Законы развития систем триз. Закон полноты частей системы. Закон «энергетической проводимости» системы
Законы развития технических систем
Общая часть
Законы развития технических систем, на которых базируются все основные механизмы решения изобретательских задач, впервые сформулированы Г.С.Альтшуллером в книге "Творчество как точная наука" (М.: "Советское радио", 1979, с.122-127):
- Закон полноты частей системы.
- Закон "энергетической проводимости" системы.
- Закон согласования ритмики частей системы.
- Закон увеличения степени идеальности системы.
- Закон неравномерности развития частей системы.
- Закон перехода в надсистему.
- Закон перехода с макроуровня на микроуровень.
- Закон увеличения степени вепольности.
Законы были сгруппированы в три блока, условно названные: "статика" (законы 1-3), "кинематика" (4-6), "динамика"(7,8). Можно заметить определенную связь этих групп с моделью "жизни, развития, смерти" технических систем - S -образной кривой (ссылка - ДК ), которая была использована Г.С.Альтшуллером для иллюстрации эволюционных процессов в технике. Законы "статики" характерны для периода возникновения и формирования ТС, законы "кинематики" для периода начала роста и расцвета развития, законы "динамики" для завершающего этапа развития и перехода к новой системе.
В дальнейшем был сформулирован (Г.С.Альтшуллер. Найти идею. Новосибирск, "Наука", 1986, с.59) еще один закон из группы "кинематики":
9. Закон увеличения степени динамичности систем.
В этой же книге более подробно детализирован закон увеличения степени вепольности (с.79) и изложен новый механизм закона перехода в надсистему - линия развития "моно-би-поли" (с. 90-97); предпринята также попытка составления общей схемы развития ТС (с.100-120) - на основе линии "моно-би-поли" и предположения о ее спиралеобразной форме.
В данной работе законы развития ТС излагаются, в основном, в формулировках предложенных Г.С.Альтшуллером.
Общая схема развития ТС (модель эволюции техники) разработана на основе нашей предыдущей работы 1984 года (Саламатов Ю.П., Кондраков И.М. "Идеализация технических систем. Исследование и разработка пространственно-временной модели эволюции технических систем (модель "бегущей волны идеализации") на примере развития ТС "Тепловая труба". Рукопись, Красноярск, 1984 г.).
Законы как основа ТРТС
Процесс развития техники - это равнодействующая сознательной человеческой деятельности, а человек действует в соответствии с объективными законами мира (даже если и не догадывается об этом), то есть развитие техники объективно и закономерно. Следовательно эти законы можно познать и целенаправленно использовать. Это аксиома (постулат, основной принцип, главная идея), лежащая в основе создающейся теории развития технических систем (ТРТС) .
В общем смысле любая научная теория, как система знаний, должна объяснять возникновение и функционирование, а также предсказывать развитие каких-либо объектов (предметов, явлений, понятий) действительности. Причем, эта система знаний обязательно должна поддаваться экспериментальной, практической проверке. Все это уже сейчас присуще ТРТС и многократно подтверждено в изобретательской и конструкторской практике.
Основной принцип ТРТС конкретизирован в законах, которые в свою очередь раскрываются и детализируются в правилах их применения, в стандартах, принципах разрешения противоречий, вепольном анализе и АРИЗе.
Любая теория - это лишь отражение (в той или иной степени точности) многообразности, сложности и противоречивости реальных процессов развития. В этом смысле процесс познания бесконечен и постоянное выдвижение новых версий, гипотез и умозаключений - естественное состояние развивающейся теории. Однако логика развития реальных систем - главный ограничитель логико-теоретических построений; отсюда вытекает обязательность практической проверки любых суждений и предположений.
Системные законы принято делить на четыре группы:
- законы структурообразования , формулирующие условия возникновения структур;
- законы функционирования , объясняющие условия возникновения и развития связей и организации;
- законы развития , объясняющие движущие силы и механизмы преобразования систем через возникновение и разрешение противоречий;
- законы взаимодействия с другими системами, с подсистемами и внешней средой.
Закон развития ТС - это существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между элементами внутри системы и с внешней средой в процессе прогрессивного развития, то есть перехода системы от одного состояния к другому с целью увеличения ее полезной функции.
