Главная    Инструменты    ЗРТС Часть 8

Законы развития технических систем

А. Любомирский, С. Литвин

GEN3 Partners

Февраль 2003

ЗРТС часть 1

ЗРТС часть 2

ЗРТС часть 3

ЗРТС часть 4

ЗРТС часть 5

ЗРТС часть 6

ЗРТС часть 7

5.1.8 Закон повышения полноты ТС

Формулировка закона

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что системы, которые могут быть разбиты на 4 типовых функциональных блока: источник энергии, преобразователь энергии (трансмиссия), рабочий орган и систему управления (причем некоторые из этих блоков могут отсутствовать, а их функции выполняют элементы надсистемы), в процессе развития последовательно переходят к самостоятельному выполнению функций этих блоков.

Характеристика закона

Данный закон имеет довольно ограниченное применение, хотя и обладает определенной предсказательной силой.

Механизмы закона

Рассмотрим все механизмы на прмере летательных аппаратов.

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что создание новой системы обычно начинается с рабочего органа

На начальных этапах развития один из видов энергоносителей (окислитель) самолеты получали в готовом виде из окружающей среды (Рисунок 361):

Рисунок 361 Старинный самолет

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития система берет на себя выполнение функций преобразователя энергии (трансмиссии)

Когда понадобилось летать выше и быстрее, двигателям стало не хватать окислителя. Поэтому самолеты обзавелись комрессорами, преобразующими воздух, поступающий из атмосферы, к виду, пригодному для использования (Рисунок 362):

Рисунок 362 Современный самолет

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития система берет на себя выполнение функций источника энергии

Когда понадобилось летать еще быстрее, а также выйти за пределы атмосферы, пришлось отказаться от использования атмосферного воздуха и разместить запас окислителя непосредственно на борту ракеты (Рисунок 363):

Рисунок 363 Ракета

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития система берет на себя выполнение функций системы управления

Произошел переход от управляемых ракет к самонаводящимся, а на самолетах появились и бурно развиваются автопилоты.

5.1.9 Закон вытеснения человека из ТС

Формулировка закона

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития сокращается количество функций, выполняемых в системе человеком.

Характеристика закона

Этот закон имеет в основном отношение к системам, в которых можно в явном виде выделить такие типовые подсистемы, как рабочий орган, трансмиссия, источник энергии и система управления. Он является частным случаем (механизмом) Закона повышения полноты ТС, поскольку человек - это очень распространенный элемент надсистемы, на который обычно легче всего переложить функции, пока недоступные системе.

Механизмы закона

5.1.9.1.1.1 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что до возникновения системы для удовлетворения определенной потребности человек выполняет функции на всех уровнях

Это нулевой этап - система отсутствует, человек выполняет все функции сам.

Пример - система для перевозки человека. Пока ее не было, человек ходил пешком.

5.1.9.1.1.2 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что создание новой системы приводит к вытеснению человека с исполнительного уровня

Система часто появляется как простое орудие - рабочий орган. Она берет на себя исполнительные функции. Человек служит для такой системы источником энергии, трансмиссией и системой управления.

Пример - велосипед. Первый велосипед изобрел барон фон Дрейз в Германии в 1816-1817 годах. Новая система представляла собой деревянную раму на двух колесах. Человек сидел на ней и передвигался, отталкиваясь ногами от земли (Рисунок 364):

Рисунок 364 Draisienne (hobby horse)

Как видим, это устройство почти полностью состоит из рабочего органа - колес. Функции источника энергии, трансмиссии и системы управления выполняет человек. Вообще-то импульс от человека к колесам передает рама, но считать ее полноценной трансмиссией как-то не хочется. Кроме того, если уж вдаваться в детали, то источником энергии являются ноги, а импульс к раме передается через, скажем так, седалище, так что в выполнении функций трансмиссии человек все же участвует.

5.1.9.1.1.3 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит вытеснение человека с уровня трансмиссии

Система берет на себя функции трансмиссии. Человек служит для нее источником энергии и системой управления.

В качестве примера продолжим анализ велосипеда. Почти через 50 лет, в 1865 году, в системе, наконец, появилась полноценная трансмиссия - педали, прикрепленные непосредственно к колесу (Рисунок 365):

Рисунок 365 Велосипед 5.1.9.1.1.4

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит вытеснение человека с уровня источника энергии

Система обзаводится собственным источником энергии или получает энергию из надсистемы. Человек только управляет ею.

