Курсовая работа: Основные законы развития технических систем. Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является сквозной проход энергии по всем частям системы. Силы Ян - символизируют Свет, Тепло, Добро, Деятельность, все п

— законов, которые определяют начало жизни технических систем.

Любая техническая система возникает в результате синтеза в единое целое отдельных частей. Не всякое объединение частей дает жизнеспособную систему. Существуют по крайней мере три закона, выполнение которых необходимо для того, чтобы система оказалась жизнеспособной.

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы.

Каждая техническая система должна включать четыре основные части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и орган управления. Смысл закона 1 заключается в том, что для синтеза технической системы необходимо наличие этих четырех частей и их минимальная пригодность к выполнению функций системы, ибо сама по себе работоспособная часть системы может оказаться неработоспособной в составе той или иной технической системы. Например, двигатель внутреннего сгорания, сам по себе работоспособный, оказывается неработоспособным, если его использовать в качестве подводного двигателя подводной лодки.

Закон 1 можно пояснить так: техническая система жизнеспособна в том случае, если все ее части не имеют «двоек», причем «оценки» ставятся по качеству работы данной части в составе системы. Если хотя бы одна из частей оценена «двойкой», система нежизнеспособна даже при наличии «пятерок» у других частей. Аналогичный закон применительно к биологическим системам был сформулирован Либихом еще в середине прошлого века («закон минимума»).

Из закона 1 вытекает очень важное для практики следствие.

Чтобы техническая система была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна ее часть была управляемой.

«Быть управляемой» — значит менять свойства так, как это надо тому, кто управляет.

Знание этого следствия позволяет лучше понимать суть многих задач и правильнее оценивать полученные решения. Возьмем, например, задачу 37 (запайка ампул). Дана система из двух неуправляемых частей: ампулы вообще неуправляемы — их характеристики нельзя (невыгодно) менять, а горелки плохо управляемы по условиям задачи. Ясно, что решение задачи будет состоять во введении в систему еще одной части (вепольный анализ сразу подсказывает: это вещество, а не поле, как, например, в задаче 34 об окраске цилиндров). Какое вещество (газ, жидкость, твердое тело) не пустит огонь туда, куда он не должен пройти, и при этом не будет мешать установке ампул? Газ и твердое тело отпадают, остается жидкость, вода. Поставим ампулы в воду так, чтобы над водой поднимались только кончики капилляров (а.с. № 264 619). Система приобретает управляемость: можно менять уровень воды — это обеспечит изменение границы между горячей и холодной зонами. Можно менять температуру воды — это гарантирует устойчивость системы в процессе работы.

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является сквозной проход энергии по всем частям системы.

Любая техническая система является преобразователем энергии. Отсюда очевидная необходимость передачи энергии от двигателя через трансмиссию к рабочему органу.

Передача энергии от одной части системы к другой может быть вещественной (например, вал, шестерни, рычаги и т.д.), полевой (например, магнитное поле) и вещественно-полевой (например, передача энергии потоком заряженных частиц). Многие изобретательские задачи сводятся к подбору того или иного вида передачи, наиболее эффективного в заданных условиях. Такова задача 53 о нагреве вещества внутри вращающейся центрифуги. Вне центрифуги энергия есть. Имеется и «потребитель», он находится внутри центрифуги. Суть задачи — в создании «энергетического моста». Такого рода «мосты» могут быть однородными и неоднородными. Если вид энергии меняется при переходе от одной части системы к другой — это неоднородный «мост». В изобретательских задачах чаще всего приходится иметь дело именно с такими мостами. Так, в задаче 53 о нагреве вещества в центрифуге выгодно иметь электромагнитную энергию (ее передача не мешает вращению центрифуги), а внутри центрифуги нужна энергия тепловая. Особое значение имеют эффекты и явления, позволяющие управлять энергией на выходе из одной части системы или на входе в другую ее часть. В задаче 53 нагрев может быть обеспечен, если центрифуга находится в магнитном поле, а внутри центрифуги размещен, например, диск из ферромагнетика. Однако по условиям задачи требуется не просто нагревать вещество внутри центрифуги, а поддерживать постоянную температуру около 2500 С. Как бы ни менялся отбор энергии, температура диска должна быть постоянной. Это обеспечивается подачей «избыточного» поля, из которого диск отбирает энергию, достаточную для нагрева до 2500 С, после чего вещество диска «самоотключается» (переход через точку Кюри). При понижении температуры происходит «самовключение» диска.

Важное значение имеет следствие из закона 2..

Чтобы часть технической системы была управляемой, необходимо обеспечить энергетическую проводимость между этой частью и органами управления.

В задачах на измерение и обнаружение можно говорить об информационной проводимости, но она часто сводится к энергетической, только слабой. Примером может служить решение задачи 8 об измерении диаметра шлифовального круга, работающего внутри цилиндра. Решение задачи облегчается, если рассматривать не информационную, а энергетическую проводимость. Тогда для решения задачи нужно прежде всего ответить на два вопроса: в каком виде проще всего подвести энергию к кругу и в каком виде проще всего вывести энергию сквозь стенки круга (или по валу)? Ответ очевиден: в виде электрического тока. Это еще не окончательное решение, но уже сделан шаг к правильному ответу.

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является согласование ритмики (частоты колебаний, периодичности) всех частей системы.

