Законы развития технических систем

Февраль 2003

ЗРТС часть 1

ЗРТС часть 2

ЗРТС часть 3

ЗРТС часть 4

ЗРТС часть 5

ЗРТС часть 6

5.1.5 Закон повышения согласованности

5.1.5.1.1.1 Формулировка закона

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит последовательное согласование характеристик частей ТС между собой, а также ТС и ее частей с надсистемой.

5.1.5.1.1.2 Характеристика закона

Определение:

Согласование - это выбор величины одного параметра с учетом величины другого.

Выбор величины параметра может быть сделан заранее (например, при изготовлении системы) или в процессе ее работы.

5.1.5.1.1.3 Механизмы закона

o Согласование формы

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит согласование формы частей ТС между собой, а также ТС и ее частей с надсистемой.

Форма системы должна быть согласована с формой, свойствами и характером движения взаимодействующих с ней объектов для оптимизации ее функционирования.

Виды согласования формы:

5.1.5.1.1.4 Однородность

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития система приобретает форму, одинаковую с формой взаимодействующих с ней объектов.

Пример - стандартизация резьб: форма метрической резьбы на всех резьбовых парах установлена одинаковой во всем мире (Рисунок 287, Рисунок 288):

Рисунок 287 Метрическая резьба

Рисунок 288 Болт и гайка

5.1.5.1.1.5 Дополнительность

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития система приобретает форму, позволяющую ей дополнить другие объекты для достижения определенной конфигурации.

Пример - размеры кирпичей по трем осям выбраны кратными друг другу, чтобы при любом виде кладки обеспечивать регулярную структуру (Рисунок 289):

Рисунок 289 Кирпичи

5.1.5.1.1.6 Комплиментарность

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития система приобретает форму, позволяющую ей хорошо совмещаться с другими объектами (например, выпуклостям соответствуют впадины).

Пример - различные рукоятки приобретают характерную рубчатую форму, соответствующую форме пальцев (Рисунок 290):

Рисунок 290 Рукоятки

Еще пример - особо эргономичные компьютерные мыши, точно соответствующие форме ладони (Рисунок 291):

Рисунок 291 Эргономичная компьютерная мышь

5.1.5.1.1.7 Обеспечение особых видов взаимодействия

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития система приобретает форму, зависящую от свойств и характера движения взаимодействующих с системой объектов, позволяющую ей обеспечить особые виды взаимодействия.

Пример - выступ особой формы на носу корабля, позволяющий снизить сопротивление движению (Рисунок 292):

Рисунок 292 Выступ на носу корабля

o Согласование ритмики

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит согласование ритмики системы с ритмикой и свойствами взаимодействующих с ней объектов.

Виды согласования ритмики:

5.1.5.1.1.8 Однородность

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития система начинает действовать в такт с другими объектами.

Пример - один из видов стереофильмов, в котором два изображения попеременно проецируются на экран, а зрителям розданы специальные очки на жидких кристаллах, в которых левые и правые стекла попеременно теряют прозрачность, причем очки работают синхронно с кинопроектором. Таким образом, зрители видят правую часть стереопары только правым глазом, а левую часть - только левым, отчего и создается эффект стереоизображения (Рисунок 293):

Рисунок 293 3D фильм

5.1.5.1.1.9 Комплиментарность

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития система начинает действовать в паузах между действиями других объектов.

Пример - использование скринсейвера для решения посторонней задачи, в частности, анализа сигналов из космоса в рамках программы поиска внеземных цивилизаций SETI (Рисунок 294):

Рисунок 294 SETI Скринсейвер

Идея состоит в том, чтобы в паузах между циклами работы компьютера по прямому назначению он обрабатывал данные по другой задаче. Таким образом удалось привлечь к участию в программе огромные вычислительные мощности при минимальных затратах.

5.1.5.1.1.10 Обеспечение особых видов взаимодействия

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития система приобретает ритмику, зависящую от свойств и характера движения взаимодействующих с системой объектов, позволяющую ей обеспечить особые виды взаимодействия.

