Философия на техниката. Закономерности на развитие на технически системи

Той откри законите за развитие на техническите системи, познаването на които помага на инженерите да предвидят начините за възможни по-нататъшни подобрения на продуктите:

1. Законът за увеличаване на степента на идеалност на системата.
2. Закон за S-образното развитие на техническите системи.
3. Законът за динамизирането.
4. Законът за пълнотата на частите на системата.
5. Законът за преминаването на енергията.
6. Законът за изпреварващо развитие на работния орган.
7. Законът на прехода "моно - би - поли".
8. Законът за преход от макро към микро ниво.

Най-важният закон счита идеалност- едно от основните понятия в TRIZ.

Описание на законите

Законът за повишаване на степента на идеалност на системата

Техническата система в своето развитие се доближава до . След като достигне идеала, системата трябва да изчезне и нейната функция трябва да продължи да изпълнява.

Основните начини за приближаване до идеала:

• увеличаване на броя на изпълняваните функции,
• "колапс" в работното тяло,
• преход към суперсистемата.

Когато се доближава до идеала, техническата система първо се бори със силите на природата, след това се приспособява към тях и накрая ги използва за свои цели.

Законът за нарастващата идеалност се прилага най-ефективно към елемента, който се намира директно в зоната на конфликт или сам генерира нежелани явления. В този случай повишаването на степента на идеалност, като правило, се извършва чрез използване на неизползвани преди това ресурси (вещества, полета), налични в зоната на проблема. Колкото по-далеч от зоната на конфликта се вземат ресурсите, толкова по-малко ще бъде възможно да се придвижим към идеала.

Закон за S-образното развитие на техническите системи

Еволюцията на много системи може да бъде представена чрез логистична крива, показваща как скоростта на нейното развитие се променя във времето. Има три характерни етапа:

1. "детство". Обикновено продължава дълго време. В момента системата се проектира, финализира се, изработва се прототип и се подготвя за серийно производство.
2. "разцвет". Той бързо се подобрява, става по-мощен и продуктивен. Машината се произвежда масово, качеството й се подобрява и търсенето расте.
3. "старост". В един момент става все по-трудно да се подобри системата. Дори големите увеличения на бюджетните кредити са от малка полза. Въпреки усилията на дизайнерите, развитието на системата не върви в крак с непрекъснато нарастващите нужди на човека. Плъзга се, гази вода, променя външната си форма, но си остава същата, с всичките си недостатъци. Всички ресурси са окончателно избрани. Ако в този момент се опитаме изкуствено да увеличим количествените показатели на системата или да развием нейните измерения, оставяйки предишния принцип, то самата система влиза в конфликт с околната среда и човека. Започва да носи повече вреда, отколкото полза.

Като пример, помислете. Отначало имаше доста дълъг експериментален етап с единични несъвършени копия, въвеждането на които освен това беше съпроводено от съпротивата на обществото. След това последва бързото развитие на термодинамиката, подобряването на парните машини, железниците, обслужването - и парният локомотив получава обществено признание и инвестиции в по-нататъшно развитие. Тогава, въпреки активното финансиране, имаше изход към естествените ограничения: ограничаване на топлината, конфликт с околната среда, невъзможност за увеличаване на мощността без увеличаване на масата - и в резултат на това в региона започна технологична стагнация. И накрая, парните локомотиви бяха заменени от по-икономични и мощни. достигнал своя идеал – и изчезнал. Неговите функции бяха поети и - също отначало несъвършени, след това бързо развиващи се и накрая почиващи в развитието на естествените си граници. След това ще се появи друга нова система - и така до безкрай.

Закон за динамизирането

Надеждността, стабилността и устойчивостта на една система в динамична среда зависят от нейната способност да се променя. Развитието, а оттам и жизнеспособността на системата се определя от основния показател: степен на динамизация, тоест способността да бъде мобилен, гъвкав, адаптивен към външната среда, променяйки не само своята геометрична форма, но и формата на движение на своите части, преди всичко работния орган. Колкото по-висока е степента на динамизиране, толкова по-широк е диапазонът от условия, при които системата запазва своята функция като цяло. Например, за да накара едно крило на самолет да работи ефективно в значително различни режими на полет (излитане, крейсерска линия, полет с максимална скорост, кацане), то се динамизира чрез добавяне, система за промяна и т.н.

За подсистемите обаче законът за динамизиране може да бъде нарушен - понякога е по-изгодно изкуствено да се намали степента на динамизиране на подсистема, като по този начин се опрости, и да се компенсира по-малко стабилност / адаптивност чрез създаване на стабилна изкуствена среда около нея, защитена от външни фактори. Но в крайна сметка цялостната система (надсистемата) все още получава по-голяма степен на динамизиране. Например, вместо да се адаптира трансмисията към замърсяване чрез нейното динамизиране (самопочистване, самосмазване, повторно балансиране), е възможно да се постави в запечатан корпус, вътре в който се създава среда, която е най-благоприятна за движещи се части ( прецизни лагери, маслена мъгла, отопление и др.)

Други примери:

• Съпротивлението на движение намалява 10-20 пъти, ако лемежът му вибрира с определена честота, в зависимост от свойствата на почвата.
• Кофата на багера, превръщайки се във въртящо се колело, даде началото на нова високоефективна минна система.
• Колата от твърд дървен диск с метална джанта стана подвижна, мека и еластична.

Закон за пълнотата на частите на системата

Всяка техническа система, която независимо изпълнява някаква функция, има четири основни части- двигател, трансмисия, работен орган и средства за управление. Ако някоя от тези части липсва в системата, тогава нейната функция се изпълнява от човек или среда.

Двигател- елемент на техническа система, който е преобразувател на енергия, необходима за изпълнение на необходимата функция. Източникът на енергия може да бъде както в системата (например бензин в резервоара за двигателя с вътрешно горене на автомобил), така и в суперсистемата (електричество от външната мрежа за електродвигателя на машината).

Предаване- елемент, който предава енергия от двигателя към работното тяло с трансформация на неговите качествени характеристики (параметри).

Работно тяло- елемент, който предава енергия на обработвания обект и изпълнява необходимата функция.

контролен инструмент- елемент, който регулира притока на енергия към частите на техническата система и координира тяхната работа във времето и пространството.

Когато анализирате всяка автономно работеща система, независимо дали е хладилник, часовник, телевизор или писалка, тези четири елемента могат да се видят навсякъде.

• Фреза. Работен орган: фреза. Двигател: двигател на машината. Всичко, което е между електродвигателя и фрезата, може да се счита за трансмисия. Средства за управление - човек-оператор, ръкохватки и бутони или програмно управление (машина с програмно управление). В последния случай софтуерният контрол „изтласква“ човешкия оператор от системата.

Закон за преминаване на енергия

И така, всяка работеща система се състои от четири основни части и всяка от тези части е консуматор и преобразувател на енергия. Но не е достатъчно да се трансформира, необходимо е също така тази енергия да се прехвърли без загуба от двигателя към работното тяло и от него към обекта, който се обработва. Това е законът за преминаването на енергията. Нарушаването на този закон води до възникване на противоречия в техническата система, което от своя страна поражда изобретателски проблеми.

Основното условие за ефективността на техническата система по отношение на енергийната проводимост е равенството на способностите на частите на частите на системата да приемат и предават енергия.