Примеры к этому закону приведены в гл.1..

Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.

Идеальная техническая система — это система, вес, объем и площадь которой стремятся к нулю, хотя ее способность выполнять работу при этом не уменьшается. Иначе говоря, идеальная система — это когда системы нет, а функция ее сохраняется и выполняется.

Несмотря на очевидность понятия «идеальная техническая система», существует определенный парадокс: реальные системы становятся все более крупноразмерными и тяжелыми. Увеличиваются размеры и вес самолетов, танкеров, автомобилей и т.д. Парадокс этот объясняется тем, что высвобожденные при совершенствовании системы резервы направляются на увеличение ее размеров и, главное, повышение рабочих параметров. Первые автомобили имели скорость 15–20 км/ч. Если бы эта скорость не увеличивалась, постепенно появились бы автомобили, намного более легкие и компактные с той же прочностью и комфортабельностью. Однако каждое усовершенствование в автомобиле (использование более прочных материалов, повышение к.п.д. двигателя и т.д.) направлялось на увеличение скорости автомобиля и того, что «обслуживает» эту скорость (мощная тормозная система, прочный кузов, усиленная амортизация). Чтобы наглядно увидеть возрастание степени идеальности автомобиля, надо сравнить современный автомобиль со старым рекордным автомобилем, имевшим ту же скорость (на той же дистанции).

Видимый вторичный процесс (рост скорости, мощностей, тоннажа и т.д.) маскирует первичный процесс увеличения степени идеальности технической системы. Но при решении изобретательских задач необходимо ориентироваться именно на увеличение степени идеальности — это надежный критерий для корректировки задачи и оценки полученного ответа.

Развитие частей системы идет неравномерно; чем сложнее система, тем неравномернее развитие ее частей.

Неравномерность развития частей системы является причиной возникновения технических и физических противоречий и, следовательно, изобретательских задач. Например, когда начался быстрый рост тоннажа грузовых судов, мощность двигателей быстро увеличилась, а средства торможения остались без изменения. В результате возникла задача: как тормозить, скажем, танкер водоизмещением 200 тыс. тонн. Задача эта до сих пор не имеет эффективного решения: от начала торможения до полной остановки крупные корабли успевают пройти несколько миль…

Исчерпав возможности развития, система включается в надсистему в качестве одной из частей; при этом дальнейшее развитие идет на уровне надсистемы.
Об этом законе мы уже говорили.

Она включает законы, отражающие развитие современных технических систем под действием конкретных технических и физических факторов. Законы «статики» и «кинематики» универсальны — они справедливы во все времена и не только применительно к техническим системам, но и к любым системам вообще (биологическим и т.д.). «Динамика» отражает главные тенденции развития технических систем именно в наше время.

Развитие рабочих органов системы идет сначала на макро-, а затем на микроуровне.

В большинстве современных технических систем рабочими органами являются «железки», например винты самолета, колеса автомобиля, резцы токарного станка, ковш экскаватора и т.д. Возможно развитие таких рабочих органов в пределах макроуровня: «железки» остаются «железками», но становятся более совершенными. Однако неизбежно наступает момент, когда дальнейшее развитие на макроуровне оказывается невозможным. Система, сохраняя свою функцию, принципиально перестраивается: ее рабочий орган начинает действовать на микроуровне. Вместо «железок» работа осуществляется молекулами, атомами, ионами, электронами и т.д.

Переход с макро- на микроуровень — одна из главных (если не самая главная) тенденций развития современных технических систем. Поэтому при обучении решению изобретательских задач особое внимание приходится обращать на рассмотрение перехода «макро-микро» и физических эффектов, реализующих этот переход.

Развитие технических систем идет в направлении увеличения степени вепольности.

Смысл этого закона заключается в том, что невепольные системы стремятся стать вепольными, а в вепольных системах развитие идет в направлении перехода от механических полей к электромагнитным; увеличения степени дисперсности веществ, числа связей между элементами и отзывчивости системы.

Многочисленные примеры, иллюстрирующие этот закон, уже встречались при решении задач.

Введение

1. Понятия и определения

2. Закономерности техники

3. Основные законы развития технических систем

3.1 Закон прогрессивной эволюции техники

3.2 Закон полноты частей системы

3.3 Закон расширения множества потребностей-функций

3.4 Закон соответствия между функцией и структурой

4. Вытеснение человека из технических систем

4.1 Закон стадийного развития техники

4.2 Роботизация и законы робототехники

5. Прогнозирование развития технических систем

Список литературы

Введение

Развитие человечества, уже много столетий связано с развитием техники. На протяжении многих лет люди улучшали и модернизировали существующую технику и изобретали новую. Техника же помогала люди развиваться самим, улучшать свои навыки и способности.