Пример - мопед, который впервые появился в 1910 году (Рисунок 366):

Рисунок 366 Мопед

5.1.9.1.1.5 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит вытеснение человека из системы управления

Система переходит к самоуправлению или ею начинает управлять надсистема. Человек при этом отстраняется от оперативного управления и оставляет за собой только принятие решений.

Пример - наследник мопедов и самокатов, электро-скутер "Segway" (Рисунок 367):

Рисунок 367 Segway

Руля у него нет - человек просто держится за поручень. Балансирует скутер тоже сам - для этого у него есть гироскопы и компьютер. Принимая решение, куда ехать, человек инстинктивно наклоняет корпус в ту сторону; сенсоры скутера улавливают эти микро-движения, расшифровывают их и подают команду двигателям. Т.е. человек практически отстранен от управления - он только выбирает маршрут.

5.1.9.1.1.6 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит вытеснение человека с уровня принятия решений

Система или ее надсистема начинают принимать решения самостоятельно. Человек вытесняется из системы и переходит к управлению надсистемой.

Пример - система автоматического пожаротушения (Рисунок 368):

Рисунок 368 Система автоматического пожаротушения

Такая система с помощью сенсоров сама определяет очаги возгорания и, никого не спрашивая, сама включает разбрызгиватели воды и другое оборудование.

5.2 ПОРЯДОК ПРИМЕНЕНИЯ ЗРТС

1. Применить Закон повышения идеальности

Выбрать механизм закона с учетом типа проекта, его целей и ограничений, а также этапа жизненного цикла.

Сделать вывод о приоритетном (или допустимом) направлении совершенствования ТС в соответствии с выбранным механизмом.

2. Применить Закон повышения полноты частей ТС

Если ТС и ее эл-ты не должны менять свои параметры (обычно положение в пространстве) на данном этапе жизненного цикла, закон не применять.

Для остальных ТС выявить, какие функции выполняет надсистема.

Поставить задачи по передаче этих функций элементам ТС. Учесть механизмы закона.

3. Применить Закон вытеснения человека

Если не был применен закон повышения полноты частей ТС, закон не применять.

Если в работе ТС не участвует человек, закон не применять.

Для остальных ТС выявить, какие функции выполняет человек.

Поставить задачи по передаче этих функций элементам ТС. Учесть механизмы закона.

4. Применить Закон неравномерности развития

Выявить объекты для анализа:

§ Типовые блоки (рабочий орган, трансмиссия, источник энергии, система управления).

§ Ядро системы и сервисные подсистемы.

Проверить выбранные объекты на степень равномерности развития (с учетом этапа жизненного цикла).

Если неравномерность выявлена, сделать вывод о необходимости приоритетного развития отставшего объекта (или наоборот) в соответствии с механизмами закона.

Использовать результаты на следующем шаге анализа.

5. Применить Закон повышения согласованности

Выявить элементы, параметры которых, возможно, подлежат согласованию:

§ Объекты главной функции.

§ Объекты дополнительных функций.

§ Все элементы ТС.

§ Все элементы надсистемы, взаимодействующие с данными объектами.

§ Операции технологического процесса.

§ Неравномерно развитые объекты.

Выбрать параметры этих объектов, нуждающиеся в согласовании.

§ Обязательно рассмотреть объекты, с которыми связаны ключевые недостатки.

§ Обязательно рассмотреть параметры, от которых зависят ключевые недостатки.

§ Обязательно рассмотреть объекты ГФ.

§ Проверить типовые параметры.

§ При выборе объектов и параметров учесть механизмы закона.

Для выбранных параметров сформулировать задачи согласования.

§ По возможности, задачи следует формулировать в виде противоречия.

Если возможно, сделать выводы о желательном направлении дальнейшего анализа.

Если возможно, сделать выводы о желательном направлении дальнейшего совершенствования ТС.

6. Применить Закон повышения управляемости

Среди отобранных параметров выявить:

§ Меняющиеся во времени.

§ Имеющие заранее неизвестные значения.

Для параметров, подлежащих согласованию с отобранными, сформулировать задачи повышения управляемости.

§ По возможности, задачи следует формулировать в виде противоречия.

§ Задачи следует формулировать с учетом механизмов закона.

§ Выбирать механизмы следует с учетом результатов предыдущего анализа.