Законы выявляются при анализе больших групп фактов (изобретения из патентного фонда, историко-технические исследования). Однако в технике законы действуют как стихийная сила и никогда нет уверенности, что в отобранную группу фактов (малый осколок действительности) попали устойчивые, не случайные и существенные системные отношения. Поэтому познание законов вынужденно идет методом последовательного приближения: отбор сильных изобретений (технических решений), выявление приемов разрешения технических противоречий, выделение устойчивых сочетаний приемов и физэффектов, а затем стандартных шагов в развитии технических систем. На всех этапах исследования невозможно исключить субъективные факторы (вкусовой подход, индивидуальность оценки, отсутствие количественных критериев).
Единственный всеобъемлющий качественный критерий прогрессивности изменений в развитии любой технической системы - идеальность .
Повышение степени идеальности - ориентир в безбрежном море информации о техносфере.
Главенствующая роль закона идеализации ТС видна во всех механизмах ТРИЗ и именно этот закон определяет наиболее общие тенденции развития техники. В сущности, все остальные законы являются конкретными воплощениями этого главного закона на разных стадиях развития ТС.
Закон полноты частей системы
Формулировка и основные понятия
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности
технической системы является наличие и минимальная работоспособность
основных частей системы.
Каждая ТС должна включать четыре части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и орган управления.
Для синтеза ТС необходимо наличие этих четырех частей и их минимальная пригодность к выполнению функций системы. Если хотя бы одна часть отсутствует, то это еще не ТС; если хотя бы одна не работоспособна, то ТС не "выживет".
Все первые ТС развились из орудий труда: требовалось увеличение полезной функции рабочих процессов, а человек не мог обеспечить нужную мощность. Тогда сила человека заменилась двигателем, появилась трансмиссия (связь, по которой передается энергия от двигателя на рабочий орган) и орудие труда превращалось в рабочий орган машины. А человек выполнял только роль органа управления.
Например, мотыга и человек это не ТС. Возникновение ТС связано с изобретением плуга в неолите: плуг (рабочий орган) бороздит землю, дышло (трансмиссия) припрягается к скоту (двигателю), а рукоятью плуга управляет человек (орган управления).Сначала плугом только рыхлили. Претензии внешней среды (например, параметры почвы: твердость, влажность, глубина) заставляли искать наилучшую форму плуга. Затем увеличилась потребность: для уничтожения сорняков пласт надо не только рыхлить, но и переворачивать. Изобрели отвал (косо поставленная доска, в которую упирается поднятый лемехом пласт и валится набок). Развиваясь отвал приобретает плавную выгнутую форму (полуцилиндрическую или винтовую). В 18 в. появился цельнометаллический плуг, в 20 в. - трактор и т.д.
А вот как плуг превратился в сеялку. Римские крестьяне (III в. до н.э.) уже пользовались сеялкой - прообразом многорядной сеялки Джеймса Кука, изобретенной им в 1783 г. Четыре деревянных лемеха соединялись прочной перекладиной. Глиняный воронкообразный горшок для посевного материала крепился вверху на четырех полых бамбуковых палках (трубках). Пахарь время от времени пополнял бункер зерном из наплечного мешка. Приходилось постукивать по бамбуку, чтобы внутри семена не "зависали".
Римская сеялка (III в. до н.э.), Калькутский музей техники и ремесел.
Если подробно рассмотреть процесс превращения орудий труда в рабочие органы машин, то можно выделить основные части машин: например, в водяной мельнице - двигатель (водяное колесо), передачу (зацепление) и рабочий орган (жернова). Кроме того, становится заметной одна из главных особенностей развития техники - вытеснение человека из сферы производства. Человек вытесняется из ТС в орган управления, затем ОУ также превращается из инструмента в техническую систему и человек вытесняется за ее пределы (на "второй этаж" органа управления) и т.д.
В первом издании "Детской энциклопедии" (том 5 "Техника". Издательство академии педагогических наук РСФСР, М., 1960г., с.30) приводится такая характеристика технической системы: "Машина состоит из следующих основных частей:
Похожая информация.
В технике есть хороший метод, который позволяет «по науке» изобретать и улучшать предметы от колеса до компьютера и самолета. Называется он ТРИЗ (теория решения изобретательских задач). ТРИЗ я немного изучал в МИФИ, а потом посещал курсы Александра Кудрявцева в Бауманке.
Пример в производстве
Начальное состояние системы. Предприятие работает как опытно-конструкторское производство.
Фактор воздействия. На рынке появились конкуренты, которые делают аналогичную продукцию, но быстрее и дешевле при том же качестве.