Как и весь наш мир техника существует и развивается на основе законов. Разработка законов развития технических систем велась уже достаточно давно. Первую работу по законам развития техники написал Георг Гегель в параграфе «Средство» работы «Наука логики». «Техника механическая и химическая потому и служит целям человека, что ее характер (суть) состоит в определении ее внешними условиями (законами природы)». В 1843 году В. Шульц описал прототип закона полноты частей системы. Он писал, что «можно провести границу между орудием и машиной: заступ, молот, долото и т.д., системы рычагов и винтов, для которых, как бы искусно они ни были сделаны, движущей силой служит человек … все это подходит под понятие орудия; между тем плуг с движущей его силой животных, ветряные мельницы следует причислить к машинам ». Чуть позже некоторые законы развития техники были описаны К. Марксом и Ф. Энгельсом. К. Маркс описал эти законы в разделе «Развитие машин», «…различие между орудием и машиной устанавливают в том, что при орудии движущей силой служит человек, а движущая сила машины – сила природы, отличная от человеческой силы, например животное, вода, ветер и т.д.». Некоторые дополнительные материалы можно найти в работах Ф. Энгельса по истории развития военной техники и ведения войн. Это работы 1860–1861 гг., в частности: «О нарезной пушке», «История винтовки», «Оборона Британии», «Французская легкая пехота» и др. Определенным вкладом в понимании техники и ее законов было создание «философии техники». Этот термин ввел немецкий ученый Эрнест Капп. В 1877 году он выпустил книгу «Основные линии философии техники». Основное развитие этого течения проходило в начале XX века. В основном, развитием «философии техники » занимались немецкие ученые Ф. Дессауер, М. Эйт, М. Шнейдер и др. В России эту тематику разрабатывал П.К. Энгельмейер. В 1911 году он выпустил книгу «Философия техники». Все эти работы обсуждали теоретические и социальные проблемы техники и технического прогресса. Вопросами истории техники, классификации и определения понятий техники занимались многие ученые в различных странах К. Туссман и И. Мюллер (в Германии), В.И. Свидерский, А.А. Зворыкин, И.Я. Конфедератов, С.В. Шухардин (в России) и др. В 1962 году был выпущен фундаментальный труд по истории техники.

Тем не менее, наука о законах техники только начинает формироваться. И первый этап, естественно, связан с формулированием и обоснованием гипотез о законах строения и развития техники. Сегодня нет пока достаточно обоснованных общепризнанных отдельных законов техники и нет еще даже в гипотезах полной замкнутой системы их системы. Создание такой системы, как и обоснование отдельных законов – одно из важнейших актуальных современных направлений фундаментальных исследований, относящихся к технознанию и общей теории проектирования. Это направление ждет своих энтузиастов-исследователей.

Однако, в отличие от недавнего времени сегодня уже имеются теоретические и методические разработки по законам и закономерностям техники, которые представляют большой интерес для практического использования. Законы техники, а также более частные и локальные закономерности могут иметь многоплановое приложение в инженерном творчестве. Во-первых, на основе законов и закономерностей техники могут быть разработаны наиболее эффективные методология и методы инженерного творчества. Во-вторых, привязка законов и закономерностей к конкретному классу технического объекта позволяет определить наиболее структурные свойства, облик и характеристики технического объекта в следующих поколениях.

В данной работе будут рассмотрены наиболее основные законы, нашедшие свое подтверждение на практике, на основание которых можно анализировать существующие технические объекты и со степенью вероятности проектировать дальнейшее развитие отдельных машин и механизмов.

Прежде чем перейти непосредственно к самим законам, нужно дать точное определение техническим объектам, описывающимся в этих законах, и дать определения закону, как понятию.

1. Понятия и определения

Техника(греческое «техне» – ремесло, искусство, мастерство).

Определения техники можно объединить в три основные группы. Их можно представить следующим образом: техника как искусственная материальная система; техника как средство деятельности; техника как определенные способы деятельности.

Первое значение (техника как искусственная материальная система) выделяет одну из сторон существования техники, относя ее к искусственным материальным образованиям. Но не все искусственным материальным образования являются техникой (например, продукты селекционной деятельности, которые обладают естественной структурой). Поэтому сущность техники не исчерпывается подобными определениями, так как не выделяют технику среди других искусственных материальных образований.

Второе значение также является недостаточным. Техника трактуется как средство труда, средство производства, орудия труда и т.д. Иногда техника определяется сразу и как средства, и как орудия. Но это не корректно, так как и то и другое понятия лежат в одной плоскости рассмотрения и средства труда являются более широким понятием по отношению к орудиям труда.

Третье выделенное значение – техника как определенные способы деятельности. Но этой сущности скорее соответствует понятие «технологический процесс», который, в свою очередь, является элементом технологии.

Технический объект. Понятие «технический объект» обозначает такое техническое явление, которое обладает всеми основными признаками общего класса технических образований. Отдельный технический объект является наиболее полной единичной клеткой технического мира.

Таким образом, технические объекты – это такие образования, которые, выполняя функцию средства человеческой деятельности, интегрируют в себе основные стороны деятельности человека (материальную, научную, художественную). Все другие образования существуют относительно самостоятельно и образуют смежные явления, представляющие отдельные части целого. К ним можно отнести: явления духовной жизни человека; произведения искусства; используемые неизмененные природные формы; технические системы, обладающие искусственной природой, но не выполняющие целостной социальной функции.

Наиболее детально характеристику технического объекта дал В.В. Чешев. Он пишет «…технический объект предстает в виде определенной совокупности элементов, в виде определенной вещественной структуры. …он представляет собой особую «целесообразную форму» проявления некоторого закона природы и должен описываться со стороны технических свойств, проявляемых им при практическом использовании в производственной (или какой-либо другой) сфере деятельности, а также должен быть описан со стороны своего внутреннего содержания как процесс, определяемый законом природы. Описывая техническое устройство совокупностью технических и естественных свойств, мы получаем обобщенное представление о техническом объекте».