Първото правило за енергийната проводимост на системата

полезна функция, тогава за да се повиши неговата ефективност, трябва да има вещества с подобни или идентични нива на развитие в точките на контакт.

Второто правило за енергийната проводимост на системата

Ако елементите на системата при взаимодействие образуват енергопроводима система с вредна функция, то за унищожаването му в местата на контакт на елементите трябва да има вещества с различна или противоположна степен на развитие.

• При втвърдяване бетонът се захваща за кофража и по-късно се отделя трудно. Двете части се съгласуваха добре помежду си по нива на развитие на субстанцията - и двете бяха твърди, грапави, неподвижни и т.н. Образува се нормална енергопроводима система. За да се предотврати образуването му, е необходимо максимално несъответствие на веществата, например: твърдо - течно, грубо - хлъзгаво, неподвижно - подвижно. Може да има няколко конструктивни решения - образуване на воден слой, нанасяне на специални хлъзгави покрития, вибрация на кофраж и др.

Третото правило за енергийната проводимост на системата

Ако елементите при взаимодействие помежду си образуват енергопроводима система с вредна и полезна функция, тогава в местата на контакт на елементите трябва да има вещества, чието ниво на развитие и физико-химични свойства се променят под въздействието на всяко контролирано вещество или поле.

• Според това правило са направени повечето устройства в техниката, където се изисква свързване и разединяване на енергийните потоци в системата. Това са различни превключващи съединители в механиката, клапани в хидравликата, диоди в електрониката и много други.

Законът за изпреварващо развитие на работния орган

В техническата система основен елемент е работният орган. А за да изпълнява функцията му нормално, способността му да поглъща и предава енергия трябва да е не по-малка от тази на двигателя и трансмисията. В противен случай той или ще се повреди, или ще стане неефективен, превръщайки значителна част от енергията в безполезна топлина. Следователно е желателно работното тяло да изпреварва в развитието си останалата част от системата, тоест да има по-голяма степен на динамизиране по отношение на вещество, енергия или организация.

Често изобретателите правят грешката да развиват упорито трансмисията, управлението, но не и работния орган. Такова оборудване, като правило, не осигурява значително увеличение на икономическия ефект и значително повишаване на ефективността.

• Производителността на струга и техническите му характеристики остават почти непроменени през годините, въпреки че задвижването, трансмисията и контролите са интензивно развити, тъй като самият фреза като работен орган остава същият, тоест фиксирана моносистема на макро ниво. С появата на въртящите се резачки за чаши производителността на машината рязко се повиши. Тя се увеличи още повече, когато беше включена микроструктурата на веществото на ножа: под въздействието на електрически ток режещият ръб на ножа започна да трепти до няколко пъти в секунда. И накрая, благодарение на газовите и лазерни ножове, които напълно промениха външния вид на машината, бяха постигнати невиждани досега скорости на обработка на метал.

Законът на прехода "моно - би - поли"

Първата стъпка е да отидете на бисистеми. Това подобрява надеждността на системата. Освен това в бисистемата се появява ново качество, което не е присъщо на моносистема.

Преход към полисистеми бележи еволюционен етап на развитие, при който придобиването на нови качества става само за сметка на количествени показатели. Разширените организационни възможности за разполагане на подобни елементи в пространството и времето им позволяват да използват по-пълно своите възможности и ресурси на околната среда.

• двумоторен самолет ( бисистема) е по-надежден от своя едномоторен аналог и има по-голяма маневреност (ново качество).
• Комбиниран дизайн на велосипеден ключ ( полисистема) доведе до забележимо намаляване на потреблението на метал и намаляване на размерите в сравнение с група от отделни ключове.
• Най-добрият изобретател - природата - дублира особено важни части от човешкото тяло: човек има два бели дроба, два бъбрека, две очи и т.н.
• Многослойният шперплат е много по-здрав от дъските със същите размери.

Но на някакъв етап от развитието започват да се появяват неуспехи в полисистемата. Екип от повече от дванадесет коня става неконтролируем, самолет с двадесет двигателя изисква многократно увеличаване на екипажа и е труден за управление.

Възможностите на системата са изчерпани. Какво следва? И тогава полисистемата отново се превръща в моносистема... Но на качествено ново ниво. В същото време ново ниво възниква само при условие, че се увеличи динамизацията на частите на системата, преди всичко на работния орган.

• Спомнете си същия ключ за велосипед. Когато работният му орган беше динамизиран, тоест гъбите станаха подвижни, се появи регулируем гаечен ключ. Превърна се в моно система, но в същото време може да работи с много размери болтове и гайки.
• Многобройни колела на всъдеходни превозни средства се превърнаха в една подвижна гъсеница.

Законът за прехода "моно - би - поли" е тясно свързан със закона за преход от макро към микро ниво.

Законът за преход от макро към микро ниво

Преходът от макро ниво към микро ниво е основната тенденция в развитието на всички съвременни технически системи.

За постигане на високи резултати се използват възможностите на структурата на материята. Първо се използва кристалната решетка, след това асоциациите на молекулите, единичната молекула, частта от молекулата, атомът и накрая частите на атома.

• В преследване на товароносимостта в края на буталната ера самолетите са били оборудвани с шест, дванадесет или повече двигателя. Тогава работното тяло - винтът - все пак се премести на микро ниво, превръщайки се в газова струя.

• Владимир Петров. Поредица от статии "Закони на развитието на системите"© Владимир Петров

Етап на внедряване на TSпротича по следния начин.

След възникване на нуждав новата TS, търсенето на първоначални подсистеми, вещества и синтезот които ТК. През този период има търсене " класически„TS схеми в съответствие със законите на статиката, които осигуряват търсене на състав, енергийна проводимост към всички части на системата, координация на ритъма на частите на системата помежду си и спазване на принципа на HMF-съвместимост. .

След образуване моно-TSима интензивно развитие на ТС чрез използването й в различни ТС като подсистема. В същото време протича процес на увеличаване на GPF на ТС и неговото "замърсяване" от редица подсистеми, които повишават ефективността или го обслужват. На този етап вече забележимо започват да се появяват тенденциите за комбиниране на новите моно-TS с подсистемите на суперсистемата и търсенето на идеални подсистеми, вещества, които позволяват увеличаване на GPF на системата (вижте таблицата за приложение на HP в други TS - Фиг. 7).

Използването на ТС в суперсистема води от първите стъпки на развитие на системата до нейната интеграция с други системи и диференциране на нейните подсистеми според изпълняваните функции. Едновременното усложняване и диференциране на ТС и нейните подсистеми води до факта, че всяка от нейните подсистеми на нивото на своя ранг става трудно контролируема - настъпва процес на насищане.

През този период в недрата на подсистемите TS, идеална субстанция, който след насищане на подсистема от съответния ранг поглъща тази подсистема в себе си. И така, преминавайки от ранг на ранг, идеалното вещество поглъща самия TS.

Този процес е показан на фиг. 62. Пунктираните линии (на фигурата само за B и TC) показват абсорбция (коагулация), пречистване на B от излишни вещества и свойства и абсорбция на TC от идеално вещество.

По това време усложняването на TS продължава, но вече на по-високи нива или когато се комбинира със собствен вид. Както беше показано от G. S. Altshuller и I. M. Vertkin, процесът на усложняване на ES възниква чрез разгръщане на TS от моносистема към би-, след това към поли- и накрая към сложни системи.