Пример - вибромассажер (Рисунок 295):

Рисунок 295 Вибромассажер

Его частоту выбирают в зависимости от свойств человеческого тела в зоне контакта для обеспечения расслабления мышц, снятия спазмов, стимуляции кровоснабжения и т.п.

o Согласование материалов

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит согласование материалов частей ТС между собой, а также ТС и ее частей с надсистемой.

Виды согласования материалов:

5.1.5.1.1.11 Однородность

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития систему или ее части начинают изготавливать из тех же материалов, что и взаимодействующие с нею объекты.

Пример - терапевтическое клонирование: вместо использования протезов и донорских тканей и органов выращивать ткани и органы, генетически идентичные организму реципиента (Рисунок 296):

Рисунок 296 Терапевтическое клонирование

При этом отпадают проблемы отторжения при пересадке и нехватки доноров.

5.1.5.1.1.12 Одинаковость

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития систему или ее части начинают изготавливать из материалов, обладающих в точности теми же свойствами, что и другие объекты.

Пример - использование радиоактивных изотопов в диагностике (Рисунок 297):

Рисунок 297 Ядерная медицина

С одной стороны, все изотопы одного элемента обладают почти в точности одинаковыми химическими свойствами, поэтому соединения слаборадиоактивных изотопов не нарушают естественного хода процессов в организме. С другой стороны, их радиоактивность позволяет сравнительно легко их обнаруживать, на чем основано широкое использование изотопов для диагностики и медицинских исследований.

5.1.5.1.1.13 Инертность

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития систему или ее части начинают изготавливать из материалов, инертных по отношению к взаимодействующим с ними объектам.

Пример - сварка в среде защитных газов (Рисунок 298):

Рисунок 298 Плазменная сварка

Защитный газ предотвращает окисление металла в сварочной ванне кислородом воздуха, а сам металлу не вредит, поскольку инертен по отношению к нему.

5.1.5.1.1.14 Сдвинутые характеристики

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития систему или ее части начинают изготавливать из материалов, обладающих теми же свойствами, что и другие объекты, но эти свойства имеют другие значения.

Пример - термопара (Рисунок 299):

Рисунок 299 Термопара

Два металла с разной работой выхода электронов образуют всем известную термопару, в которой может происходить прямое преобразование тепловой энергии в электрическую.

5.1.5.1.1.15 Противоположность

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития систему или ее части начинают изготавливать из материалов, обладающих свойствами, противоположными свойствам других объектов.

Пример - транзистор (Рисунок 300):

Рисунок 300 Транзистор

Вся современная электроника базируется на соединении полупроводников с противоположными свойствами - электронной и дырочной проводимостью соответственно.

o Согласование действия

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит согласование действия ТС на другие объекты с видом задействованных ресурсов.

Таблица 1 Согласование действия

Пример 1 - ловля рыбы (в данном случае она сама служит ресурсом, причем эффективность системы определяется суммарным количеством пойманной рыбы). Развитие шло следующим путем - удочка (крючок примерно соответсвует точке (Рисунок 301)) - трос с множеством крючков (линия - бывает до 50 миль длиной! (Рисунок 302)) - сеть (плоскость (Рисунок 303)) - кошельковый трал (объем - т.к. трал позволяет взять весь косяк, а не только ту рыбу, которая застряла в сети (Рисунок 304)). В принципе, к объемному способу лова относится и глушение рыбы взрывчаткой, но его развитие остановлено юридическим пределом.

Рисунок 301 Удочка

Рисунок 302 Трос с множеством крючков

Рисунок 303 Рыболовная сеть

Рисунок 304 Кошельковый трал

Пример 2 - по мере развития лат требовалось все большее удельное усилие для их разрушения, поэтому развитие холодного оружия инерционного действия проходило так: боевой молот (контакт по плоскости (Рисунок 305)) - топор (контакт по линии (Рисунок 306)) - чекан (контакт в точке (Рисунок 307)).