Машина (от лат. machina – устройство искусственного происхождения (совокупность агрегатов или устройств).

Машиной называют устройство для совершения полезной работы или преобразования энергии. Машины, в которых энергия преобразуется в механическую работу, затрачиваемую на приведение в движение машин-орудий, называют машинами-двигателями.Машины, при помощи которых производится изменение формы, свойств, положения, состояния тех или иных материалов или предметов, называют машинами-орудиями (например, металлорежущий станок). «Идеальная машина» – абстрактный эталон, в реальных условиях недостигаемый и отличающийся следующими обстоятельствами:

Все части идеальной машины все время несут полезную расчетную нагрузку.

Материал «идеальной машины» работает так, что его свойства используются наилучшим образом, например, металлические части работают только на растяжение, деревянные части – только на сжатие и т.д.

Для каждой части «идеальной машины» созданы наиболее благоприятные внешние условия (температура, давление, характер движения внешней среды и т.д.).

Если «идеальная машина» передвигается, то вес, объем и площадь полезного груза совпадают или почти совпадают с весом, объемом и площадью самой машины.

«Идеальная машина» способна менять назначение (в пределах своей основной функции).

Межремонтный период частей равен сроку службы всей «идеальной машины».

Сравнивая «идеальную машину» с идеей изобретения, можно судить об уровне, вообще достигнутом в данной отрасли техники, и о качестве найденной идеи.

Механизм – это совокупность тел (обычно – деталей машин), ограничивающих свободу движения друг друга взаимным сопротивлением. Механизмы служат для передачи и преобразования движения. Как преобразователь движения механизм видоизменяет скорости, или траектории, или же и то, и другое. Он преобразует скорости, если при известной скорости одной из его частей другая его часть совершает движение, подобное движению первой, но с другой скоростью. Механизм преобразует траекторию, если, в то время как одна из его точек описывает известную траекторию, другая описывает другую заданную траекторию.

Законы развития технических систем

Мы уже познакомились с некоторыми основными законами развития технических систем: закон стремления к идеальности, закон перехода в надсистему, закон развития через возникновение и преодоление противоречий.

Законы развития технических систем (по Г.С Альтшуллеру)

1. Закон полноты частей системы Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы.

2. Закон «энергетической проводимости» системы Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является сквозной проход энергии по всем частям системы.

3. Закон согласования ритмики частей системы Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является согласование (или сознательное рассогласование) частоты колебаний (периодичности работы) всех частей системы.

4. Закон увеличения степени идеальности системы Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.

5. Закон неравномерности развития частей системы Развитие частей системы идет неравномерно: чем, сложнее система, тем неравномернее развитие ее частей.

6. Закон перехода в надсистему Развитие системы, достигшей своего предела, может быть продолжено на уровне надсистемы.

7. Закон динамизации технических систем Жесткие системы, для повышения их эффективности должны становиться динамичными, то есть переходить к более гибкой, быстро меняющейся структуре и к режиму работы, подстраивающемуся под изменения внешней среды.

8. Закон перехода с макроуровня на микроуровень Развитие рабочих органов идет сначала на макро-, а затем на микроуровне.

9. Закон увеличения степени вепольности Развитие технических систем идет в направлении увеличения степени вепольности: невепольные системы стремятся стать вепольными, а в вепольных системах развитие идет путем увеличения числа связей между элементами, повышения отзывчивости (чувствительности) элементов, увеличения количества элементов.

В 70-х годах прошлого века Г.С.Альтшуллер предпринял шаги по переходу от методики изобретательства к теории изобретательского творчества, а затем и к теории развития технических систем. Важная роль в этом переходе была отведена созданию системы законов развития технических систем, которые стали базой для тех инструментов решения задач, которые используются в ТРИЗ. В 1977 году Г.С.Альтшуллер опубликовал первый вариант системы законов развития технических систем (ЗРТС).

Последователи и ученики Г.С.Альтшуллера (Ю.Саламатов, С.Литвин, Б.Злотин) создавали и другие системы законов. Но базой для этих систем законов остается система законов, предложенная Г.С.Альтшуллером. Ниже приводится один из вариантов системы законов, которая вполне может быть перенесена с технических систем на информационные технологии.

Рис. 2.20. Законы развития систем

О некоторых из этих законов мы уже говорили выше. О некоторых речь пойдет дальше, например, в разделе об элеполях.