Във всеки период от разгръщането на ТС в би- или полисистема протича процесът на абсорбция (коагулация) на ТС в веществото.

Усложнението на ТС може да бъде изразено принцип на негентропия, което осигурява развитието на ТС в посока идеалност. Същността му е да се увеличи сложността на TS в процеса на разработка (увеличаване на броя на възможните варианти за реакция), увеличаване на организацията (разделяне на функциите между специализирани взаимосвързани отворени подсистеми и комбинирането им в универсална система) и преход към самоорганизиращи се системи.

Вторият етап на идеализация на ES е етапът на абсорбция (коагулация) на ES от идеална субстанция и това е процесът на идеализация, който е общоприет в TRIZ.

По този начин идеята за сложността на TS по време на нейното разгръщане, като неразделна част от процеса на идеализация, неговата диалектика, ви позволява да получите най-пълната картина на развитието на TS и да разрешите противоречията, които съществуват между теория и реалност.

2.2. МОДЕЛ НА ТЕХНИЧЕСКАТА СИСТЕМА

Анализът на жизнената линия на реалния TS показа, че развитието на всяка система в крайна сметка завършва със създаването на нова. моно системи, чието развитие се повтаря отново във всички детайли, но на ново йерархично ниво. Тук имаме предвид детайлите на моделите на развитие. Това дава възможност да се твърди, че има обща линия на развитиевсеки TS. В този аспект концепцията за ИТС е необходима, за да се разкрият характеристиките на формирането на системи, лежащи на тази линия.

За да идентифицираме характеристиките на формирането на системи, които лежат на общата линия на развитие, анализираме модела на най-простия TS (като неразделна част от TS от I, II и III ранг в неговото динамично вътрешно функциониране и взаимодействие с външна среда , Структурата на такава TS е предложена от G.S. Altshuller (фиг. 63) Тя включва минимум компоненти и връзки между тях: йерархия на вътрешни подсистеми (PS, PPS - подсистема от n-ти ранг), връзки със съседни системи (S(C); (S(PS)) и със суперсистемата (S(C), S(C, NS)) и граничния слой (BL) между LS и TS.

Когато превозното средство взаимодейства с външната среда, т.е. когато отвън пристигат потоци от енергия, вещества и информация - полезни (E P; V P; I P) и вредни (E V; V V; I V) - започва вътрешното функциониране на горните връзки. В резултат на това продукти (Pr), отпадъци от материя и енергия (E O; V V;) измервателна информация (I) за състоянието на системата се издават на суперсистемата от техническата система.

Като се има предвид системният характер на технологията, многостепенността на TS и невъзможността да се отрази предложената схема на йерархичните нива на материята и полето, ние предложихме схема, показана на фиг. 64, която е идентична на схемата на фиг. 63. Позволява да се отрази както йерархичната зависимост на различните рангове на МС, така и някои тенденции в развитието на МС. Всяко от нивата P, B, PS, TS и NS представлява (в общи линии) област, в която цялото разнообразие от TS е разпределено на съответните поднива. Между нивата има гранични слоеве. Потоците от енергия, материя и информация, влизащи в системата, се разпределят между нейните подсистеми (нива), произвеждайки продукти на изхода. В същото време, заедно с вредните потоци (E, V, I), често генерирани от самата система, потоци (E, V, I) от околната среда (претенции за околната среда) проникват в системата, влошавайки и унищожавайки TS. За да се намали тяхното влияние, в TS се въвежда граничен слой. Но ако той не "спаси" системата, системата се адаптира към претенциите, които я засягат, превръщайки вредата в полза. По този начин, в процеса на функциониране, TS трябва да може да обработва полезни потоци (E, V, I) добре, спазвайки принципа на HMF съвместимост, доколкото е възможно, и да може да устои добре на претенциите на околната среда, за максимумът, където е необходимо, като се спазва или не се спазва принципът на съвместимост с HMF.

Предложената схема също така позволява да се идентифицират някои характеристики на съвместното съществуване на TS и околната среда по време на тяхното взаимодействие. Една от тези характеристики е проявлението закон за съответствие на организациите на митническия съюз и околната среда.

Раздел 2 - 2

Ориз. 64. Схема на йерархичните нива на TS (раздел 2-2 - виж)

2.2.1. Законът за съответствие на организациите на CU и околната среда.

Всяко взаимодействие, ако противоположните сили в него са еднакви по големина и противоположни по посока, е равновесно.

Когато TS взаимодейства със средата (OS), претенциите на ES често се оказват по-силни от възможностите на TS. Това ни позволява да заключим, че необходимо условие за безконфликтната работа на ТС в средата е съответствието на ТС със средата по отношение на сложност и ниво на организация.

Изследванията на развитието на различни TS потвърждават това заключение и показват, че с увеличаване на степента на идеалност на TS, нивото на организация на TS става значително по-високо от нивото на организация на OS. Превозното средство става по-управляемо и по-малко зависимо от околната среда. Освен това, когато се анализират причините и механизмите на динамизирането на ES, се оказа, че твърденията на OS имат определена йерархия, която е системна организация на природните системи (и природата като цяло). Системният характер на претенциите на ОС и в същото време тяхното разнообразие обуславя известно разнообразие на ТС, работещи в околната среда, както и разнообразието на живите организми.

В най-обща форма йерархията на претенциите на ОС към TS може да бъде представена чрез следния списък.

1. Макро въздействия (земетресение, вятър, вълни, приливи и отливи, слънчева радиация и др.).
2. Мезо-въздействия (средни макро-въздействия).
3. Микровъздействия (вибрации, корозия, разтваряне на веществото, нагряване), както и претенции, действащи на ниво:
   • кристална решетка,
   • домейни,
   • молекули,
   • атоми и др.
4. Микровъздействия на полево ниво (слънчева радиация, термично поле, електростатично, електромагнитно, магнитно и гравитационно поле и др.).

Например кораб в океана се влияе от: макровълни – най-общо върху целия му скелет; мезовълни - по тялото си; кавитация, разтвор на морска вода и др. - върху материала на тялото; вятър - на палубни надстройки и др. По този начин сложността на организацията на OS изисква съответната сложност на организацията на TS, така че всяка претенция за OS да има съответен отговор от TS. Това се постига например чрез повишаване на управляемостта на автомобила.

Когато се създава TS за справяне с искове на OS, е необходимо да се изхожда от нивото на организация на самия иск, включително TS като междинен елемент между искове на OS и TS, който трябва да бъде защитен или от OS, или от човек. Промените, които настъпват след постигане на съответствие на реакциите на TS с претенциите на OS, са пряко зависими от претенциите на OS и човешките нужди.

Например, подкрепа за запазване на вечна замръзналост съгласно US Pat. 3,788,389 е направен под формата на CT, способен да реагира на всички промени в температурата на околната среда, като по този начин поддържа баланс между температурата на опората и земята. Тук ТТ работи на нивото, на което ОС претендира (heat), но в същото време има ниво на организация по-високо от това на ОС и това постига висока скорост на реакция на всички промени в ОС.

Друг пример е костюм за минни спасители по а.с. СССР 111144 (добре известно изобретение на Г. С. Алтшулер - вижте например "Алгоритъм на изобретението", М.: Московски работник, 1969, стр. 88, 1973, стр. 111).

За да се гарантира жизнеспособността на TS, той трябва да бъде в неравновесно състояние с OS. И това е възможно само при по-висока организация на TS в сравнение с организацията на OS. В граничния слой може да се наблюдава равновесие.