Рисунок 305 Молот

Рисунок 306 Топор

Рисунок 307 Чекан

Пример 3 - коробка для пиццы. Необходимо ослабить сразу два вредных действия - утечку тепла через дно коробки и смачивание коржа влагой, конденсирующейся на дне. Эффективность обоих действий зависит от абсолютного количества ушедшего тепла и впитавшейся влаги соответственно. Поэтому произошел переход от обычной коробки (контакт по плоскости (Рисунок 308)) к коробке с гофрированным вкладышем (контакт по линиям (Рисунок 309)), а от нее - к коробке с коническими выступами (контакт в точках (Рисунок 310)).

Рисунок 308 Стандартная коробка для пиццы

Рисунок 309 Коробка для пиццы + гофрированный вкладыш

Рисунок 310 Разработанная коробка для пиццы

Пример 4 - бронежилет. Эффективность вредного разрушающего действия пуль и осколков зависит от удельного усилия, поэтому задача бронежилета - перевести точечное воздействие в действие по плоскости, снизив давление на тело до безопасной величины (Рисунок 311):

Рисунок 311 Столкновение пули с бронежилетом

o Согласование параметров

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит согласование параметров частей ТС между собой, а также ТС и ее частей с надсистемой.

Виды согласования параметров:

5.1.5.1.1.16 Однородное согласование

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит согласование однотипных параметров частей ТС между собой, а также ТС и ее частей с надсистемой.

Параметры не обязательно должны быть равны друг другу, но их значения должны быть согласованы.

Пример - давление воздуха в "чистых помещениях", предназначенных для изготовления микроэлектроники, поддерживается чуть выше атмосферного. При этом все случайные течи воздуха направлены изнутри наружу, и поэтому пыль и прочие загрязнения не могут попасть внутрь (Рисунок 312):

Рисунок 312 "Чистое помещение"

5.1.5.1.1.17 Неоднородное согласование

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит согласование разнотипных параметров частей ТС между собой, а также ТС и ее частей с надсистемой.

Пример - согласование цвета оборудования с психо-физиологическими особенностями человека: так, при сборке спутников их собственные детали окрашивают в неброские тона, а части оснастки, присоединенные лишь временно и подлежащие удалению - в яркие тревожные цвета; при таком распределении человеку легко заметить лишнюю часть, ярко выделяющуюся на общем фоне (Рисунок 313):

Рисунок 313 Сборка спутника

5.1.5.1.1.18 Внутреннее согласование

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит согласование собственных параметров ТС.

Пример - сроки службы всех изнашивающихся узлов и деталей японских автомобилей равны или кратны (если они подлежат замене) друг другу. Поэтому не происходит выхода автомобиля из строя с недоиспользованным ресурсом части деталей (Рисунок 314):

Рисунок 314 Свалка автомобилей 5.1.5.1.1.19

Внешнее согласование

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит согласование параметров ТС с параметрами других объектов.

· Непосредственное согласование

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит согласование параметров ТС с параметрами взаимодействующих с нею объектов.

Пример - форма самолетов и кораблей, выполненных по технологии "Стелс", так согласована со свойствами излучаемых локаторами радиоволн, чтобы радиоволны отражались куда угодно, но не в сторону приемной антенны (Рисунок 315):

Рисунок 315 корабль "Стелс" ·

Условное согласование

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит согласование параметров ТС с параметрами невзаимодействующих с нею объектов.

Пример - высота грузов на железнодорожных платформах должна быть согласована с высотой мостов, и наоборот (Рисунок 316):

Рисунок 316 Поезд под мостом

Все виды согласований обычно проходят через три основных этапа:

o Принудительное согласование

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития ТС согласование происходит путем снижения характеристик группы объектов до уровня наименее эффективного члена группы.

Пример - оружие для подводной стрельбы рассчитывают на дальность не более 15 м, поскольку дальше все равно ничего не видно (Рисунок 317):

Рисунок 317 Подводное ружье

o Буферное согласование

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития ТС согласование происходит путем введения специальных промежуточных элементов.