Введение

1. Понятия и определения

2. Закономерности техники

3. Основные законы развития технических систем

3.1 Закон прогрессивной эволюции техники

3.2 Закон полноты частей системы

3.3 Закон расширения множества потребностей-функций

3.4 Закон соответствия между функцией и структурой

4. Вытеснение человека из технических систем

4.1 Закон стадийного развития техники

4.2 Роботизация и законы робототехники

5. Прогнозирование развития технических систем

Список литературы

Введение

Как и весь наш мир техника существует и развивается на основе законов. Разработка законов развития технических систем велась уже достаточно давно. Первую работу по законам развития техники написал Георг Гегель в параграфе «Средство» работы «Наука логики». «Техника механическая и химическая потому и служит целям человека, что ее характер (суть) состоит в определении ее внешними условиями (законами природы)». В 1843 году В. Шульц описал прототип закона полноты частей системы. Он писал, что «можно провести границу между орудием и машиной: заступ, молот, долото и т.д., системы рычагов и винтов, для которых, как бы искусно они ни были сделаны, движущей силой служит человек … все это подходит под понятие орудия; между тем плуг с движущей его силой животных, ветряные мельницы следует причислить к машинам». Чуть позже некоторые законы развития техники были описаны К. Марксом и Ф. Энгельсом. К. Маркс описал эти законы в разделе «Развитие машин», «…различие между орудием и машиной устанавливают в том, что при орудии движущей силой служит человек, а движущая сила машины – сила природы, отличная от человеческой силы, например животное, вода, ветер и т.д.». Некоторые дополнительные материалы можно найти в работах Ф. Энгельса по истории развития военной техники и ведения войн. Это работы 1860–1861 гг., в частности: «О нарезной пушке», «История винтовки», «Оборона Британии», «Французская легкая пехота» и др. Определенным вкладом в понимании техники и ее законов было создание «философии техники». Этот термин ввел немецкий ученый Эрнест Капп. В 1877 году он выпустил книгу «Основные линии философии техники». Основное развитие этого течения проходило в начале XX века. В основном, развитием «философии техники» занимались немецкие ученые Ф. Дессауер, М. Эйт, М. Шнейдер и др. В России эту тематику разрабатывал П.К. Энгельмейер. В 1911 году он выпустил книгу «Философия техники». Все эти работы обсуждали теоретические и социальные проблемы техники и технического прогресса. Вопросами истории техники, классификации и определения понятий техники занимались многие ученые в различных странах К. Туссман и И. Мюллер (в Германии), В.И. Свидерский, А.А. Зворыкин, И.Я. Конфедератов, С.В. Шухардин (в России) и др. В 1962 году был выпущен фундаментальный труд по истории техники.

1. Понятия и определения

Техника (греческое «техне» – ремесло, искусство, мастерство).

Технический объект. Понятие «технический объект» обозначает такое техническое явление, которое обладает всеми основными признаками общего класса технических образований. Отдельный технический объект является наиболее полной единичной клеткой технического мира.

Машина (от лат. machina – устройство искусственного происхождения (совокупность агрегатов или устройств).

Машиной называют устройство для совершения полезной работы или преобразования энергии. Машины, в которых энергия преобразуется в механическую работу, затрачиваемую на приведение в движение машин-орудий, называют машинами-двигателями. Машины, при помощи которых производится изменение формы, свойств, положения, состояния тех или иных материалов или предметов, называют машинами-орудиями (например, металлорежущий станок). «Идеальная машина» – абстрактный эталон, в реальных условиях недостигаемый и отличающийся следующими обстоятельствами:

Все части идеальной машины все время несут полезную расчетную нагрузку.

«Идеальная машина» способна менять назначение (в пределах своей основной функции).

Межремонтный период частей равен сроку службы всей «идеальной машины».

Теперь перейдем к определению закона и требования, которым должны удовлетворять законы техники.

Закон-необходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями. Закон выражает связь между предметами, составными элементами данного предмета, между свойствами вещей, а также между свойствами внутри вещи. Но не всякая связь есть закон. Связь может быть необходимой и случайной. Закон – это необходимая связь. Он выражает существенную связь между сосуществующими в пространстве веществами. Это закон функционирования.

Закономерность, обусловленность объективными законами; существование и развитие соответственно законам

А.И. Половинкин сформулировал требования, которым должны удовлетворять законы техники:

Противоречие разрешить удалось, но также ясно, что пройдет еще немного времени, и придется снова говорить о необходимости повышения быстродействия подсистемы памяти. Итак, процесс развития компьютерных систем – это разрешение противоречий, с учетом спектра проблем и перечня противоречий, подлежащих разрешению. 2.8 Аппаратные и программные решения Как известно, многие задачи можно решить...

Как ему не достает той эрудиции, которая необходима для прочного обоснования идей". То есть надо и быть дилетантом и не быть им. Это диалектическое противоречие. В процессе изучения технического менеджмента мы будем с вами на практике разрешать, продуктивно разрешать это противоречие. Оказывается, как доказали своими работами наши ученые-дилетанты Г.С.Альтшуллер, Ю.П.Саламатов, Б.Л. ...

Ткань сгорала, оставляя тонкий «скелет», ярко светящийся при нагревании под действием пламени. Эти устройства получили название колпачки Ауэра. В принципе, на этом история развития ламп, использующих химическую энергию в качестве источник энергий практически прекратилась, хотя газовое освещение еще долго составляло конкуренцию электрическому (См. Фильм «Газовый свет»). Появление ацетиленовой (...

Тщательно, практически алгоритмизированы. Так к какой же группе методов отнести современный мозговой штурм: случайных, систематических, а может быть логических? Методические поисковые средства технического творчества в формировании эффективной среды их применения Обобщенная схема проектирования систем позволяет выделить основные этапы поиска решения и установить предпочтительный для каждого...

Этап развертывания ТС протекает следующим образом.

После появления потребности в новой ТС происходит поиск исходных подсистем, веществ и синтез из них ТС. В этот период идет поиск "классической " схемы ТС в соответствии с законами статики, обеспечивающими поиск состава, энергетическую проводимость ко всем частям системы, согласование ритмики частей системы между собой и соблюдением принципа ВПФ-совместимости.

