Закон збільшення ступеня вепольності системи
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Національний Педагогічний Університет імені М. П. Драгоманова
Інститут управління та економіки освіти
Реферат на тему:
Закони розвитку технічних систем
Виконала:
Студентка групи 23-МО
Костушевич Віра
КИЇВ - 2012
План
1. Вступ.
2. Закони як основа ТРТС.
3. Закон повноти частин системи.
4. Закон "енергетичної провідності" системи.
5. Закон динамізації технічних систем.
6. Закон збільшення ступеня вепольності системи.
7. Закон нерівномірності розвитку систем.
8. Закон переходу з макро-намікро-рівень.
9. Закон переходу в над систему.
10. Закон збільшення ступеня ідеальності.
11. Висновок
12. Список використаної літератури.
Вступ
Закони розвитку технічних систем, на яких базуються всі основні механізми розв'язання винахідницьких завдань, вперше сформульовані Г.С.Альтшуллером в книзі "Творчість як точна наука" (М.: "Радянське радіо", 1979, с.122-127):
1. Закон повноти частин системи.
2.Закон "енергетичної провідності" системи.
3. Закон узгодження ритміки частин системи.
4. Закон збільшення ступеня ідеальності системи.
5. Закон нерівномірності розвитку частин системи.
6. Закон переходу в надсистему.
7. Закон переходу з макрорівня на мікрорівень.
8. Закон збільшення ступеня вепольний.
Закони були згруповані у три блоки, умовно названі: "статика" (закони 1-3), "кінематика" (4-6), "динаміка" (7,8). Можна помітити певну зв'язок цих груп з моделлю "життя, розвитку, смерті" технічних систем - S-подібною кривою (посилання - ДК), яка була використана Г.С.Альтшуллером для ілюстрації еволюційних процесів в техніці. Закони "статики" характерні для періоду виникнення і формування ТЗ, закони "кінематики" для періоду початку зростання і розквіту розвитку, закони "динаміки" для завершального етапу розвитку і переходу до нової системи.
|
|
|
Надалі був сформульований (Г.С.Альтшуллер. Знайти ідею. Новосибірськ, "Наука", 1986, с.59) ще один закон з групи "кінематики":
Закон збільшення ступеня динамічності систем.
У цій же книзі більш докладно деталізовано закон збільшення ступеня вепольний (с.79) і викладено новий механізм закону переходу в надсістему - лінія розвитку "моно-бі-поли" (с. 90-97); зроблена також спроба складання загальної схеми розвитку ТС (с.100-120) - на основі лінії "моно-бі-поли" і припущення про її спіралеподібної формі.
У даній роботі закони розвитку ТЗ викладаються, в основному, у формулюваннях запропонованих Г.С.Альтшуллером.
Загальна схема розвитку ТС (модель еволюції техніки) розроблена на основі нашої попередньої роботи 1984 року (Саламатов Ю.П., Кондраков І.М. "Ідеалізація технічних систем. Дослідження і розробка просторово-часової моделі еволюції технічних систем (модель" біжучої хвилі ідеалізації ") на прикладі розвитку ТС" Теплова труба ". Рукопис, Красноярськ, 1984 р.).
|
|
|
Закони як основа ТРТС
Процес розвитку техніки - це рівнодіюча свідомої людської діяльності, а людина діє у відповідності з об'єктивними законами світу (навіть якщо і не здогадується про це), тобто розвиток техніки об'єктивно і закономірно. Отже ці закони можна пізнати і цілеспрямовано використовувати. Це аксіома (постулат, основний принцип, головна ідея), що лежить в основі створюваній теорії розвитку технічних систем (ТРТС).
У загальному сенсі будь-яка наукова теорія, як система знань, повинна пояснювати виникнення і функціонування, а також передбачати розвиток яких об'єктів (предметів, явищ, понять) дійсності. Причому, ця система знань обов'язково повинна піддаватися експериментальної, практичній перевірці. Все це вже зараз притаманне ТРТС і багаторазово підтверджено у винахідницькій та конструкторській практиці.
Основний принцип ТРТС конкретизований у законах, які в свою чергу розкриваються і деталізуються в правилах їх застосування, в стандартах, принципах вирішення протиріч, вепольний аналіз і Аріза.
|
|
|
Будь-яка теорія - це лише віддзеркалення (в тій чи іншій мірі точності) різноманітне, складності і суперечливості реальних процесів розвитку. У цьому сенсі процес пізнання нескінченний і постійне висування нових версій, гіпотез і висновків - природний стан розвивається теорії. Однак логіка розвитку реальних систем - головний обмежувач логіко-теоретичних побудов; звідси випливає обов'язковість практичної перевірки будь-яких суджень і припущень.