Кризис (Противоречие). Чтобы делать быстрее и дешевле, необходимо выпускать максимально стандартизованную продукцию. Но, выпуская только стандартизованную продукцию, предприятие теряет рынок, так как может производить лишь небольшое число стандартных позиций.
Разрешение кризиса происходит по следующему сценарию:
Правильная формулировка идеального конечного результата (ИКР) – предприятия производит бесконечно большой ассортимент продукции с нулевыми затратами и мгновенно;
область конфликта : стыковка продаж и производства: для продаж должен быть максимальный ассортимент, для производства — один вид продукции;
способы разрешения конфликта: переход от макро- к микроуровню: на макроуровне — бесконечное разнообразие, на микроуровне – стандартизация;
решение : максимальная стандартизация и упрощение в производстве — несколько стандартных модулей, которые могут собираться в большом числе комбинаций для клиента. В идеале конфигурирование клиент делает сам для себя, например через сайт.
Новое состояние системы. Производство небольшого числа стандартизованных модулей и конфигурирование под заказ самим же клиентом. Примеры: Тойота, Икея, Лего.
Закон №7 перехода в надсистему (моно-би-поли)
исчерпав возможности развития, система включается в надсистему в качестве одной из частей; при этом дальнейшее развитие идет уже на уровне надсистемы.
Телефон с функцией звонка — > Телефонс функцией звонка и смс -> Телефон как чать экосистемы подключенной к AppStore (iphone)
Еще пример, вхождение предприятия в цепочку поставок или холдинг и развитие на новом уровне.
одна компания — две компании — управляющая компания.
один модуль — два модуля — ERP система
Закон №8 перехода с макроуровня на микроуровень
развитие частей системы идет сначала на макро, а затем на микроуровне.
Телефон->Сотовый телефон->Чип в мозгу или в контактных линзах.
Сначала ищется общее ценностное предложение и делаются продажи, а после оптимизируется «воронка продаж» и каждый шаг воронки продаж, а так же микродвижения и клики пользоватеелй.
На заводах начинают с синхронизации между цехами. Когда этот ресурс оптимизации исчерпан, производится внутрицеховая оптимизация, далее переход на каждое рабочее место, вплоть до микродвижений операторов.
Закон №9 перехода к более управляемым ресурсам
Развитие систем идет в направлении управления все более сложными и динамичными подсистемами.
Есть знаменитая фраза Марка Андрессена — «Software is Eating the World» (софт съедает планету). Сначала управление компьютерами осуществлялось на уровне «железа» (hardware) — электронные реле, транзисторы и т.п. Далее появились низкоуровневые языки программирования типа Assembler, далее языки более высоких уровней — Fortran, C, Python. Управление не на уровне отдельных команд, а на уровне классов, модулей и библиотек. Начала оцифровываться музыка и книги. Позже компьютеры подключились в сеть. Далее к сети подключились люди, телевизоры, холодильники, микроволновки, телефоны. Начал оцифровываться интеллект, живые клетки.
Закон №10 законы самосборки
Уход от систем которые нужно детально создавать, продумывать и контролировать. Переход к «самособирающимся» системам
4 правиласамосборки:
- Внешний непрерывный источник энергии (информации, денег, людей, спрос)
- Примерное подобие элементов (блоков информации, типов людей)
- Наличие потенциала притяжения (людей тянет общаться друг с другом)
- Наличие внешнего перетряхивания (создание кризисов, прекращение финансирования, смена правил)
По такой схеме из ДНК происходит самосборка клеток. Мы все — результаты самосборки.Стартапы вырастают в крупные компании так же по законам самосборки.
Небольшие и понятные правила на микроуровне выливаются в сложное организованное поведение на макроуровне. Например, правила дорожного движения для каждого водителя выливаются в организованный поток на трассе.
Простые правила поведения муравьев выливаются в сложное поведение всего муравейника.
Создание каких-то простых законов на уровне государства (повышение/понижение налогов, % по кредитам, санкции и т.п.), меняет конфигурацию многих компаний и отраслей
Закон №11 повышение свернутости системы
Функции, которыми никто не пользуется — отмирают. Функции объединяются
Правило свертки 1. Элемент может быть свернут, если нет объекта выполняемой им функции. Стартап может быть закрыт, если не найден клиент или ценностное предложение.По этой же причине по достижению цели — система распадается.
Правило свертки 2. Элемент может быть свернут, если объект функции сам выполняет эту функцию. Агентства по туризму могут быть закрыты, так как клиенты сами ищут туры, бронируют билеты, покупают путевки и т.п.