После формирования моно-ТС происходит интенсивное развитие ТС путем применения ее в различных ТС в качестве подсистемы. Одновременно идет процесс увеличения ГПФ ТС и ее "обрастание" рядом подсистем, повышающих эффективность или обслуживающих ее. На этом этапе уже начинают заметно проявляться тенденции совмещения новой моно-ТС с подсистемами надсистемы и поиска идеальных подсистем, веществ, позволяющих повысить ГПФ системы (см. таблицу применения ТТ в других ТС - рис. 7).

Применение ТС в надсистеме приводит с первых же шагов развития системы к объединению ее с другими системами и дифференциации ее подсистем по выполняемым функциям. Одновременное усложнение и дифференциация ТС и ее подсистем приводит к тому, что каждая ее подсистема на уровне своего ранга становится трудно управляемой - происходит процесс насыщения.

В этот период в недрах подсистем ТС зарождается идеальное вещество , которое после насыщения подсистемы соответствующего ранга поглощает в себя эту подсистему. Так, переходя от ранга к рангу идеальное вещество поглощает и саму ТС.

Этот процесс изображен на рис. 62. Пунктирные линии (на рисунке только для В и ТС) показывают поглощение (свертывание), очистку В от лишних веществ и свойств и поглощение ТС идеальным веществом.

В это время усложнение ТС продолжается, но уже на более высоких рангах или при ее объединении с себе подобными. Как было показано Г.С.Альтшуллером и И.М.Верткиным процесс усложнения ТС происходит путем развертывания ТС из моно-системы в би-, затем в поли- и, наконец в сложные системы.

В каждый период развертывания ТС в би- или поли-систему происходит процесс поглощения (свертывания) ТС в вещество.

Усложнение ТС может быть выражено принципом негэнтропийности , обеспечивающего развитие ТС в направлении идеальности. Суть его заключается в увеличении сложности ТС в процессе развития (увеличении количества возможных вариантов отклика), повышении организации (разделении функций между специализированными связанными между собой открытыми подсистемами и объединении их в универсальную систему) и переходе к самоорганизующимся системам.

Второй этап идеализации ТС - этап поглощения (свертывания) ТС идеальным веществом и есть тот процесс идеализации, который общепринят в ТРИЗ.

Таким образом, представление об усложнении ТС в период ее развертывания, как о составной части процесса идеализации, его диалектики, позволяет получить наиболее полную картину развития ТС и разрешить те противоречия, которые имелись между теорией и реальностью.

2.2. МОДЕЛЬ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Анализ линии жизни реальных ТС показал, что развитие любой системы в итоге заканчивается созданием новой моно-системы , развитие которой повторяется вновь во всех подробностях, но на новом иерархическом уровне. Здесь имеются в виду подробности закономерностей развития. Это дает возможность утверждать, что существует генеральная линия развития любых ТС. В этом аспекте понятие ИТС необходимо для того, чтобы выявить особенности формирования систем, лежащих на этой линии.

Чтобы выявить особенности формирования систем, лежащих на генеральной линии развития, проанализируем модель простейшей ТС (как составной части ТС I, II и III рангов в ее динамическом внутреннем функционировании и взаимодействии с внешней средой. Структура такой ТС была предложена Г.С.Альтшуллером (рис. 63). Она включает в себя минимум составных частей и связей между ними: иерархию внутренних подсистем (ПС, П П С - подсистема n-ного ранга), связи с соседними системами (S(C); (S(ПC)) и с надсистемой (S(C), S(С,НС)) и пограничный слой (ГС) между НС и ТС.

При взаимодействии ТС с внешней средой, т.е. при поступлении извне потоков энергии, веществ и информации - полезных (Э П; В П; И П) и вредных (Э В; В В; И В) - начинается внутреннее функционирование перечисленных выше связей. В результате в надсистему технической системой выдается продукция (Пр), отходы вещества и энергии (Э О; В В;) измерительная информация (И) о состоянии системы.

Учитывая системный характер техники, многоранговость ТС и невозможность отразить предложенной схемой иерархических уровней вещества и поля, нами была предложена схема, изображенная на рис. 64 , которая идентична схеме на рис. 63. Она позволяет отразить как иерархическую зависимость различных рангов ТС, так и некоторые тенденции развития ТС. Каждый из уровней П, В, ПС, ТС и НС представляют собой (в общем виде) область, в которой распределено все многообразие ТС на соответствующих подуровнях. Между уровнями находятся пограничные слои. Потоки энергии, вещества и информации попадая в систему, распределяются между ее подсистемами (уровнями), выдавая на выходе продукцию. При этом, вместе с потоками вредных (Э,В,И), часто генерируемых самой системой, в систему проникают потоки (Э,В,И) из окружающей среды (претензии окружающей среды), ухудшающие и разрушающие ТС. Для уменьшения их влияния в ТС вводится пограничный слой. Но, если и он не "спасает" систему, система адаптируется к воздействующим на нее претензиям, обращая вред в пользу. Таким образом в процессе функционирования ТС должна уметь хорошо перерабатывать полезные потоки (Э,В,И), максимально соблюдая принцип ВПФ-совместимости, и, уметь хорошо сопротивляться претензиям окружающей среды, максимально, где надо, соблюдая или не соблюдая принцип ВПФ-совместимости.