Системні закони прийнято ділити на чотири групи:
- закони структуроутворення, формулюють умови виникнення структур;
- закони функціонування, пояснюють умови виникнення та розвитку зв'язків і організації;
- закони розвитку, що пояснюють рушійні сили і механізми перетворення систем через виникнення і розв'язання суперечностей;
- закони взаємодії з іншими системами, з підсистемами і зовнішнім середовищем.
Закон розвитку ТС - це істотне, стійке, повторюване відношення між елементами всередині системи та із зовнішнім середовищем в процесі прогресивного розвитку, тобто переходу системи від одного стану до іншого з метою збільшення її корисної функції.
|
|
|
Закони виявляються при аналізі великих груп фактів (винаходи з патентного фонду, історико-технічні дослідження). Однак в техніці закони діють як стихійна сила і ніколи немає впевненості, що в відібрану групу фактів (малий уламок дійсності) потрапили стійкі, не випадкові і істотні системні відносини. Тому пізнання законів вимушено йде методом послідовного наближення: відбір сильних винаходів (технічних рішень), виявлення прийомів дозволу технічних протиріч, виділення стійких поєднань прийомів та фізеффектов, а потім стандартних кроків у розвитку технічних систем. На всіх етапах дослідження неможливо виключити суб'єктивні чинники (смаковий підхід, індивідуальність оцінки, відсутність кількісних критеріїв).
Єдиний всеосяжний якісний критерій прогресивності змін у розвитку будь-якої технічної системи - ідеальність.
Підвищення ступеня ідеальності - орієнтир у безмежному морі інформації про техносфери.
Чільна роль закону ідеалізації ТЗ видна в усіх механізмах ТРИЗ і саме цей закон визначає найбільш загальні тенденції розвитку техніки. По суті, всі інші закони є конкретними втіленнями цього головного закону на різних стадіях розвитку ТС.
Закон повноти частин системи
Необхідною умовою принципової життєздатності технічної системи є наявність і мінімальна працездатність основних частин системи.
Кожна ТЗ повинна включати чотири частини: двигун, трансмісію, робочий орган і орган управління.
Для синтезу ТС необхідна наявність цих чотирьох частин і їх мінімальна придатність до виконання функцій системи. Якщо хоча б одна частина відсутня, то це ще не ТЗ; якщо хоча б одна не працездатна, то ТЗ не "виживе".
Всі перші ТЗ розвинулися з знарядь праці: вимагалося збільшення корисної функції робочих процесів, а людина не могла забезпечити потрібну потужність. Тоді сила людини замінилася двигуном, з'явилася трансмісія (зв'язок, по якій передається енергія від двигуна на робочий орган) і знаряддя праці перетворювалося на робочий орган машини. А людина виконував тільки роль органу управління.
Наприклад, мотика і людина це не ТЗ. Виникнення ТС пов'язане з винаходом плуга в неоліті: плуг (робочий орган) борознить землю, дишло (трансмісія) пріпрягается до худоби (двигуну), а рукояттю плуга управляє людина (орган управління). Спочатку плугом тільки пухкими. Претензії зовнішнього середовища (наприклад, параметри грунту: твердість, вологість, глибина) змушували шукати найкращу форму плуга. Потім збільшилася потреба: для знищення бур'янів пласт треба не тільки рихлити, але і перевертати. Винайшли відвал (косо поставлена дошка, в яку впирається піднятий лемешем пласт і валиться набік). Розвиваючись відвал набуває плавну вигнуту форму (полуціліндріческую або гвинтову). У 18 в. з'явився суцільнометалевий плуг, в 20 в. - Трактор і т.д.
А ось як плуг перетворився на сівалку. Римські селяни (III в. До н.е.) вже користувалися сівалкою - прообразом багаторядної сівалки Джеймса Кука, винайденої їм в 1783 р. Чотири дерев'яних лемеша з'єднувалися міцної поперечиною. Глиняний воронкоподібний горщик для посівного матеріалу кріпився вгорі на чотирьох порожніх бамбукових палицях (трубках). Орач час від часу поповнював бункер зерном з наплечного мішка. Доводилося постукувати по бамбуку, щоб усередині насіння не "зависали".
Римська сівалка (III в. До н.е.), Калькутскій музей техніки і ремесел.