Същото може да се каже и за случая, когато искове се генерират от самия TS. Например в случай на неуправляеми процеси или подсистеми. И така, върхът на поялника според A.S. СССР 616073 е направен под формата на HP, стабилизиращ температурата му.

Може да се каже, че в процеса на своето развитие КС се стреми да премине към нивото, на което има или може да има съответствие между организациите на КС и ОС. Освен това този процес е насочен, МС непрекъснато се стреми, така да се каже, да се измъкне от претенции на по-високи нива към претенции на по-ниски нива.

Този процес се проявява особено ясно при прехода от макро към микро ниво. Например, струните на ограничителен елемент по време на електрохимичната обработка на стъклото бяха опънати с помощта на специално механично устройство. Въпреки това претенциите на ОС - термичното поле, което нагрява и деформира струните (което предизвика необходимостта от издърпването им нагоре), действа директно върху кристалната решетка на струните. В съответствие с горното, TC трябва също да премине към нивото, където искове са пряко приложими. Както беше предложено от A.S. СССР 580116: ограничителният елемент е направен под формата на биметална дъга. Сега самото устройство се адаптира към промените в термичното поле.

Преминаването от искове на по-високо ниво към искове на по-ниско ниво е забележимо във всички области, където TC изпитва различни нива на искове. Например в строителството: това е преход от сгради, базирани на няколко точки, към сгради, базирани на една, например, към основи с коренова система, особено в райони с висока сеизмичност.

Така че запазването на неравновесното състояние на взаимодействие с външната среда е важен принцип, който осигурява жизнеспособността на ЕС. Състои се в противопоставянето на фактори, насочени към поддържане на неравновесие с околната среда, и балансиращи фактори на околната среда, насочени към привеждане на ТС в състояние на равновесие. TS постига състояние на неравновесие чрез оптимално преразпределение на E, V и I между подсистемите (ако има достатъчно вътрешни ресурси за това - селективни подсистеми, връзки между тях, резерви за "сила") или промени, се заменя с нова TS ( ако няма достатъчно вътрешни ресурси и няма какво да отговори на "исковете" на външната среда, тогава възникват и бързо се развиват противоречия).

Един от начините за изпреварващо (прогностично) развитие на МС е изкуственото затягане на промените във външната среда с цел създаване на силни противоречия.

Във всички случаи нивото на организация на TS трябва да бъде малко по-високо от нивото на организация на OS. Например, необходимо е да се поддържа температурна разлика между външната обвивка на космическия кораб и вътрешната. Това се постига чрез създаване граничен слой, което осигурява запазване на разликата между промените в организацията на вътрешната среда на автомобила и външната - пространство.

В първите етапи от развитието на CS се формира първичен граничен слой. След това идва процесът на втвърдяване и усложняване, динамизиране и обособяване на подслоевете с тяхната специализация според потоците E, V, I. И в крайна сметка, абсорбцията на всички буферни системи, обслужващи граничния слой, от идеалното вещество на този слой.

Усложняването на ТС в периода на разгръщане протича едновременно с процесите на обединяване и специализация на подсистемите, което изисква повишаване на управляемостта на по-сложната система. Закъснелите противоречия между управляемостта и сложността на системата се разрешават по два начина:

• прехвърляне на контролни функции към суперсистемата чрез усложняване на суперсистемата и опростяване на системата (нейното оперативно извикване),
• чрез прехвърляне на контрол върху идеалната субстанция на системата чрез опростяване на самата система, но чрез увеличаване на сложността на субстанцията.

Примери за това са TT-120, TT-121 и TT-92.

Незаменимо условие за развитието на ТС в посока на повишаване на степента на идеалност е принципът на най-малкото действие. Неговата същност се състои в това, че в процеса на развитие на TS се извършват такива минимални трансформации в TS, след което в него сами ще настъпят промени, насочени към увеличаване на основната полезна функция на системата.

Проявата на този принцип става осезаема в случаите, когато системата отговаря на принципите на HMF-съвместимост, съответствие с организациите на TS и OS, а самата TS е на етапа на абсорбиране в идеална субстанция. Например TT-92, TT-108, a.s. СССР 383973, a.s. СССР 1070421 и др.

Горните принципи са опит за изследване на "фината структура" и механизмите на развитие и функциониране на техническите системи.

2.3. СХЕМА НА ЕВОЛЮЦИЯТА НА ТЕХНИЧЕСКИТЕ СИСТЕМИ.

При изграждането на всяка научна теория един от важните въпроси е философската позиция на изследователя, неговата методология. Това е особено важно сега, когато се полагат основите на TRTS, чиито корени се връщат към TRIZ.

TRIZ е изграден върху голямо количество фактически материал. Но този емпиричен подход, който се състои в разделяне, разчленяване на обекта, фиксиране в съзнанието на стабилен обект, с вече установена структура, става неприемлив, особено когато се изучава въпросът за еволюцията на системата.

Тъй като такъв емпиричен подход се абстрахира от развитието на обекта, връзката му със системата, взаимодействието с други обекти, се оказва, че изследваният обект като цяло се отразява едностранчиво. Ето защо ние избрахме пътя на анализ не на отделни ТС, изолирани от общото развитие, а пътя на логиката на развитието на цял тип ТС, свързващ всички закони и движещи сили на развитието в едно цяло.

Бяха предприети няколко подхода към проблема с идеализирането на TS:

• изследва се динамиката на превозното средство,
• изучава се идеализацията на веществото TS,
• анализират се принципите на развитие и модела на ТС, видовете идеализация, логиката на развитие на конкретен ТС.

Получените схеми, всяка по свой собствен начин, отразяват процеса на идеализация. Въпреки това, когато се опитаха да ги комбинират, възникнаха противоречия, за да се обясни еволюцията на TS. Опитът да се използва схемата на диалектиката на развитието на TS, предложена от G.S. Altshuller и I.M. Vertkin (виж), за да се премахне възникналото противоречие, допълнително изостри противоречията между отделните схеми, въпреки че беше ясно, че всяка от тях отразява някакво странично развитие. Например, диаграмата на диалектиката на развитието на TS отразява усложняването на TS в процеса на преход от моно към би-, след това към поли- и сложни системи. В същото време беше отбелязано, че развитието на TS се извършва по пътя на разрешаване на противоречието между усложняването на TS и нейната идеализация - операцията по сгъване на системата. Нещо повече, една напълно свита би- или поли-система отново се превръща в моно-система и може отново да направи завой от „A“ към „D“ или „E“ (т.е. към моно-C или bi-C на следващия цикъл ). Това е един от най-важните механизми за развитието на всички ТС, като в същото време отразява закона за прехода към суперсистемата.

Когато беше приложен систематичен подход за разрешаване на възникналите противоречия, всички схеми успяха да бъдат въведени в една схема (модел) на еволюцията на TS, която впоследствие беше наречена " пътуваща вълна на идеализация".

Като се вземат предвид първоначалните принципи и схеми, схемата на диалектиката на развитието на TS (), усъвършенствана на Новосибирската конференция, беше деформирана (виж), така че всички напълно срутени TS лежаха на обща линия на развитие(GGL) TS. По този начин точките, които формират GGL, отразяват идеята за идеалността на TS, която е приета в TRIZ (M, G, E->0, n->). Стана ясно, че без анализ на частта от живота на TS, разположена над GGL, би било невъзможно да се разбере нито структурата на законите, нито техните механизми, нито да се обясни цялото съществуващо разнообразие от системи от този тип .