Правило свертки 3. Элемент может быть свернут, если функцию выполняют оставшиеся элементы системы или надсистемы.
Закон №12 закон вытеснения человека
Со временем человек становится лишним звеном в любой развитой системе. Человека нет, а функции выполняются. Роботизация ручных операций. Вендинговые автоматы самовыдачи товаров и др.
С этой точки зрения, возможно зря Элон Маск пытается заселить Марс людьми путем физической транспортировки. Это долго и дорого. Скорее всего колонизация будет происходить информационным путем.
ТРИЗ представляет собой набор методов, объединенных общей теорией. ТРИЗ помогает в организации мышления изобретателя при поиске идеи изобретения, и делает этот поиск более целенаправленным, продуктивным, способствует нахождению идеи более высокого изобретательского уровня.
Структурную схему основных механизмов классического ТРИЗ, разработанных Г. С. Альтшуллером, удобно изобразить в виде графической схемы.
Рис.1. Структурная схема основных механизмов классического ТРИЗ
ТРИЗ-методики нацелены на решение нестандартных, творческих задач. Как правило, признаки этих задач следующие:
проблема долго и безуспешно решается (часто сотрудники фирмы выращивают "миф" о ее нерешаемости и т. п.);
проблема содержит одно или несколько острых противоречий;
проблема носит междисциплинарный характер;
проблема не решается, как говорят шахматисты, "в один ход", а требует именно системы решений.
В ТРИЗ в качестве главного направления впервые стало изучение и использование в изобретательстве законов развития технических систем .
Основным инструментом ТРИЗ являлся Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ). АРИЗ представляет собой ряд последовательных логических шагов, целью которых является выявление и разрешение противоречий, существующих в технической системе и препятствующих ее совершенствованию.
В ТРИЗ используется ряд инструментов для решения задач. К ним относятся:
Таблица устранения технических противоречий, в которой противоречия представляются двумя конфликтующими параметрами. Эти параметры выбираются из списка. Для каждого сочетания параметров предлагается использовать несколько приемов устранения противоречия.Всего 40 приемов. Приемы сформулированы и классифицированы на основе статистических исследований изобретений.
Стандарты решения задач .Сформулированы стандартные проблемные ситуации. Для разрешения этих ситуаций предлагаются типовые решения.
Вепольный (вещественно-полевой)анализ . Определены и классифицированы возможные варианты связей между компонентами технических систем. Выявлены закономерности и сформулированы принципы их преобразования для решения задачи. На основе вепольного анализа были расширены стандарты решения задач.
Указатель физических эффектов. Описаны наиболее распространенные для изобретательства физические эффекты и возможности их использования для решения изобретательских задач.
Методы развития творческого воображения (РТВ). Используется ряд приемов и методов, позволяющих преодолеть инерционность мышления при решении творческих задач. Примерами таких методов являютсяМетод маленьких человечков,Оператор РВС.
Триз. Законы развития технических систем
Закон полноты частей системы. Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы.
Закон энергетической проводимости системы. Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является сквозной проход энергии по всем частям системы.
Закон согласования ритмики частей системы. Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является согласование ритмики (частоты колебаний, периодичности) всех частей системы.
Закон увеличения степени идеальности системы. Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.
Закон неравномерности развития частей системы. Развитие частей системы идет неравномерно. Чем сложнее система, тем неравномернее развитие ее частей.
Закон перехода в надсистему. Исчерпав возможности развития, система включается в надсистему в качестве одной из частей. При этом дальнейшее развитие идет на уровне надсистемы.
Закон перехода с макроуровня на микроуровень. Развитие рабочих органов системы идет сначала на макро-, а затем на микроуровне.
Закон увеличения степени вепольности. Развитие технических систем идет в направлении увеличения числа вещественно-полевых связей.
ТРИЗ. Приемы устранения противоречий
Принцип дробления
разделить объект на независимые части;
выполнить объект разборным;
увеличить степень дробления объекта.
Принцип вынесения
отделить от объекта "мешающую" часть ("мешающее" свойство);
выделить единственно нужную часть (нужное свойство).
Принцип местного качества
перейти от однородной структуры объекта (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной;
разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции;
каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.
Принцип асимметрии
перейти от симметричной формы объекта к асимметричной;
если объект асимметричен, увеличить степень асимметрии.
Принцип объединения
соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты;
объединить во времени однородные или смежные операции.