Пример - флуоресцентная лампа (Рисунок 318):

Рисунок 318 Флуоресцентная лампа

Ионизированные пары ртути излучают в ультрафиолетовом диапазоне спектра, в то время как человеку нужен видимый свет. Для согласования введен слой фосфора, поглощающий ультрафиолет и переизлучающий в видимом спектре.

o Самосогласование

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития ТС согласование происходит за счет ресурсов самой системы.

Пример - неоновая лампа, в которой неон сам излучает в видимом свете (Рисунок 319):

Рисунок 319 Неоновая лампа

5.1.6 Закон повышения управляемости

5.1.6.1.1.1 Формулировка закона

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития системы становятся все более управляемыми.

5.1.6.1.1.2 Характеристика закона

Определение:

Управление - это комплекс действий по изменению параметров системы с целью их согласования с изменяющимися параметрами самой системы, ее надсистемы и окружающей среды.

Поскольку целью управления является согласование параметров, данный закон целиком является одним из механизмов Закона повышения согласованности.

5.1.6.1.1.3 Механизмы закона

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что новая система часто появляется как неуправляемая

Такую систему создают исходя из определенных предположений о будущем значении параметров надсистемы и окружающей среды (обычно в расчет закладывают наихудшее или наиболее вероятное сочетание параметров). В дальнейшем она функционирует независимо от изменения этих параметров.

Пример - забор (Рисунок 320):

Рисунок 320 Забор

Его строят, исходя из определенных представлений о возможном поведении посторонних лиц. В дальнейшем забор не меняет своих параметров (высоты, местоположения, прочности и т.п.), что бы вокруг ни происходило: рядом нет ни одного потенциального нарушителя, а забор все равно стоит; одну секцию повалили и все ходят без помех - а остальные секции стоят как ни вчем не бывало, хотя удержать уже никого не могут... Примерно так же дело обстоит с большинством статических конструкций.

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе, действующей по жесткой программе

Программу такой системы создают исходя из определенных предположений о характере будущих изменений параметров надсистемы и окружающей среды. В дальнейшем система функционирует по программе независимо от фактического изменения этих параметров.

Пример - простейший светофор (Рисунок 321):

Рисунок 321 Сфетофор

Он работает по жесткому циклу - несколько минут открыт один путь, несколько минут - другой. При этом совершенно не учитывается фактическое наличие и распределение транспорта: поток машин на одной дороге будет остановлен даже в том случае, если перпендикулярная дорога абсолютно пуста; потокам существенно разной плотности будут предоставлены одинаковые интервалы времени для проезда, и т.д.

На том же принципе работают, к примеру, посудомоечная и стиральная машины. Они будут отрабатывать одну и ту же последовательность действий независимо от степени загрязнения посуды/белья или вообще их наличия.

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе с периодической корректировкой

Параметры такой системы периодически изменяют в соответствии с фактическим значением параметров надсистемы и окружающей среды на данный момент. В промежутках между корректировками система действует неуправляемо или по жесткой программе.

Пример - обычные часы (Рисунок 322):

Рисунок 322 Часы

Их периодически подстраивают, устанавливая стрелки в правильное положение. В промежутках между корректировками стрелки перемещаются по жесткой программе - их положение однозначно зависит от количества циклов маятника, прошедших с последней корректировки. Из-за всякого рода неточностей постепенно накапливается ошибка, которую приходится исправлять путем периодических подстроек.

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе с внешним управлением

В систему вводится обратная связь по цепи "измерительный элемент - управляющий элемент - исполнительный элемент". Однако эта связь замыкается через надсистему, в которой находится управляющий элемент, а на начальной стадии - и измерительный. В дальнейшем измерительные элементы обычно передаются в систему. Внешнее управление проходит два этапа развития:

5.1.6.1.1.4 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе, имеющей управление с запаздыванием

При циклическом характере функционирования системы результаты измерений, выполненных в данном цикле, учитываются только в следующем.