Закономерностите на развитието на техническите системи характеризират различни аспекти на преструктурирането на системите, тъй като те се усъвършенстват и тенденциите на промени в свойствата на техническите обекти във времето.

Познаването на тези закономерности дава ориентация при решаване на проблеми. Те могат да се разглеждат като възможни стратегии за решаване на конкретен проблем, като методи за намиране на решения, които ви позволяват да направите следващата стъпка в прогресивната посока на развитието на технологиите.

3.4.1 Модел на етапно развитие.

Този модел характеризира функционалния аспект на развитието на световната технология като цяло и технически обекти от определен клас.

Анализът на историята на технологиите позволи да се отделят 4 етапа (етапи) в развитието на техническите обекти, отличаващи се с появата на нови функции, изпълнявани от TO.

1. Само в ТО технологичен функция- физико-химично въздействие върху обекта от изпълнителния орган. TO е инструмент, който се състои от работен орган, въпреки че може да съдържа и някои трансмисионни елементи - трансмисия, например нож, лопата, брадва.

2. Наред с технологичната функция ТО реализира функция трансформации енергия. Структурата на ТО се усложнява, към работния орган (РО) се добавят: РЕ, Тр, ОУ.

3. Изпълнява се ТО функция управление. В структурата на TO е вградена система за управление, която измерва някои параметри и определя стойностите на параметрите на други компоненти на TO.

4. Изпълнява се ТО функция планиране.Към структурата на ТО се добавят компоненти, които формират изходните данни за работата на системата за управление.

Таблицата показва пример, илюстриращ основните етапи в развитието на технологиите.

Таблица. Примери за поетапно развитие на технологиите.

Етапи на развитие	Средства за обработка на абстрактна информация	Средства за обработка на физически обекти
1. Ерата на ръчните инструменти	Пръчки за броене, сметало, диапозитив.	Струг (ТС) с ръчно, след това с крачно задвижване.
2. Ерата на механизацията – възникване и развитие на машините. Характеризира се с наличието на три основни връзки: преобразувател на енергия, предавателни устройства и работно тяло.	Електромеханичен аритмометър, електрически калкулатори, компютри от 1-во поколение.	Превозно средство, задвижвано от водно колело, парна машина, електродвигател с ръчно управление.
3. Ерата на детерминистичните автоматизирани производствени системи. Реализирана е функцията за наблюдение и коригиране на редовно протичащ процес, има блок за управление на системата.	Компютри 2-ро и 3-то поколение, PC, бази данни.	ТС с цифрово управление с "твърд" запис на програмата на магнитна лента, перфолента.
4. Ерата на недетерминираните самоуправляващи се системи. Изпълнява се функцията за анализ на ситуацията и вземане на решение.	Бази знания.	Гъвкави автоматизирани производствени системи.

От закономерността на развитието на етапа следва много важна последица, че преходът към всеки следващ етап е възможен, след като предишният етап получи достатъчно научно и техническо развитие. В същото време е невъзможно да се "прескочи" през един или няколко етапа на развитие. Например, няма смисъл да оборудвате TO със задвижване, ако няма RO. Невъзможно е да се оборудва TO със система за управление, ако не се изследват закономерностите на нейното функциониране и не се създадат подходящи модели. Невъзможно е да се създаде експертна система, база от знания, без първо да се създаде добре функционираща база данни в разглежданата предметна област.

Моделът на етапно развитие е от голямо практическо значение при анализа на проблема и формулирането на задачата за синтез, при подобряването на съществуващите технически обекти.

Познаването на законите на развитието дава на инженера ориентация относно перспективите за подобряване на техническите устройства. Определяйки на какъв етап от своето развитие се намира изследваната ТО, в съответствие със схемата на етапно развитие, е възможно да се очертаят начини за нейното по-нататъшно усъвършенстване.

Трябва да се отбележи, че на всеки етап от развитието следващата основна функция се изпълнява, като правило, с помощта на универсални устройства - има заемане на средства от друга техническа област. Тогава започва диференциация и специализация на тези средства. Това пряко следва от закона за увеличаване на идеалността на RT.

Например, развитието на системите за управление на технологичното оборудване премина от използването на универсални компютри към специални.

При създаването на нови ТО те се стремят да подобрят качествените си показатели. Всяка нова проба е проектирана, като правило, да изпълнява все по-сложни функции. Това води до факта, че техническият обект е оборудван с много допълнителни системи и устройства. Следователно следствие от закономерността на етапното развитие е тенденцията на нарастваща сложност на техническите системи.

Принципът на работа, реализиран в работното тяло, започва да заема нови функционални ниши. Функцията, изпълнявана преди това от човек, сега се поема от технически обект. Техническата система се развива, отнемайки все повече функции от човек.

Б. Л. Злотин нарече тази тенденция „Закон за изместване на човек от техническа система“. Метафоричното заглавие на закона не бива да се разбира буквално. Човек не е компонент на техническа система по дефиниция. Говорим за факта, че човек се изтласква като участник в процеса на изпълнение на SPF.

Тази линия на развитие е следната.

1. В началния етап човек с помощта на създаден инструмент извършва физически и химически действия върху определен обект.

2. Добавен е преобразувател на енергия, разработват се контроли, човек вече контролира определен процес.

3. Разработват се автоматизирани системи за управление. Човек вече само наблюдава хода на процеса с помощта на контролни устройства, като от време на време се намесва в него, например, като прави корекции.

4. Всички действия на процеса са автоматизирани по такъв начин, че човек контролира процеса само чрез наблюдение.

Трябва да се отбележи, че много често технологичната функция, реализирана в работното тяло, се създава на базата на съществуващ преобразувател на енергия, например електродъгово заваряване, контактно електрозаваряване. В същото време в проекта са вградени необходимите контроли за изпълнение на технологичната функция. Естествено, такова работно тяло по принцип не може да работи без преобразувател на енергия.

Основните етапи на поетапното развитие на техническите системи могат да бъдат представени накратко под формата на таблица.

Таблица. Характеристика на основните етапи в развитието на техниката

Моделът на поетапното развитие се използва за прогнозиране на нуждите и определяне на посоките за развитие на технологиите.

3.4.2 Модел на прогресивна конструктивна еволюция.

Терминът "прогресивна конструктивна еволюция" се използва от А. И. Половинкин. В трудовете на G. S. Altshuller и неговите ученици този модел се нарича просто етапи на развитие на техническите системи, законът за S-образното развитие на техническите системи.

Историята на развитието на технологиите показва, че всяко откритие в науката и технологиите едва след известно време започва да се използва за изпълнение на някаква полезна функция. Първо се открива определен физически ефект, който се изучава внимателно и се разработва технология за производство на прототипи. Извършват се чисто научни изследвания, чието практическо въздействие все още е минимално. След това на базата на овладяното физическо въздействие се синтезира ФПД на апарата, който вече може да има приложна стойност. След известно време на базата на този FPD се създава техническо устройство, което е в състояние качествено да изпълнява някаква полезна функция.

Техническият обект се създава, за да задоволи нужда, когато има научни и технически възможности да му се осигурят задоволителни потребителски свойства, които зависят от нивото на неговото качество (линия K 11 на фиг. 19).