Принцип универсальности
объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах.
Принцип "матрешки"
один объект размещен внутри другого, который, в свою очередь, находится внутри третьего и т. д.;
один объект проходит сквозь полости в другом объекте.
Принцип антивеса
компенсировать вес объекта соединением с другим, обладающим подъемной силой;
компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет аэро- и гидродинамических сил).
Принцип предварительного антидействия
заранее придать объекту напряжения, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям;
если по условиям задачи необходимо совершить какое то действие, надо заранее совершить антидействие.
Принцип предварительного действия
заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично);
заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затраты времени на доставку и с наиболее удобного места.
Принцип "заранее подложенной подушки"
компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.
Принцип эквипотенциальности
изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект.
Принцип "наоборот"
вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие;
сделать движущуюся часть объекта или внешней среды неподвижной, а неподвижную - движущейся;
перевернуть объект "вверх ногами", вывернуть его.
Принцип сфероидальности
перейти от прямолинейных частей к криволинейным от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба и параллелепипеда, к шаровым конструкциям;
использовать ролики, шарики, спирали;
перейти от прямолинейного движения к вращательному, использовать центробежную силу.
Принцип динамичности
характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы;
разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга;
если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.
Принцип частичного или избыточного действия
если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить "чуть меньше" или "чуть больше" - задача при этом существенно упростится.
Принцип перехода в другое измерение
трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (т. е. на плоскости). Соответственно задачи, связанные с движением (или размещением) объектов в одной плоскости, устраняются при переходе к пространству в трех измерениях;
использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной;
наклонить объект или положить его "на бок";
использовать обратную сторону данной площади;
использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или обратную сторону имеющейся площади.
Использование механических колебаний
привести объект в колебательное движение;
если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой);
использовать резонансную частоту;
применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы;
использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.
Принцип периодического действия
перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсвому);
если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность;
использовать паузы между импульсами для другого действия.
Принцип непрерывности полезного действия
вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой);
Принцип проскока
вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.
Принцип "обратить вред в пользу"
использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта;
устранить вредный фактор за счет сложения с другими вредными факторами;
усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.
Принцип обратной связи
ввести обратную связь;
если обратная связь есть, изменить ее.
Принцип "посредника"
использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие;
на время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект.
Принцип самообслуживания
объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции;
использовать отходы (энергии, вещества).
Принцип копирования
вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии;
заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии);
если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным и ультрафиолетовым.
Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности
заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).
Замена механической системы
заменить механическую схему оптической, акустической или "запаховой";
использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом;
перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных - к меняющимся во времени, от неструктурных - к имеющим определенную структуру;
использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.
Использование пневмоконструкций и гидроконструкций
вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие;
использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.
Использование гибких оболочек и тонких пленок
вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки;
изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.
Применение пористых материалов
выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. д.);
если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом.
Принцип изменения окраски
изменить окраску объекта или внешней среды;
изменить степень прозрачности объекта или внешний среды.
Принцип однородности
объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).
Принцип отброса и регенерации частей
выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т. д) или видоизменена непосредственно в ходе работы;
расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.
Изменение физико - химических параметров объекта
изменить агрегатное состояние объекта;
изменить концентрацию или консистенцию;
изменить степень гибкости;
изменить температуру.
Применение фазовых переходов
использовать явления возникающие при фазовых переходах, например, изменение объема, выделение или поглощение тепла и т. д.
Применение теплового расширения
использовать тепловое расширение (или сжатие) материалов;
использовать несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения.
Применение сильных окислителей
заменить обычный воздух обогащенным;
заменить обогащенный воздух кислородом;
использовать озонированный кислород;
заменить озонированный кислород (или ионизированный) озоном.
Применение инертной среды
заменить обычную среду инертной;
вести процесс в вакууме.
Применение композиционных материалов
перейти от однородных материалов к композиционным.
Закон увеличения степени идеальности системы
Техническая система в своём развитии приближается к идеальности. Достигнув идеала, система должна исчезнуть, а её функция продолжать выполняться.
Основные пути приближения к идеалу:
· повышение количества выполняемых функций,
· «свертывание» в рабочий орган,
· переход в надсистему.
При приближении к идеалу техническая система вначале борется с силами природы, затем приспосабливается к ним и, наконец, использует их для своих целей.