Пример - промышленная выпечка хлеба (Рисунок 323):

Рисунок 323 Выпечка хлеба

Согласно правилам, все буханки должны иметь одинаковый вес. Однако плотность теста подвержена небольшим случайным колебаниям, связанным с неточностями дозировки ингридиентов и особенностями процесса ферментации. Поэтому дозатор работает так: каждая буханка взвешивается, и по результатам взвешивания дозатор слегка подстраивается в ту или иную сторону для корректировки веса следующей буханки. Поскольку колебания плотности теста довольно плавные, такой метод управления позволяет держать вес буханок в допуске.

На том же принципе построена артиллерийская стрельба по относительно малоподвижным целям - по результатам оценки результатов предыдущего выстрела вносятся коррективы в прицел для последующего.

5.1.6.1.1.5 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе с непосредственным управлением

Управление подобными системами осуществляется в реальном масштабе времени.

Пример - дистанционно управляемый подводный аппарат (Рисунок 324):

Рисунок 324 Беспилотный подводный аппарат

Он передает данные со своего сонара и носовой видеокамеры (Рисунок 325) оператору по каналу связи, а тот оценивает обстановку и управляет движением аппарата. В данном случае на экране видна донная мина.

Рисунок 325 Изображения с сонара и носовой камеры

Собственно, к данному типу систем относится и обычный автомобиль. Управляет им человек (элемент явно надсистемный, частью автомобиля никак не являющийся), причем в реальном масштабе времени.

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к самоуправляемой системе

В такой системе вся цепь обратной связи замыкается через ее собственные элементы. Развитие самоуправляемых систем, в свою очередь, проходит через 2 стадии:

5.1.6.1.1.6 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе с самоуправлением на макроуровне

Такая система содержит в виде отдельных блоков все элементы, составляющие цепь обратной связи - измерительный и управляющий

Пример - комнатный кондиционер (Рисунок 326):

Рисунок 326 Комнатный кондиционер

В нем есть блоки измерения температуры и управления. Блок управления сравнивает данные, полученные от измерительного блока, с эталоном, и при их несовпадении подает команду на включение исполнительного механизма - холодильного блока. На том же принципе работает и система отопления, и самонаводящаяся ракета.

5.1.6.1.1.7 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе с самоуправлением на микроуровне

Измерительный и управляющий элементы в таких системах свертываются вместе с частью своих функций. Оставшиеся функции передаются рабочему органу и/или элементам надсистемы, причем процессы в них протекают таким образом, что подлежащие управлению параметры автоматически изменяются при изменении параметров надсистемы и окружающей среды.

Пример - предохранительный клапан (Рисунок 327):

Рисунок 327 Предохранительный клапан

В этом устройстве нет ни специального измерительного блока, определяющего давление в системе, ни блока управления, сравнивающего это давление с заданным и выдающего управляющий сигнал некоему исполнительному механизму на открывание отверстия для стравливания излишков. Вместо всего этого есть пружина, которая сама себе и исполнительный механизм (она сама перемещает шток запирающего элемента), и измеритель давления (деформация пружины означает, что давление превысило допустимое), и система управления, "принимающая решение" о том, когда надо начать стравливание и когда пора его заканчивать.

Системы также проходят несколько стадий изменения устойчивости:

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что новые системы часто имеют одно устойчивое состояние

Это начальный уровень развития систем, на котором они вообще неуправляемы.

Пример - китайский зонтик (Рисунок 328):

Рисунок 328 Китайский зонтик

Зонты были изобретены в Китае монахами-даосами. Их изготавливали из промасленой бумаги и бамбука и применяли для защиты от дождя и солнца. Но первые зонты имели один недостаток - они не были складными, т.е. имели только одно устойчивое состояние - открытое. Соответственно, это была неуправляемая система - независимо от наличия дождя или прямых солнечных лучей зонтик сохранял свои внушительные размеры.

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе с несколькими устойчивыми состояниями

Такая система способна переходить из одного состояния в другое, но неэффективна в промежуточном положении. Управление такой системой заключается в переводе ее из одного состояния в другое, чтобы воспользоваться одним из свойств, проявляемым системой в каждом из состояний.