Якщо докладно розглянути процес перетворення знарядь праці до робочих органів машин, то можна виділити основні частини машин: наприклад, в водяному млині - двигун (водяне колесо), передачу (зачеплення) і робочий орган (жорна). Крім того, стає помітною одна з головних особливостей розвитку техніки - витіснення людини зі сфери виробництва. Людина витісняється з ТЗ в орган управління, потім ОУ також перетворюється з інструменту в технічну систему і людина витісняється за її межі (на "другий поверх" органу управління) і т.д.
У першому виданні "Дитячої енциклопедії" (том 5 "Техніка". Видавництво академії педагогічних наук РРФСР, М., 1960р., С.30) наводиться така характеристика технічної системи: "Машина складається з наступних основних частин:
а) двигуна - джерела механічної енергії;
б) виконавчих (робочих) органів, які безпосередньо виконують корисну роботу;
в) передавальних механізмів (трансмісій), перетворюючих рух передається від двигуна до робочих органів;
г) системи управління;
д) остова (станини, корпуса, рами), що представляють собою підставу, на якій розташовані всі частини машини ".
Закон "енергетичної провідності" системи
Необхідною умовою принципової життєздатності технічної системи
вляєтся наскрізний прохід енергії
по всіх частинах системи.
Наслідок із закону 2: щоб частина системи була керованою, необхідно забезпечити енергетичну провідність між цією частиною і органом управління.
Будь ТЗ є провідником і перетворювачем енергії. Якщо енергія не буде проходити крізь всю систему, тобто "застрягне" десь, то якась частина ТЗ не буде отримувати енергію, значить не буде і працювати. Енергія, що надходить ззовні або виробляється в двигуні, йде на забезпечення роботи самої ТЗ (всіх частин), на компенсацію втрат, на вимірювання (контроль) параметрів роботи частин системи і оброблюваного виробу. Таким чином, треба завжди прагнути до того, щоб ТС була не тільки добрим провідником енергії, але і забезпечувала б мінімальні втрати енергії (втрати при перетворенні, даремні відходи, винесення з виробом).
Передача енергії від однієї частини ТЗ до іншої може бути речовинної (вал, шестерня, удар чимось і т.д.), польовий (магнітне поле, електричний струм і т.д.) і речово-польовий (наприклад, потік заряджених частинок ). Багато завдання зводяться до підбору поля і виду передачі, ефективних у даних умовах.
При цьому слід керуватися трьома правилами:
при синтезі ТС треба прагнути до використання одного поля (одного виду енергії) на всі процеси роботи і управління в системі.
При розвитку ТС (розгортанні) будь-які нові підсистеми повинні працювати на енергії, що проходить крізь систему або на безкоштовній енергії (із зовнішнього середовища або у вигляді відходів від іншої системи).
Наприклад, розроблений в Японії спосіб використання вітрової енергії для обігріву парників ("Знание-сила", 1988, № 3, с. 91) передбачає перетворення цієї енергії безпосередньо в тепло, минаючи проміжну стадію одержання електроенергії (Вітросилові установка обертає колесо компресора, який стискає повітря і завдяки цьому нагріває його до 170 град.). Таке пряме перетворення енергії дало сенсаційні результати: воно виявилося в 6 разів (!) Ефективніше, ніж колишній метод з використанням електрики.
Якщо ТЗ складається з речовин, міняти які не можна, то використовується поле, яке добре проводиться речовинами системи.
Якщо речовини частин системи можна міняти, то погано кероване поле замінюють на добре кероване по ланцюжку:
Одночасно замінюють речовини або вводять в них добавки, що забезпечують хорошу провідність енергії (речовини повинні бути "прозорими" для вибраного поля).
Пошук найбільш ефективних поєднань полів та речовин, перехід до легко керованим полях і підбір сприйнятливих до них речовин йде в стихійному винахідництві заплутаними і переплетающимися шляхами. Але найбільш прогресивні технічні рішення (підвищувальні ідеальність системи) завжди лежать в кінці наведеної вище ланцюжка.
Ось винаходу одного десятиліття (1970-ті роки) по підкласу "Механізм ударної дії для забивання паль" (способи передачі удару в системі "робоче тіло (бойок) - головка палі"):
а.с. 258123 - гідравлічна передача;
а.с. 607885 - пневматична передача;
а.с. 633 981, 647 405 - електромагнітна передача (розгін бойка в соленоїді),
а.с. 274718 - електрогідравлічний удар (використання ефекту Юткіна);
а.с. 246 396 - електромагнітний молот, в якому бойок заповнений всередині немагнітним матеріалом для збільшення маси;
а.с. 390231 - поверхневий шар головки бетонної палі просочується електролітом, бетон стає провідником - замість бойка "розганяється" сама паля.