Предложенная схема позволяет также выявить некоторые особенности сосуществования ТС и окружающей среды при их взаимодействии. Одной из таких особенностей являются проявление закона соответствия организаций ТС и окружающей среды .

Сечение 2 - 2

Рис. 64. Схема иерархических уровней ТС (сечение 2-2 - см. )

2.2.1. Закон соответствия организаций ТС и окружающей среды.

Любое взаимодействие, если противодействующие в нем силы равны по величине и противоположны по направлению, является равновесным.

При взаимодействии ТС с окружающей средой (ОС) чаще претензии ОС оказываются сильнее возможностей ТС. Это позволяет сделать вывод о том, что необходимым условием бесконфликтного функционирования ТС в окружающей среде является соответствие ТС окружающей среде по сложности и уровню организации .

Исследования развития различных ТС подтверждают этот вывод и показали, что с увеличением степени идеальности ТС уровень организации ТС становится значительно выше уровня организации ОС. ТС становится более управляемой и меньше начинает зависеть от окружающей среды. Кроме того, при анализе причин и механизмов динамизации ТС выяснилось, что претензии ОС имеют определенную иерархию, которая представляет собой системную организацию природных систем (и природы в целом). Системный характер претензий ОС и в то же время их многообразие вызывает определенное многообразие ТС, функционирующих в окружающей среде, а также многообразие живых организмов.

В самом общем виде иерархия претензий ОС к ТС может быть представлена следующим перечнем.

Макровоздействия (землетрясение, ветер, волны, приливы-отливы, солнечное излучение и т.д.).
Мезовоздействия (средние макровоздействия).
Микровоздействия (вибрация, коррозия, растворение вещества, нагрев), а также претензии действующие на уровне:
- кристаллической решетки,
- доменов,
- молекул,
- атомов, и т. д.
Микровоздействия на уровне полей (солнечное излучение, тепловое поле, электростатическое, электромагнитное, магнитное и гравитационное поля и др.).

Например, на судно в океане действуют: макроволны - в целом на весь его остов; мезоволны - на его корпус; кавитация, раствор морской воды и т.д. - на материал корпуса; ветер - на надстройки на палубе и т.д. Таким образом сложность организации ОС требует соответствующей сложности организации ТС, чтобы на каждую претензию ОС был соответствующий отклик ТС. Это достигается, например, повышением управляемости ТС.

Создавая ТС для борьбы с претензиями ОС необходимо исходить из уровня организации самой претензии, включая ТС в качестве промежуточного элемента между претензиями ОС и ТС, которую необходимо защитить или ОС и человеком. Изменения, которые происходят после того когда достигается соответствие реакций ТС на претензии ОС, находятся в прямой зависимости от претензий ОС и потребностей человека.

Например, опора для сохранения вечной мерзлоты по пат. США 3788389 выполнена в виде ТТ способной реагировать на все изменения температуры окружающей среды, поддерживая таким образом равновесие между температурой опоры и грунта. Здесь ТТ действует на том уровне, на котором находятся претензии ОС (тепло), но имеет при этом уровень организации выше, чем у ОС, этим и достигается высокая скорость реакции на все изменения ОС.

Другой пример - костюм для горноспасателей по а.с. СССР 111144 (общеизвестное изобретение Г.С.Альтшуллера - см., например, "Алгоритм изобретения", М.: Московский рабочий, 1969 г., с.88, 1973 г., с. 111).

Для обеспечения жизнеспособности ТС должна находиться в неравновесном с ОС состоянии. А это возможно лишь при более высокой организации ТС по сравнению с организацией ОС. Равновесие может наблюдаться в пограничном слое.

То же можно сказать и о случае, когда претензии генерируются самой ТС. Например, в случае неуправляемых процессов или подсистем. Так, жало паяльника по а.с. СССР 616073 выполнено в виде ТТ, стабилизирующей его температуру.

Можно сказать, что в процессе своего развития ТС стремится перейти на тот уровень, на котором наблюдается или может быть соответствие организаций ТС и ОС. Причем процесс этот направленный, ТС все время стремится, как бы, уйти от претензий более высоких уровней, к претензиям более низких уровней.

Особенно ярко этот процесс проявляется при переходе с макро- на микро-уровень. Например, струны ограничительного элемента, при электрохимической обработке стекла, натягивались с помощью специального механического устройства. Тем не менее претензии ОС - тепловое поле, нагревающее и деформирующее струны (чем и вызвана необходимость подтягивать их), действовали непосредственно на кристаллическую решетку струн. В соответствии с вышеизложенным, ТС также должна перейти на тот уровень, где непосредственно действуют претензии. Что и было предложено по а.с. СССР 580116: ограничительный элемент выполнили в виде биметаллической дуги. Теперь устройство само приспосабливается к изменениям теплового поля.

Уход от претензий высших уровней к претензиям низших уровней заметен во всех областях, где ТС испытывает претензии разных уровней. Например, в строительстве: это переход от зданий опирающихся на несколько точек, к зданиям, опирающимся на одну, например к фундаментам с корневой системой, особенно в районах с повышенной сейсмичностью.

