Проектирование любого объекта, в том числе и мехатронного, начинается с определения его функций, определения множества Фт. Данный этап определяется как построение F-модели. Синтез и анализ выемочных систем в части описания их конструктивных связей, ограничивающих возможные виды взаимных перемещений (то есть учитывается только механическое взаимодействие) достаточно полно изложены в [5].
Задача определение необходимых функций системы Фт для выполнения заданной цели при взаимодействии с окружающей средой, имеющей множество характеристик Фс, является сложным и специальным вопросом, и в данной работе не рассматривается. Тем не менее, исходя из цели – обеспечить добычу угля с заданной производительностью - сформулируем основные функции очистного механизированного комплекса (применительно к традиционной технологии разработки длинными очистными забоями): отбойка горной массы; доставка горной массы; крепление выработанного пространства.
В традиционной схеме, каждая функция обеспечивается отдельной машиной, которые объединены в очистной комплекс: отбойка – выемочной машиной (далее рассматривается только узкозахватные очистные комбайны); доставка – забойный конвейер (далее рассматриваются только скребковые конвейеры); крепление – механизированная крепь (далее рассматривается щитовая крепь). При такой схеме в качестве системы для достижения поставленной цели может рассматриваться только очистной комплекс в целом, состоящий из подсистем – машин, агрегатов. Машины и агрегаты в свою очередь состоят из узлов и модулей.
Окружающей средой для данной системы является горнотехническая обстановка в длинном очистном забое. Под горнотехнической обстановкой следует понимать состояние забоя, геометрические соотношения положения машин и их узлов по отношению друг к другу и к забою, аэрологические параметры, такие как скорость и температура воздуха, концентрация метана, состояние машин и режимы их работы. В целом данная среда характеризуется высокой пространственно-временной неупорядоченностью. Все возможные признаки среды образуют множество ситуаций. Управляющее воздействие может быть определено для каждой ситуации, тогда среда может рассматриваться как фиксированная, то есть система однозначно взаимодействует с окружающей средой. Либо часть ситуаций должна быть признана технологически невозможной, то есть, система взаимодействует с окружающей средой однозначно, но на возникновение ряда ситуаций система ни как не реагирует, тогда среда рассматриваться как статическая открытая. При определенном количестве признаков среды (в работах это количество > 7), не возможно проанализировать все возможные ситуации. В этом случае управляющее воздействие формируется при анализе признаков окружающей среды на основе заложенных в систему правил (программы), обеспечивающих наиболее близкое решение для данной ситуации. Окружающая среда должна рассматриваться как не полностью определенная, взаимодействие системы с окружающей средой не однозначно и адаптивно.
Можно утверждать, что для всех машин очистного комплекса, количество необходимых признаков среды больше 7, то есть их взаимодействие с окружающей средой должно быть адаптивно. Например, система управления наиболее функционально простой машины – забойного конвейера – для обеспечения работоспособности должна учитывать минимум 12 признаков (подробнее особенности систем управления современных забойных скребковых конвейеров приведены в [7]). Кроме того, даже при 7 признаках среды для каждой машины, для работоспособности системы, состоящей из трех машин необходимо учитывать 2097152 ситуации. Не возможно создать систему, учитывающую такое количество ситуаций. Разрешить этот конфликт можно путем создания иерархической структуры системы, то есть каждая машина очистного комплекса должна обеспечивать адаптивное взаимодействие с частью окружающей среды, и друг с другом. Такой подход делает возможным рассмотрение машин очистного комплекса как МО, функционирующих самостоятельно.