Закон увеличения идеальности наиболее эффективно применяется к тому элементу, который непосредственно расположен в зоне возникновения конфликта или сам порождает нежелательные явления. При этом повышение степени идеальности, как правило, осуществляется применением незадействованных ранее ресурсов (веществ, полей), имеющихся в зоне возникновения задачи. Чем дальше от зоны возникновения конфликта будут взяты ресурсы, тем в меньшей степени удастся продвинуться к идеалу.
Закон S-образного развития технических систем
Эволюцию множества систем можно изобразить S-образной кривой, показывающей, как меняются во времени темпы её развития. Выделяются три характерных этапа:
1. «детство» . Идёт, как правило, достаточно долго. В этот момент идёт проектирование системы, её доработка, изготовление опытного образца, подготовка к серийному выпуску.
2. «расцвет» . Она бурно совершенствуется, становится всё более мощной и производительной. Машина выпускается серийно, её качество улучшается и спрос на неё растёт.
3. «старость» . С какого-то момента улучшать систему становится всё труднее. Мало помогают даже крупные увеличения ассигнований. Несмотря на усилия конструкторов, развитие системы не поспевает за всё возрастающими потребностями человека. Она пробуксовывает, топчется на месте, меняет свои внешние очертания, но остаётся такой, какая есть, со всеми своими недостатками. Все ресурсы окончательно выбраны. Если попытаться в этот момент искусственно увеличивать количественные показатели системы или развивать её габариты, оставляя прежний принцип, то сама система вступает в конфликт с окружающей средой и человеком. Она начинает больше приносить вреда, чем пользы.
В качестве примера рассмотрим паровоз. Вначале был достаточно долгий экспериментальный этап с единичными несовершенными экземплярами, внедрение которых вдобавок сопровождалось сопротивлением общества. Затем последовало бурное развитие термодинамики, совершенствование паровых машин, железных дорог, сервиса - и паровоз получает публичное признание и инвестиции в дальнейшее развитие. Затем, несмотря на активное финансирование, произошёл выход на природные ограничения: предельный тепловой КПД, конфликт с окружающей средой, неспособность увеличивать мощность без увеличения массы - и, как следствие, в области начался технологический застой. И, наконец, произошло вытеснение паровозов более экономичными и мощными тепловозами, и электровозами. Паровой двигатель достиг своего идеала - и исчез. Его функции взяли на себя ДВС и электромоторы - тоже вначале несовершенные, затем бурно развивающиеся и, наконец, упирающиеся в развитии в свои природные пределы. Затем появится другая новая система - и так бесконечно.
Закон динамизации
Надёжность, стабильность и постоянство системы в динамичном окружении зависят от её способности изменяться. Развитие, а значит и жизнеспособность системы, определяется главным показателем: степенью динамизации , то есть способностью быть подвижной, гибкой, приспосабливаемой к внешней среде, меняющей не только свою геометрическую форму, но и форму движения своих частей, в первую очередь рабочего органа. Чем выше степень динамизации, тем, в общем случае, шире диапазон условий, при которых система сохраняет свою функцию. Например, чтобы заставить крыло самолёта эффективно работать в существенно разных режимах полёта (взлёт, крейсерский полёт, полёт на предельной скорости, посадка), его динамизируют путём добавления закрылков, предкрылков, интерцепторов, системы изменения стреловидности и проч.
Однако, для подсистем закон динамизации может нарушаться - иногда выгоднее искусственно уменьшить степень динамизации подсистемы, тем самым упростив её, а меньшую стойкость/приспособляемость компенсировать созданием стабильной искусственной среды вокруг неё, защищённой от внешних факторов. Но в итоге совокупная система (над-система) всё же получает большую степень динамизации. Например, вместо того, чтобы приспосабливать трансмиссию к загрязнению путём её динамизации (самоочистка, самосмазка, перебалансировка), можно поместить её в герметичный кожух, внутри которого создана среда, наиболее благоприятная для движущихся частей (прецизионные подшипники, масляный туман, подогрев и проч.)
Другие примеры:
· В 10-20 раз снижается сопротивление движению плуга, если его лемех вибрирует с определенной частотой в зависимости от свойств грунта.
· Ковш экскаватора, превратившись в роторное колесо, породил новую высокоэффективную систему добычи полезных ископаемых.
· Автомобильное колесо из жёсткого деревянного диска с металлическим ободом стало подвижным, мягким и эластичным.