теоретично възможно

Ниво на качество

Разноски

време

Отваряне

физически ефект

Минимално приемливо ниво на качество

Начало на изследване на нов физически ефект

Началото на практическото приложение на FPD

Ориз. 19. Изменение на показателя за качество на ТО по време на нейното конструктивно развитие.

По правило първият образец на фундаментално нов TO се създава в условията на непълно познаване на свойствата на ново, току-що открито явление. Поради това е технически трудно да се реализира високото качество на изпълняваната функция.

С началото на използването на нов TO желанието да се подобрят неговите функционални характеристики води до разгръщане на работа за подобряването му, подобряване на качествените показатели, отстраняване на недостатъците и повишаване на ефективността на използване. Появяват се различни модификации на технически обекти, разширява се обхватът на приложение на технически устройства, създадени въз основа на физическия принцип на действие, който се основава на открит физически ефект.

Връзката между разходите и показателя за качество на подобрената поддръжка се характеризира с S-образна крива на фиг. деветнайсет.

Началният участък на S-образната крива (участък I на фиг. 19) съответства на етапа на теоретично изследване и експериментално отстраняване на грешки на получения FPD и изследване на възможностите за неговото практическо приложение. На този етап се извършва пилотната експлоатация на единични лабораторни проби от новосъздадената ТО. Този период се характеризира с упорита работа и големи разходи за повишаване на показателите за качество.

Подобряването на характеристиките на TO допринася за растежа на общия научно-технически потенциал и развитието на производствените технологии.

С натрупването на теоретични знания и практически резултати от производството и експлоатацията на TO, нарастването на показателите за ефективност и качество на техническите обекти, базирани на този PFA, става по-интензивно (раздел II). Отстраняват се недостатъците, подобряват се функционалните показатели, повишават се надеждността, ефективността и други качествени показатели, нараства възвръщаемостта на инвестициите в използваните технически средства.

През този период дизайнът на TO и технологията на неговото производство се подобряват, производството често става масово, броят на изобретенията в областта на технологиите, към които принадлежи прилаганият FPD, рязко се увеличава. Този FPD намира все по-широко приложение в различни области. Разработва се набор от технически устройства. Развитието върви както в посока универсализация, така и в посока специализация.

Идва обаче момент, когато ТО навлиза в третия етап от своето развитие.

Участък III от крива 1 (фиг. 19) се характеризира със значително увеличение на разходите за подобряване на качеството на поддръжката. Ефективността на средствата, насочени към подобряване на качеството на поддръжката, намалява. Това се дължи на факта, че има изчерпване на възможностите на приетия физичен принцип на действие. Усъвършенстването на ТО се осъществява чрез усложняването му, въвеждането на конструктивни промени, оптимизирането на параметрите и промяната на конструктивните и технологичните решения. Показателите за качество се доближават до определена граница, която може да бъде постигната с помощта на този PRF (линия K 12).

Усъвършенстването на ТО продължава, докато има нужда от производство на технически обекти, базирани на този физически принцип на действие.

Ако няма условия за преход към нов принцип на работа, тогава в процеса на конструктивна еволюция растежът на ефективността се забавя и дълго време се възпроизвеждат ТО с подобни качествени показатели.

Въпреки това, като правило, много преди този период се открива нов принцип на действие, чието използване може да осигури по-високи показатели за качество в бъдеще. Но практическото му приложение ще започне, когато се натрупа необходимият научно-технически потенциал и назреят социално-икономически условия (линия К 21, крива 2 на фиг. 19).

Първоначално той изостава от своя предшественик по отношение на качеството, но е в началния етап на своето развитие и в съответствие с модела, описан от S-кривата, този TO, базиран на новия FOP, в крайна сметка бързо изпреварва и измества своя конкурент.

Историята на развитието на технологиите показва, че техническият обект, базиран на определен физически принцип на действие, умира по време на най-високото си развитие, тоест когато неговите качествени показатели се реализират в максимална степен. Например до средата на 20-ти век парните локомотиви са достигнали своето крайно съвършенство, тоест крайната си ефективност, и веднага започват да бъдат заменени от дизелови локомотиви (нов принцип на работа) с по-висока ефективност.

При създаването на нови технически обекти е необходимо да се прецени на какъв етап от конструктивната еволюция е прототипът, какви са перспективите за неговото развитие, какви промени в науката и технологиите са настъпили от началото на неговото създаване, не само в разглежданата област. на технологиите, но също и в свързани области. Проучват се различни аспекти на проблема: какви постижения на научно-техническия прогрес не са отразени в създаването на съществуващи ТО, предназначени да отговорят на разглежданите нужди и какво може да се използва от най-новите постижения на науката и технологиите за разработване на нов принцип на действие, конструктивни и дизайнерски и технологични решения за създаване на нов ТОГАВА.

При решаването на проблема за подобряване на ТО е необходимо да се оцени конкурентоспособността на други ФОП, да се установи на какви етапи от тяхното развитие се намират, да се намери област за ефективно приложение на разглеждания принцип на работа, да се оценят перспективите и целесъобразността на конструктивно подобрение на прототипа, или да се стигне до извода, че е необходимо да се премине към друг FOP и да се определи на кой. При решаването на последния проблем съществена помощ оказват други закономерности в развитието на технологиите, които ще бъдат разгледани по-долу.

3.4.3 Динамизация на техническите системи.

На руски език думата динамика има три значения: „1. Разделът на механиката, който изучава законите на движението на телата в зависимост от силите, действащи върху тях. 2. Ход на развитие, промени в някакво явление ... 3. Движение, действие, развитие ... ". Прилагателни: "динамичен, динамичен - богат на движение, действие."

Терминът динамизация, използван в името на този принцип на развитие на техническите системи, отразява именно богатството на движение, присъщо на техническия обект.

Ю. П. Саламатов дава същността на динамизирането на техническите системи в следната формулировка: „За да повишат своята ефективност, твърдите системи трябва да станат динамични, т.е. да преминат към по-гъвкава, бързо променяща се структура и към режим на работа, който се адаптира към промени във външната среда" .

Историята на технологиите показва, че предоставянето на свойствата на динамичния дизайн често прави възможно решаването на много проблеми, които възникват при създаването на TO, значително подобрява показателите за качество.

Например, за да се подобри маневреността на свръхзвуковите реактивни самолети, първо бяха разработени двигатели с въртящи се дюзи и система за управление на струята за промяна на вектора на тягата, а след това и ротационни двигатели. Това направи възможно създаването на самолет с вертикално излитане и кацане.

Прибиращ се колесник за намаляване на съпротивлението, витло с променлива стъпка, падащи слънчеви панели на космически кораби, сгъваем чадър, подвижен мост и др. са примери за динамичен дизайн.

Таблица. Преход към мултифункционалност

Етапи на динамизиране	Пример
1. Ограничена динамична система	Вертикална фреза
2. Система със сменяеми работни органи	Фреза с комплект инструменти
3. система на програмен принцип на управление	CNC фреза Увеличаване на броя на едновременно контролираните координати
4. Система с променливи работни органи	Фреза с магазин за инструменти Фреза с променлива геометрия на режещия ръб

В развитието на механичните системи могат да се разграничат две направления на динамизиране: динамизиране на веществата и полетата.

Динамизация на веществатазапочва с разделянето на материята на части и въвеждането на връзка между тях. Ето една възможна последователност от преходи:

една панта → много панти → гъвкаво вещество → течност → газ → поле.