Итак, сохранение неравновесного состояния взаимодействия с внешней средой является важным принципом, обеспечивающим жизнеспособность ТС. Он состоит в противоборстве факторов, направленных на поддержание неравновесия со средой, и уравновешивающих факторов среды, направленных на приведение ТС в состояние равновесия. ТС достигает состояния неравновесия путем оптимального перераспределения Э, В и И между подсистемами (если для этого хватает внутренних ресурсов - селективных подсистем, связей между ними, запасов "прочности") или изменяется, заменяется новой ТС (если внутренних ресурсов недостаточно и нечем ответить на "претензии" внешней среды, то возникают и быстро развиваются противоречия).

Один из путей опережающего (прогностического) развития ТС - искусственное ужесточение изменений внешней среды для создания сильных противоречий.

Во всех случаях уровень организации ТС должен быть несколько выше уровня организации ОС. Например, необходимо поддерживать разницу температур между наружной оболочкой космического корабля и внутренней. Достигается это путем создания пограничного слоя , обеспечивающего сохранение разности изменения в организации внутренней среды ТС и внешней - космоса.

На первых этапах развития ТС образуется первичный пограничный слой. Затем идет процесс упрочнения и усложнения, динамизации и дифференциации его на подслои со специализацией их по потокам Э,В,И. И, в конечном итоге, поглощение всех буферных систем, обслуживающих пограничный слой, идеальным веществом этого слоя.

Усложнение ТС в период развертывания протекает одновременно с процессами объединения и специализации подсистем, что требует повышения управляемости усложнившейся системы. Назревшие противоречия между управляемостью и сложностью системы разрешаются двумя путями:

передачей функций управления в надсистему путем усложнения надсистемы и упрощения системы (ее оперативной зовы),
передачей управления идеальному веществу системы путем упрощения самой системы, но усложнением вещества.

Примеры тому ТТ-120, ТТ-121 и ТТ-92.

Непременным условием развития ТС в направлении увеличения степени идеальности, является принцип наименьшего действия. Суть его заключается в том, чтобы в процессе развития ТС осуществить такие минимальные преобразования в ТС, после которых в ней происходили бы сами по себе изменения, направленные на увеличение главной полезной функции системы.

Проявление этого принципа становится ощутимым в тех случаях, когда в системе соблюдены принципы ВПФ-совместимости, соответствия организаций ТС и ОС, а сама ТС находится на этапе поглощения в идеальное вещество. Например, ТТ-92, ТТ-108, а.с. СССР 383973, а.с. СССР 1070421 и др.

Приведенные принципы являются попыткой исследовать "тонкую структуру" и механизмы развития и функционирования технических систем.

2.3. СХЕМА ЭВОЛЮЦИИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

При построении любой научной теории одним из важных вопросов является философская позиция исследователя, его методология. Это особенно важно сейчас, когда закладываются основы ТРТС, корни которой уходят в ТРИЗ.

ТРИЗ построена на большом фактическом материале. Но тот эмпирический подход, заключающийся в разделении, расчленении объекта, фиксирование в сознании устойчивого объекта, с уже сложившейся структурой, становится не приемлемым, особенно когда исследуется вопрос об эволюции системы.

Поскольку такой эмпирический подход отвлекается от развития предмета, его соотношения с системой, взаимодействия с другими предметами, то в результате оказывается, что исследуемый предмет как целое отражается односторонне. Поэтому нами выбран путь анализа не отдельных, вычлененных из общего развития ТС, а путь логики развития целого вида ТС, увязки всех законов и движущих сил развития в единое целое.

К проблеме идеализации ТС было сделано несколько подходов:

исследована динамизация ТС,
исследована идеализация вещества ТС,
проанализированы принципы развития и модель ТС, виды идеализации, логика развития конкретной ТС.

Полученные схемы, каждая по своему, отражала процесс идеализации. Однако при попытке объединить их, для объяснения эволюции ТС возникали противоречия. Попытка привлечь схему диалектики развития ТС, предложенную Г.С.Альтшуллером и И.М.Верткиным (см. ), для устранения возникшего противоречия, еще сильнее обострила противоречия между отдельными схемами, хотя было ясно, что каждая из них отражает какую-то сторону развития. Например, схема диалектики развития ТС отражала усложнение ТС в процессе перехода от моно к би-, затем к поли- и сложным системам. При этом отмечалось, что развитие ТС происходит по пути разрешения противоречия между усложнением ТС и ее идеализацией - операцией свертывания системы. Причем полностью свернутая би- или поли-системы снова становится моно-системой и может вновь совершить виток от "А" к "Д" или "Е" (т.е., к моно-С или би-С следующего цикла). Это один из важнейших механизмов развития всех ТС, отражающий одновременно закон перехода в надсистему.

Когда же был применен системный подход к решению возникших противоречий, все схемы удалось вписать в единую схему (модель) эволюции ТС, которая была впоследствии названа "бегущей волной идеализации ".

С учетом исходных принципов и схем, схема диалектики развития ТС (), уточненная на Новосибирской конференции, была деформирована (см. ) так, чтобы все полностью свернутые ТС легли на генеральную линию развития (ГГЛ) ТС. Таким образом, точки, которые легли на ГГЛ, отразили то представление об идеальности ТС, которое принято в ТРИЗ (М,Г,Э->0, п->). Стало ясно, что без анализа части жизни ТС лежащей выше ГГЛ невозможно будет выяснить ни структуру законов, ни их механизмы, ни объяснить все существующее многообразие систем данного вида.