Всі винахідницькі задачі в техніці діляться на два типи: завдання на зміну ТЗ (синтез, розвиток) і завдання на вимірювання ТЗ (виявлення, контроль параметрів).
У завданнях першого типу напрямок руху енергії завжди від джерела енергії (двигуна) через трансмісію до робочого органу і далі до виробу. У завданнях другого типу, навпаки, потрібно ловити інформацію (тобто енергію або зміна енергії), витікаючу від "вироби", тобто тієї частини ТЗ або будь-якого процесу в природі і техніці, яку (або який) ми вимірюємо (виявляємо, контролюємо) . Таким чином, енергія рухається в напрямку від Вироби до датчика (замість робочого органу), далі через Трансмісію до перетворювачів (замість двигуна) і, нарешті до Приймачу енергії (замість ІЕ), в якості якого зазвичай використовується показує прилад (сигналізатор) або виконавчий орган .
У разі появи зворотного зв'язку орган управління витісняється з даної ТС на наступний поверх управління.
Часто енергія, вловлюється датчиком, підведена до виробу від цієї ж ТЗ, проходить крізь виріб, "просвічує" його, відбивається, викликає поява енергії іншого виду або природи. Тому тут система відіграє подвійну роль - впливає на виріб і контролює (вимірює) його. Такий вимірювальний блок може складатися з двох систем або однієї системи, що виконує обидві функції.
Закон динамізації технічних систем
Жорсткі системи, для підвищення їх ефективності повинні ставати динамічними, тобто переходити до більш гнучкої, швидко мінливою структурі і до режиму роботи, підлаштовуватися під зміни зовнішнього середовища.
З моменту синтезу і на перших етапах розвитку ТС мають зазвичай жорсткі внутрішні зв'язки, в них відсутні підсистеми для зміни режиму роботи залежно від зміни зовнішніх умов. Через це системи легко уразливі, часто виходять з ладу, недовговічні. Тому етап динамізації (адаптації) неминучий.
Для механічних систем він починається зазвичай з переходу від нерухомих частин до рухомих, жорстка зв'язок (або конструкція) "ламається" і в цьому місці вводиться шарнір, жорсткі елементи замінюються на гнучкі, на гідро-і пневмоконструкції, використовується вібрація, періодична зміна форми і др .
Для подальших етапів динамізації характерне використання фізичних і хімічних ефектів і явищ, введення зворотного зв'язку, перші стадії самоорганізації, заміна систем і підсистем ідеальними речовинами, "інтелектуалізація" техніки.
В основі динамізації лежать фундаментальні принципи організації природних процесів, згадаймо, хоча б, принцип ЛеШательє: якщо на систему, що знаходиться в рівновазі, впливати ззовні, змінюючи небудь з умов (температура, тиск, концентрація), то рівновага зміщується таким чином, щоб зменшити зміна. Система перебудовується, "йде" від шкідливого впливу зовнішнього фактора, підвищує свою "живучість" (зрозуміло, за допомогою людини) пристосовується до існуючих умов, до постійно зростаючим потребам людини і суспільства, в цьому і є головний сенс динамізації.
Закон збільшення ступеня вепольності системи
Розвиток технічних систем йде в напрямку збільшення ступеня вепольності: невепольні системи прагнуть стати вепольними, а в вепольних системах розвиток йде шляхом збільшення числа зв'язків між елементами, підвищення чуйності (чутливості) елементів, збільшення кількості елементів.
Закон справедливий для періоду розгортання технічних систем. По суті, це закон розгортання (ускладнення) ВЕПОЛЬ - адже будь-яку ТЗ можна подати як якусь сукупність простих ВЕПОЛЬ.
Як виникають ТС?
Розгромна потреба забезпечується спочатку простим ВЕПОЛЬ: виріб, що обробляється знаряддям праці (інструментом) і сила людини. Але при функціонування першої ВЕПОЛЬ поступово виявляються його недоліки і виникають нові потреби в збільшенні корисної функції, в усуненні участі людини, у приєднанні до МС нових корисних функцій, в усуненні шкідливих (побічних) функцій і т.д. Всі ці потреби черзі втілюються в додаткові підсистеми ТЗ, у яких, у свою чергу, виявляються недоліки і т.д.
Так виникли всі сучасні складні ТЗ, ведуть свій родовід від каменя, палиці, колеса. Зрозуміло, складність не може збільшуватися нескінченно, на певному етапі розвитку ТС наштовхується на обмеження (фізичні, економічні, екологічні) і настає період згортання ТЗ в ідеальне речовина ...