Динамичността е свойство, което характеризира структурата на обекта. Следователно тя може да се прояви както в компонентите, така и във взаимоотношенията между тях.

Придаването на свойството динамичност на техническия обект се дължи на две обстоятелства: от една страна, това е необходимостта да се осигури адаптивност (адаптация) на обекта към променящите се външни условия и, от друга страна, да се постигне по-добра управляемост на предметът.

Динамизацията е много ефективна като техника за решаване на технически проблеми. Например, за да се свържат размерите и да се осигури взаимозаменяемост в конструкциите, регулируема връзка или еластичен елемент се използват като компенсатори за грешки в свързаните размери.

От една страна, динамизацията е едно от направленията на конструктивната еволюция на техническите системи. Тук развитието на възможностите за производствена технология играе важна роля.

Например, за да се създаде водна брава в дренажните части на тръбопроводните системи, отдавна се използват твърди конструкции под формата на сифон. Използването на гофрирана тръба - маншон направи този дизайн не само по-евтин (по-малко части), но и опрости процеса на свързване на дренажната част на мивката с входната тръба на канализацията.

От друга страна, преходът към нов принцип на работа, като правило, е придружен от увеличаване на динамиката на TO, увеличаване на неговата функционалност.

Например използването на метален ключ за отваряне на вратата на автомобила се заменя с изпращане на кодиран радиосигнал. В този случай няколко врати могат да се отворят наведнъж. Същият "радио ключ" се използва и за блокиране на системата за запалване.

В допълнение, както ще бъде показано в следващата глава, динамизирането е една от техниките за разрешаване на противоречия в технически проблеми.

По този начин динамизацията е един от наблюдаваните модели на развитие, чието използване позволява да се определят посоките за подобряване на ТО. Разбирайки, че всяко превозно средство преминава през определени етапи на динамизиране, е възможно да се определи на какъв етап се намира в момента и да се направи стъпка в обещаваща посока.

Едно от направленията за подобряване на структурите е динамизирането на връзките (фиг. 21). Отношенията могат да бъдат разделени на реални и полеви. В реалните комуникации се използва някакъв вид предавателна среда - субстанция. В полевите комуникации няма среда за предаване.

При материалните връзки взаимодействието на компонентите се осъществява директно с помощта на веществото, така че връзките могат да се различават в зависимост от това какви свойства на веществото се използват за това. Твърда връзка може да се осъществи с помощта на твърдо монолитно вещество, например прът, греда, ферма. Гъвкавите връзки могат да бъдат организирани с помощта на еластични и еластични материали, като кабел, колан, верига, силфон, пружина или материали, които са във вискозно състояние, които са междинни между твърди вещества и течности, като термопласт. Може да се използва и газ, например пневматичен задвижващ механизъм, газостатични и газодинамични лагери.

Кинематичен

хидравлични

Пневматичен

Естеството на движението

1. Около оста

2. По линията

3. В самолет 

4. В космоса

Въже, колан, верига

Греда, прът

истински

поле

Твърди

Еластично вещество

Твърд

КОНТАКТИ

Гравитационен

Електрически

Магнитни

електромагнитни

Ориз. 21. Схема за динамизиране на връзката

Ако веществата са разделени и осигуряват подвижна връзка, тогава се образуват кинематични връзки. Развитието им много често върви в посока на използване на по-сложни движения.

Полевата комуникация обикновено осигурява по-добър контрол върху компонентите на технически обект и често осигурява допълнително удобство.

Наистина може да се види, че много механизми в тяхното развитие са преминали през етапите, показани на фиг. 21, или поне част от тези стъпки.

Тук обаче трябва да се отбележи една особеност. От една страна, като правило, за хидравлична връзка се използват специални течности (естествено вещество - водата често не отговаря на желаните свойства), а въздухът може да се използва за пневматична връзка (обикновено не се използват специални газове). Следователно пневматичната връзка е по-близо до идеалното техническо решение.

От друга страна, хидравличната връзка пренася налягане почти моментално, течността е несвиваема, така че няма загуба на енергия при пренос. При пневматичните връзки част от енергията се изразходва за компресиране на газа. Следователно, според принципа на енергийната проводимост, хидравличната връзка е по-добра. Освен това има и по-кратко преходно време, което означава, че е и по-добро по отношение на контролируемостта на процеса.

Показано на фиг. 21 Фиг. Схемата за развитие на TO връзки предоставя друг метод за търсене на технически решения. По-специално, ако проста кинематична връзка, например под формата на шарнир с една степен на свобода, не решава проблема, тогава можете да опитате да увеличите броя на степените на свобода, да промените естеството на движението, а именно: преминете към по-сложно движение на взаимодействащите компоненти. Така работят манипулаторите на съвременните роботи.

Принципът на динамизация се използва за подобряване на ТО в рамките на определен ФОП, така че можем да кажем, че това е един от методите за решаване на проблеми в процеса на конструктивна еволюция на ТО.

Например, универсален шарнир в комплект гаечни ключове значително опростява работата на труднодостъпни места.

Двувагонните трамваи, двусекционните автобуси и тролейбусите могат значително да увеличат капацитета на превозното средство. В този случай радиусът на завиване леко се увеличава. Създаването на двуетажни автобуси, увеличаването на дължината на автомобила, дава чисто мащабен ефект. Трябва да се отбележи, че и двете посоки съответстват на конструктивен подход за подобряване на ТО.

Трябва също така да се отбележи, че преходът към друг FPD, като правило, е придружен от повишаване на степента на динамичност на техническата система.

Динамизирането на технически обект често води до увеличаване на броя на изпълняваните функции, например сгъваем нож, регулируем гаечен ключ,

Динамизиране на полетасе осъществява чрез прехода от полета с постоянни във времето (непроменящи се) характеристики към полета с променливи във времето стойности на характеристиката на полето.

Полето може да се променя във времето и пространството. Динамизирането във времето може да бъде представено чрез последователността:

постоянно → нарастващо (намаляващо) → циклично променящо се поле.

Цикличните процеси могат да бъдат импулсни и синусоидални и могат да се контролират от амплитудата, честотата и фазовото изместване на сигнала.

Динамизацията в пространството се изразява в това, че полето от константа се превръща в градиент. Градиентът е мярка за увеличаване или намаляване на пространството на всеки параметър на полето при движение на единица дължина.

Променливо поле, като правило, е по-лесно да се трансформира, например трансформатор. Той има повече параметри, които могат да се използват за генериране на управляващ сигнал. Импулсното управление обикновено е по-енергийно ефективно от управлението на постоянния сигнал.

Градиентното поле ви позволява да решавате проблеми чрез концентриране на силата на полето в работната зона. Например голямо налягане, развито от игла върху малка част от върха; магнитната оптика се използва за дистанционно управление на потоци от заредени частици.

Динамизацията не трябва да се разглежда само като богатство на механично движение. Това са по-широки възможности за оперативно въздействие върху параметрите, характеризиращи компонентите на една техническа система. Това е способността на компонентите да се адаптират към променящите се работни условия, като например автонастройка на радиоприемник към честотата на приемания сигнал.

3.4.4 Преход от макро ниво към микро ниво

Опознаването на Природата от човека започва с най-простите форми на движение на материята – механичните.

