könyvkadó, Bp. 1972. [6] DR. SZABÓ Imre (főszerk.): Gépészet rendszertechnka, Műszak Könyvkadó, Bp. 1986. [7] FÉNYES Imre (szerk.): Modern fzka ksencklopéda, Gondolat Könyvkadó, Bp. 1971. [8] SZŰCS Ervn: Dalógusok a műszak tudományokról, Műszak Könyvkadó, Bp. 1971. [9] GOSZTONYI Péter: A örös Hadsereg a szovjet fegyveres erők története 1917-1989, Európa Könyvkadó, Bp. 1993. 230. o. [10] http://www.kalasnykov.hu/dokumentumok/a_fekete_csllag.doc (letöltés deje: 2009. márcus 25. 17 h 12 ) [12]Harald STÖRRLE: UML 2 Unfed Modelng Language 16, PANEM Kft. Bp. 2007. p. 312 15 Az absztrakcó (latn) kettős jelentése elvonatkoztatás, lletve elvont fogalom. 16 Unverzáls Modellező Nyelv (Az eredet angol cím másodk szavában a rövd mássalhangzó bzonyára a márkanév sajátossága. Az unverzáls latn eredetű szó, amelynek jelentése: általános, egyetemes, többféle használatra alkalmas.) Repüléstudomány Konferenca 2009. áprls 24.