Закон полноты частей системы
Любая техническая система, самостоятельно выполняющая какую-либо функцию, имеет четыре основные части - двигатель, трансмиссию, рабочий орган и средство управления. Если в системе отсутствует какая-либо из этих частей, то её функцию выполняет человек или окружающая среда.
Двигатель - элемент технической системы, являющийся преобразователем энергии, необходимой для выполнения требуемой функции. Источник энергии может находиться либо в системе (например, бензин в баке для двигателя внутреннего сгорания автомобиля), либо в надсистеме (электроэнергия из внешней сети для электродвигателя станка).
Трансмиссия - элемент, передающий энергию от двигателя к рабочему органу с преобразованием её качественных характеристик (параметров).
Рабочий орган - элемент, передающий энергию на обрабатываемый объект, и завершающий выполнение требуемой функции.
Средство управления - элемент, регулирующий поток энергии к частям технической системы и согласующий их работу во времени и пространстве.
Анализируя любую автономно работающую систему, будь то холодильник, часы, телевизор или авторучка, везде можно видеть эти четыре элемента.
· Фрезерный станок. Рабочий орган: фреза. Двигатель: электродвигатель станка. Всё что находится между электродвигателем и фрезой можно считать трансмиссией. Средство управления - человек-оператор, рукоятки и кнопки, или программное управление (станок с программным управлением). В последнем случае программное управление «вытеснило» человека-оператора из системы.
Вопрос 3. Законы развития технических систем. Закон сквозного прохода энергию. Закон опережающего развития рабочего органа. Закон перехода «моно - би - поли». Закон перехода с макро- на микроуровень
Формулировка закона. Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы .
По определению, система – совокупность множества элементов. Элементы системы могут быть объединены в несколько функциональных групп:
Двигатель (Дв) – функциональная группа элементов системы, которая преобразует поступающую от источника энергию в нужную форму (механическую, тепловую, электрическую и т.д.);
2. Трансмиссия (ТР) – функциональная группа элементов системы, которая передает поток энергии к рабочему органу системы;
3. Рабочий орган (РО) – функциональная группа элементов непосредственно выполняющая преобразование изделия;
4. Система управления (СУ) – функциональная группа элементов системы, собирающая необходимую информацию о поведении системы, надсистемы и выполняющая управление на основе полученной информации.
Источник энергии (ИЭ) может быть объединен с двигателем или находиться в надсистеме, т.е. энергия может поступать извне, в том числе и от человека.
Полная ТС должна включать четыре части: Дв, ТР, РО, СУ (рис. 15).
Минимальный состав работоспособной ТС – состав, при наличии которого ТС может без человека выполнять ГПФ. Если хотя бы одна часть отсутствует, то такая ТС называется неполной. Реально существующие системы в большинстве случаев являются не полными.
Пример. Лук для стрельбы – неполная ТС, так как здесь в наличии имеется лишь РО (стрела), ТР (тетива) и Дв (натянутая тетива и согнутая дуга). Полнота «достраивается» человеком – ИЭ и СУ.
По определению Ю.П.Саламатова , технический объект становится ТС, когда к РО пристраиваются трансмиссия и двигатель.
Пример. Лопата – технический объект, так как она имеет штык – РО, черешок – ТР, а функции источника энергии, двигателя и системы управления (ИЭ, Дв, СУ) выполняет человек.
Применение закона . Для работы с ЗРТС всегда необходимо четко представлять все части системы, чтобы можно было с ними сознательно работать. Кроме того, важно знать, является наша система полной или неполной.
Наконец, знание состава РО помогает нам правильно записать ГПФ и, наоборот, знание ГПФ помогает более четко выделить элементы РО.
Таким образом, закон полноты частей системы имеет, в основном, аналитическое значение.
4.5. Закон вытеснения человека из тс
Формулировка закона. В процессе развития ТС происходит поэтапное вытеснение из нее человека, то есть техника постепенно берет на себя функции, ранее выполнявшиеся человеком, приближаясь, тем самым, к полной системе .
Вытеснение человека из ТС фактически означает последовательную передачу машинам трудного для человека физического монотонного труда, переход человека к все более интеллектуальным видам деятельности, то есть отражает общее прогрессивное развитие человечества.
В полной ТС можно выделить три функциональных уровня:
Исполнительный (РО, ТР, Дв).
Управления – исполнительные органы СУ.
Информационный – информационная часть СУ (датчики, устройства обработки информации).
Изложим процесс вытеснения человека из ТС.