Пример - парашют. У него есть два устойчивых состояния - сложенное (Рисунок 329) и открытое (Рисунок 330):

Рисунок 329 Сложенный парашют

Рисунок 330 Раскрытый парашют

В сложенном состоянии парашют компактен, удобен для хранения, а главное - способен в нужный момент раскрыться. В раскрытом состоянии парашют способен затормозить прикрепленный к нему объект до заданной скорости. А вот в промежуточном (полуразвернутом) состоянии он не способен ни на то, ни на другое - и места много занимает, и не гарантирует своевременное раскрытие, и груз толком затормозить неспособен.

Сказанное относится также и к складным зонтикам, и к складным велосипедам, и даже к свечам, которые могут либо гореть, либо не гореть, но регулировать их светимость практически невозможно.

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе, устойчивой в определенном диапазоне состояний

Такая система способна устойчиво находиться в любом состоянии внутри некоторого диапазона благодаря своей статической устойчивости.

Управление такой системой заключается в плавном переводе ее из одного состояния в другое внутри диапазона устойчивости, чтобы добиться нужного значения обесечивемого ею параметра (плавная регулировка).

Пример - акустическая система, в которой громкость звука можно плавно менять в некотором диапазоне - от нуля до максимума (Рисунок 331):

Рисунок 331 Колонки

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе, устойчивой в нескольких диапазонах состояний со скачкообразным переходом между диапазонами

Такие системы позволяют расширить диапазон регулирования и быстрее выходить на нужный параметр. Пример - гибридный автомобиль, имеющий два источника энергии - аккумулятор (или суперконденсатор) и ДВС. Такой автомобиль имеет два диапазона мощностей, переходы между которыми происходят при включении/выключении ДВС (Рисунок 332):

Рисунок 332 Гибридный автомобиль

При этом внутри каждого диапазона мощность поддается регулированию.

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе с динамической устойчивостью

Такая система способна устойчиво находиться в любом состоянии внутри некоторого диапазона благодаря своей динамической устойчивости (наличию отрицательной обратной связи). Динамическая устойчивость обычно позволяет при необходимости быстро менять состояния.

Пример - современные истребители имеют близкую к нулевой аэродинамическую устойчивость; их удерживает в правильном положении автоматическая система стабилизации, в динамическом режиме отслеживающая и исправляющая все отклонения. Это увеличивает сложность системы, но зато обеспечивает высокую маневренность (Рисунок 333):

Рисунок 333 Истребитель

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к неустойчивой системе

Такая система использует разного рода переходные процессы. Это позволяет менять состояния почти мгновенно.

Примеры - все системы, использующие взрывчатые вещества и горючие смеси (огнестрельное оружие, двигатели внутреннего сгорания), пружинные и пневматические ружья, капканы, металлы с памятью формы и т.д.

Все эти системы содержат неустойчивый элемент (ВВ, топливо, сжатый воздух, взведенная пружина, неравновесная кристаллическая решетка) в квази-стабильном состоянии. При дестабилизации эти элементы практически мгновенно (и обычно неуправляемо) через переходный процесс достигают равновесного состояния, выделяя всю запасенную в них энергию.

5.1.7 Закон повышения динамичности ТС

5.1.7.1.1.1 Формулировка закона

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития у систем и их элементов увеличиваются гибкость, динамичность и способность к адаптации.

5.1.7.1.1.2 Характеристика закона

Обычно увеличение изменчивости необходимо системам для того, чтобы лучше поддаваться управлению. Следовательно, данный закон является одним из механизмов Закона повышения управляемости.

5.1.7.1.1.3 Механизмы закона

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что новые системы часто возникают как монолитные

Такая система обычно наиболее проста, но обладает минимальной способностью к адаптации.

Пример - расческа (Рисунок 334):

Рисунок 334 Расческа

Никакие ее свойства (размеры, частота зубцов) не могут быть изменены.