Если возможно, сделать выводы о желательном направлении дальнейшего анализа.

Если возможно, сделать выводы о желательном направлении дальнейшего совершенствования ТС.

7. Применить Закон повышения динамичности

Выявить объекты, параметры которых подлежат управлению.

Для данных объектов сформулировать задачи динамизации.

§ По возможности, задачи следует формулировать в виде противоречия.

§ Задачи следует формулировать с учетом механизмов закона.

§ Выбирать механизмы следует с учетом результатов предыдущего анализа.

Если возможно, сделать выводы о желательном направлении дальнейшего анализа.

Если возможно, сделать выводы о желательном направлении дальнейшего совершенствования ТС.

8. Применить Закон перехода в надсистему

Выявить объекты, улучшение работы которых невозможно из-за нарастающих негативных эффектов.

Среди данных объектов отобрать те, требования к которым зависят от времени или положения в пространстве.

Для данных объектов сформулировать задачи перехода к би- и полисистемам со сдвинутыми характеристиками, желательно частично свернутым.

§ По возможности, задачи следует формулировать в виде противоречия.

Для оставшихся объектов сформулировать задачи перехода к однородным би- и полисистемам, желательно частично свернутым.

§ По возможности, задачи следует формулировать в виде противоречия.

Выявить объекты, которые, по данным анализа, должны выполнять несколько разнородных функций, но выполняют только часть из них.

С помощью функционально-ориентированного поиска найти объекты, хорошо выполняющие недостающие функции.

§ При поиске обязательно проверить элементы ТС и надсистемы.

Выбрать среди выявленных объектов наиболее подходящие для объединения.

§ Критерии выбора: результаты предыдущего анализа, наличие ресурсов.

Для выбранных объектов поставить задачи объединения разнородных ТС.

§ По возможности, задачи следует формулировать в виде противоречия.

Выявить объекты, к которым предъявляются противоположные требования.

Выразить эти требования в виде функций.

С помощью функционально-ориентированного поиска найти объекты, хорошо выполняющие эти функции.

§ При поиске обязательно проверить элементы ТС и надсистемы.

Выбрать среди выявленных объектов наиболее подходящие для объединения.

§ Критерии выбора: результаты предыдущего анализа, наличие ресурсов.

Для выбранных объектов поставить задачи объединения инверсных ТС.

§ По возможности, задачи следует формулировать в виде противоречия.

9. Применить Закон оптимизации потоков

Если анализ потоков не проводился, закон не применять.

Если при анализе потоков не выявлено существенных недостатков, закон не применять.

Выбрать потоки и их звенья, с которыми связаны существенные недостатки.

Выбрать механизмы закона, которые имеет смысл применить для устранения недостатков.

§ Критерии выбора: результаты предыдущего анализа, наличие ресурсов.

Поставить задачи оптимизации потоков в соответствии с выбранными механизмами.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Таким образом, в данной работе подробно рассмотрены следующие вопросы:

Что такое Законы развития технических систем (ЗРТС) и каковы основные причины их появления;

Что такое механизмы ЗРТС;

Что такое аналитические инструменты ЗРТС;

Как выглядит общая схема ЗРТС;

На каких этапах проекта следует применять анализ по ЗРТС и их аналитические инструменты.

Кроме того, подробнейшим образом разобраны 11 основных законов и их механизмов; при этом особое внимание уделено Закону развития ТС по S-образной кривой. В необходимых случаях даны рекомендации по применению анализа по отдельным законам для различных типов проектов. И, наконец, приведена пошаговая методика эволюционного анализа, какой она видится на сегодняшний день.

Все положения проиллюстрированы многочисленными примерами. Примеры по возможности подбирались из разных областей техники. Некоторое преобладание среди них транспортных и военных систем связано с тем, что рассматриваемые закономерности проявляются в них особенно ярко. Дело в том, что, с одной стороны, у этих систем такая богатая история, что большинство механизмов имели время сработать, а с другой стороны, в силу своей особой значимости они привлекали и привлекают такое количество общественных ресурсов для своего совершенствования, что подавляющее большинство потенциальных линий развития оказываются опробованными на практике.

Весь материал по мере сил структурирован таким образом, чтобы все разделы и подразделы были как можно более независимы друг от друга. Такое построение, с одной стороны, позволяет использовать данную работу как справочник, а с другой стороны, делает ее открытой для будущих доработок.


Главная    Инструменты    ЗРТС Часть 8