Загальний зміст закону: розгортається (ускладнюється) та частина (елемент) ВЕПОЛЬ, яка відчуває найбільше утруднення при виконанні ГПФ системи (або при збільшенні ГПФ). Причому, "хворим" місцем може бути будь-який елемент або зв'язок в ВЕПОЛЬ.
Візьмемо як приклад теплову трубу. Потреба в передачі тепла на відстань визначила ГПФ майбутньої системи: передача тепла від однієї точки до іншої. Найпростіший спосіб теплопередачі зв'язок між точками за допомогою металевого стержня. Приймемо цю зв'язок (умовно) попередником теплової труби і зобразимо цю систему в вепольний формі:
Тут один кінець стержня У н - зона нагріву, другий кінець В о - зона охолодження (віддачі тепла П т нагрівається тілу). Різниця між П т і П 'т губилася в процесі передачі по зв'язку. Тому зв'язок, що виконує ГПФ, відчувала найбільші вимоги щодо підвищення ефективності - вона і розвивалася. Наступний етап розвитку - Термосифонні (труба з робочою рідиною - водою):
Тут В зи - зона випаровування в Термосифонні, тобто приймач тепла, В зк - зона конденсації пари в рідину, тобто зона віддачі тепла, В ж - робоча рідина, В п - пар.
Наступний етап - теплова труба Гоглера, в якій до Термосифонні додана нова підсистема - повернення сконденсованої рідини до зони випаровування за допомогою гнота (капілярно-пористого матеріалу):
Отже, розгортання ВЕПОЛЬ - це обов'язковий етап розвитку будь-яких систем.
Розгортання здійснюється наступним чином:
- мобілізуються ВПР - за рахунок більш повного використання наявних і застосування "дармових" речовин і полів;
- в ВЕПОЛЬ вводять речовини і поля, які дозволяють без істотного ускладнення реалізувати нові ФЕ, розширити функціональні можливості системи і тим самим підвищити ступінь її ідеальності;
- якщо не вдається використати ВВР, нові ФЕ, то систему "добудовують" новими корисно-функціональними ПС, які збільшують ГПФ системи, але і ускладнюють її (це "чернетки" майбутніх ідеальних речовин).
Закон нерівномірності розвитку систем
Розвиток частин системи йде нерівномірно: чим, складніше система, тим нерівномірніше розвиток її частин.
Нерівномірність розвитку частин системи є причиною виникнення технічних і фізичних суперечностей, і, отже, винахідницьких завдань. Наприклад, протиріччя характерне для сьогоднішньої електроніки: подальше зменшення розмірів електронних пристроїв стримується головним чином розмірами елементів (або блоків) харчування.
Закон справедливий на всій лінії розвитку технічної системи.
В період розгортання ТС, через нерівномірність розвитку, виникаючі протиріччя вирішуються шляхом створення нових корисно-функціональних ПС система поступово обростає безліччю підсистем і збільшує ГПФ.
У період згортання ТЗ виникли суперечності вирішуються шляхом зникнення ПС, ТС - їх функції передаються сусіднім системам або їх замінює ідеальне речовина ("розумне", запрограмоване на виконання функції, яку виконувала до цього ціла ПС або ТЗ).
Рівновага - термодинамічна поняття. Тому частина принципів термодинаміки (і сучасної синергетики) цілком підходить для пояснення процесів нерівномірного розвитку техніки.
Удосконалення ТС - це наслідок творчої діяльності людини. Сенс творчості - підвищення ступеня організованості і керованості навколишнього світу (з точки зору людини і суспільства). Розвиток матерії - це два зустрічно-спрямованих великих процесу: процесу розвитку і самовдосконалення живої речовини і процесу деградації - ентропії неживої речовини.
З другого початку термодинаміки виходить, що при збільшенні ступеня організованості матерії в одному місці, тут же зростає ступінь дезорганизованности (ентропії) в іншому місці. Будь прогресивне зміна викликає десь і регресивний. Творчість (творення) є причиною деградації в іншій частині. Посилення системності, переважання системоутворюючих чинників супроводжується розпадом або погіршенням функціонування інших систем ... Велика завдання життя (цивілізації) - підвищувати організацію всередині за рахунок деградації поза сферою життя.
Рушійною силою розвитку техніки, в кінцевому рахунку, є розвивається життя, рух живої матерії. Власне, техніка є тільки засіб (швидше за все, тимчасове!) Для досягнення цілей (яких?!) Розвитку живого ...
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 565; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!