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит динамизация конструкции систем

5.1.7.1.1.4 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к монолитной системе со сдвинутыми характеристиками, разделенными в пространстве

Различные области монолитной системы наделяются различными характеристиками. При необходимости взаимодействие перенаправляется на нужную область.

Пример - расческа с двумя типами зубцов - частыми и редкими (Рисунок 335):

Рисунок 335 Двойная расческа 5.1.7.1.1.5

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе с одним шарниром

Шарнир понимается в широком смысле - как степень свободы.

Пример - складная расческа (Рисунок 336):

Рисунок 336 Складная расческа

5.1.7.1.1.6 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе с несколькими шарнирами

Пример - складная щетка для волос (расчески, похоже, пока до многошарнирности не дозрели). В данной щетке есть шарнир в ручке, а кроме того, щетинки тоже закреплены шарнирно. Интересно, что ко всему прочему данная щетка объединена с родственной системой - зеркалом (Рисунок 337):

Рисунок 337 Складная щетка для волос

5.1.7.1.1.7 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к гибкой системе

В такой системе шарниры видимым образом отсутствуют, однако способность к адаптации остается и даже возрастает. Дело в том, что шарнирами теперь служат молекулы или атомы кристаллической решетки. Поэтому можно сказать, что шарниров стало бесконечно много и вся система состоит только из них.

Пример - переход от жесткой линейки к складного метру, а от него - к гибкой мерной ленте (Рисунок 338):

Рисунок 338 Обычная линейка - Складная линейка - Гибкая мерная лента

5.1.7.1.1.8 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе в виде эластичной оболочки в сочетании с сыпучим телом, жидкостью или газом, а также их комбинациями

Такая система более динамична, поскольку связи между частицами сыпучих тел, молекулами жидкостей и газов еще более податливы, чем в эластичных материалах.

Пример - надувные матрасы (Рисунок 339) и гидро-матрасы (Рисунок 340):

Рисунок 339 Надувной матрас

Рисунок 340 Водяной матрас

5.1.7.1.1.9 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе в виде стабильного объема или струи сыпучего тела, жидкости, газа или их комбинаций

Такая система более динамична, поскольку ее податливость вообще не ограничена свойствами твердых тел, хоть и обладающих эластичностью.

Пример - резка высоконапорной водяной струей (Рисунок 341) и очистка деталей струей абразивных частиц (Рисунок 342):

Рисунок 341 Резка высоконапорной водяной струей

Рисунок 342 Абразивоструйная обработка

5.1.7.1.1.10 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к полевой системе

Поля обладают большей управляемостью и изменчивостью, чем вещества, поэтому полевые системы являются наиболее динамичными.

Пример - переход от обычной указки к телескопической (многошарнирная ТС, да еще объединенная с родственной ей шариковой ручкой), а от нее - к лазерной (Рисунок 343):

Рисунок 343 Указки: простая, телескопическая и лазерная

Полевые системы также проходят несколько ступеней динамизации:

5.1.7.1.1.11 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что новая полевая система обычно содержит постоянное поле

Пример - лампа накаливания. Обычно ее рассчитывают на постоянную светимость (Рисунок 344):

Рисунок 344 Лампа накаливания

5.1.7.1.1.12 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе с полем, имеющим градиент

Пример - светильник с абажуром, обеспечивающий более яркое освещение одной зоны и приглушенное - другой (Рисунок 345):

Рисунок 345 Настольная лампа

5.1.7.1.1.13 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе с нарастающим или убывающим полем

Пример - светильник с плавной регулировкой освещенности (Рисунок 346):

Рисунок 346 Светильник с плавной регулировкой освещенности

5.1.7.1.1.14 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе с переменным и импульсным полем

Пример - проблесковый маячок (Рисунок 347) и цветомузыка (Рисунок 348):

Рисунок 347 Проблесковый маячок

Рисунок 348 Цветомузыка

5.1.7.1.1.15 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе с переменным полем в режиме резонанса

К таким системам относятся все радиоприемники (Рисунок 349):

Рисунок 349 Радиоприемник

5.1.7.1.1.16 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе с интерференцией полей, в т.ч. со стоячими и бегущими волнами

Пример системы, основанной на интерференции, - голограмма (Рисунок 350), система с бегущей волной (на самом деле это автоволновой процесс) - самораспространяющийся высоко-температурный синтез (Рисунок 351):

Рисунок 350 Голограмма

Рисунок 351 Самораспространяющийся высоко-температурный синтез

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит динамизация состава системы

Состав систем обычно динамизируется в следующем порядке (первоначальная монолитная система опущена):

5.1.7.1.1.17 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе в виде набора пластин

Поскольку пластины обладают подвижностью, система становится более динамичной. Открывается возможность варьировать свойства отдельных пластин, что дополнительно повышает динамичность.

Пример - плоская рессора (Рисунок 352):

Рисунок 352 Плоская рессора

5.1.7.1.1.18 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе в виде щеточной конструкции

Набор подвижных эластичных игл обладает большей динамичностью, чем набор пластин. Свойства различных игл также можно варьировать.

Пример - современная зубная щетка (Рисунок 353):

Рисунок 353 Зубная щетка

5.1.7.1.1.19 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к системе в виде набора незакрепленных стержней, шариков и т.п.

Благодаря большей подвижности незакрепленных элементов такая система обладает большей динамичностью. Свойства отдельных элементов также можно варьировать.

Пример - поверхность, набранная из подвижных стержней (Рисунок 354):

Рисунок 354 Стена из подвижных стержней

На ней можно получать объемные отпечатки.

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит динамизация структуры системы на микроуровне

Динамизация структуры обычно проходит в несколько этапов:

5.1.7.1.1.20 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит линейная динамизация структуры системы

Изменение структуры на микроуровне приводит к плавному изменению свойств системы.

Пример - использование явления магнитострикции: при изменении магнитного поля меняются параметры доменной структуры, а в результате происходит изменение формы на макро-уровне (Рисунок 355):

Рисунок 355 Магнетострикция

5.1.7.1.1.21 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит нелинейная динамизация структуры системы

Скачкообразное изменение структуры на микроуровне приводит к мгновенному изменению свойств системы.

Пример - плавкий предохранитель (Рисунок 356). При расплавлении проводника (фазовый переход первого рода) избыточным током контакт мгновенно разрывается.

Рисунок 356 Плавкий предохранитель

Пример на использование фазового перехода второго рода, также приводящего к мгновенному изменению свойств - расширитель для сосудов, изготовленный из сплава с памятью формы (Рисунок 357):

Рисунок 357 Сплав с памятью формы

Его вводят через небольшой надрез в компактном виде, а затем под действием тепла человеческого тела происходит перестройка кристаллической решетки, и изделие само приобретает заданную форму.

5.1.7.1.1.22 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход от одноуровневой к многоуровневой динамизации структуры

Пример - химический лазер (Рисунок 358):

Рисунок 358 Химический лазер

В таком лазере процессы идут сразу на двух уровнях структуры: на уровне молекул протекает химическая реакция, а на уровне электронных оболочек атомов - возбуждение электронов и излучение квантов света.

o Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит динамизация функций системы

Динамизация функций обычно проходит в несколько этапов:

5.1.7.1.1.23 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит динамизация функций системы по их количеству

Происходит переход от однофункциональных систем к многофункциональным.

Пример - трактор (Рисунок 359):

Рисунок 359 Трактор

Он может выполнять функции экскаватора, бульдозера, погрузчика и тягача.

5.1.7.1.1.24 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит динамизация функций системы по их объектам

Происходит переход от систем, обрабатывающих одно изделие, к системам, способным обрабатывать разные типы изделий.

Пример - ледоруб (Рисунок 360):

Рисунок 360 Ледоруб

Он может поддерживать (при ходьбе), удерживать (на крутом склоне) и задерживать (при падении) человека; будучи забитым в снег, служить точкой закрепления страховочной веревки; вырубать ступени на льду; служить опорой палатки; и т.п.

Продолжение следует