Механичните методи за взаимодействие на макросубстанциите с участието на свойствата на различни геометрични форми на веществото са в основата на работата на първите технически устройства. Това не е случайно, тъй като макросубстанцията с нейните външни форми и геометрични параметри се дава директно на човек в усещанията.

С развитието на науката и технологиите има по-дълбоко проникване в структурата на веществата, познаването на техните дълбоки свойства и по-фините им взаимодействия на молекулярно и атомно ниво.

Човек овладява технология, основана на използването на физическа химия, ядрена физика, квантова механика. Механичните методи на взаимодействие на веществата, които са в основата на физическия принцип на работа на устройството, се заменят с взаимодействието на частици материя, молекули, атоми.

В процеса на конструктивна еволюция подобряването на качеството на изпълняваната функция често води до усложняване на ТС. Преходът към друг физически принцип на действие е, че физическата операция се основава на използването на свойствата на веществата, свързани с тяхната вътрешна структура с активното участие на физически полета. Тези взаимодействия формират свойствата, които се използват за извършване на необходимата физическа операция.

Ако в началния етап на развитие физическата операция се извършва на макро ниво - чрез взаимодействието на различни вещества въз основа на използването на законите на механиката, то в резултат на развитието на науката и технологиите тя се прилага на микро ниво, т.е. върху използването на свойствата на малки частици от вещества, определени от законите на структурната материя.

В резултат на този преход функцията на техническа система, състояща се от няколко компонента, се изпълнява от едно вещество със специални свойства.

Преходът от макро ниво към микро ниво е модел, който описва процеса на преход към друг FOP в посока на подобряване на системата.

От горните примери става ясно, че следващата стъпка в развитието на технологиите може да се извърши в различни посоки в съответствие с описаните модели: по пътя на конструктивната еволюция; в съответствие с закономерността на поетапното развитие на технологиите; по пътя на динамизирането; преход към микро ниво.

стартиране двигател в безтегловност

Допълнителни тласкачи за създаване

леко ускорение

Изместваща диафрагма

Устройство за капилярно всмукване

FPD2
Източници

електричество

Електростатичен

генератор

Волтов стълб

Слънчеви панели

Пиезоелектричен

конвертор

горивни клетки

Химическа батерия

Електродинамичен

генератор

Ориз. 22. Примери за развитие на ТО чрез преход към микро ниво

Печатаща и копирна техника

Твърди печатни форми

Матрични принтери

механична пишеща машина

Електрическа пишеща машина

Мастиленоструйни принтери

Лазерни принтери

Фотокопирни машини

Използването на електростатични полета ("Era", "Vega", "Xerox")

Динамизация

Добавяне на PE

Преминаване към друг FPD

Ориз. 23 Промяна на физическия принцип на действие на умножителната техника

Илюстративен пример е развитието на триещи се двойки.

1. Плъзгащ лагер.

2. Търкалящ лагер (съчмен, ролков).

3. Хидростатични лагери - валът не влиза в контакт с клетката, а плува в масло, което под налягане запълва празнината. Получава се безконтактна хидростатична опора.

5. Газостатични опори. Газът се впръсква под налягане през порести втулки, които са неговите опори.

6. Газодинамична опора. При високоскоростните валове налягането на газа се създава под действието на центробежни сили.

7. Магнитни опори - взаимодействие на полето.

Едисонов фонограф

Магнетофон - магнитна лента

Грамофон - грамофонни плочи

Електрически грамофон - плочи

Записване на звук на филм

звукозапис

Лазерен звукозапис

градивна еволюция

Нов FPD

Структурна еволюция, поетапно развитие - добавяне на PE

Промяна на FPD

Ориз. 24. Промяна на физическия принцип на звукозаписа

Преминаването към друг FPD води до рязка качествена промяна в технологията. Например, за идентифициране на продукти, първо бяха използвани печатни етикети, след това баркодове, магнитни етикети, радио етикети. В бъдеще цялата информация за продукта ще бъде вградена в микрочип. Съответно се променя и оборудването за четене на информация (фотоклетки, магнитни скенери, трансивъри).

Последователните промени в първоначалната техническа система могат да започнат с отделянето на вещество, с комбинирането му с друго вещество, с промяна на формата, след това получаване на вещества с дадена структура и други трансформации (фиг. 25).

Преходът към друг физически принцип на действие - използването на междумолекулни, междуатомни взаимодействия, квантови ефекти, наномащабни структури, води до използването на скрити, дълбоки свойства на веществата за осъществяване на физическа операция.

Например, светодиодите заменят лампите с нажежаема жичка, използвани като индикатори и за осветление на инструменти; Катодната тръба, в която електронният лъч кара екрана да свети, се заменя с течнокристални екрани, в които течният кристал върти ъгъла на поляризация на светлината в зависимост от приложеното към него напрежение.

В техническите системи все повече се използват материали със специални свойства, например с ефект на паметта на формата, който променя цвета си в зависимост от температурата, фотохромни материали, очила хамелеон и др.

Агрегати от молекули

разпръснато

Слоест, влакнест, матричен

непрекъснато

(хомогенен)

Молекули, атоми, йони

Елементарни частици

Перфориран

Капилярен порест материал (CPM)

KPM йонно активен

CPM със зададена структура

Ориз. 25. Схема на прехода на материята на микрониво

По този начин се формира нов FPD не поради увеличаване на броя на компонентите на техническата система като цяло, а поради промяна в компонентите и структурата на самото вещество, както и организацията на тяхното материално поле взаимодействие.

Тази позиция е добре илюстрирана от постиженията на нанотехнологиите, които се основават на осъществяването на локални атомно-молекулни взаимодействия. Обектите на такива взаимодействия са с размери от 1 до 100 nm. Много от функциите на полупроводниковите устройства вече могат да се изпълняват чрез използването на въглеродни нанотръби.

Нанотръбите са третата алотропна форма на въглерода (след графита и диаманта). Те са цилиндри, навити от една или повече графитни плоскости с дебелина няколко атома. В зависимост от техния размер и форма те могат да имат проводими или полупроводникови свойства. Нанодиодите и нанотранзисторите, изградени с тях, са стотици пъти по-малки от съществуващите транзистори и диоди. На базата на нанотръби се предлага да се произвеждат устройства за памет (нанопамет), наноинвертори, наномотори. Разработват се нови материали с наноструктура или с нанорелиф, които имат уникални свойства: самопочистване, устойчивост на износване, устойчивост на цвета и др.

3.4.5 Модел на свиване-разгръщане на техническа система

Тази закономерност отразява тенденциите в развитието на техническите системи по отношение на тяхното преструктуриране.

Един от начините за повишаване на степента на идеалност на техническите системи е подобряване на производителността на SPF, увеличаване на броя на изпълняваните функции със същите или по-малко коефициенти на изплащане. Това се постига чрез създаване на универсална ТО, която в процеса на конструктивна еволюция води до усложняване на техническата система.

Ориз. 26. Универсален ключ

В технически обект основната полезна функция (GPF)извършва се директно от работния орган. Следователно процесът внедряване на техническа системазапочва от момента на раждането на ТС, т.е. създаването функционален център - работен орган, към които се добавят компоненти, които подобряват работата на GPF. В същото време структурата на TS става по-сложна (фиг. 27).

((RO  Tr)   PE)   OS

Разгръщане

Съсирване

Ориз. 27. Модел на разпадане-разгръщане на техническа система

Разгръщането на превозното средство продължава първо в рамките на съществуващата концепция за дизайн, а след това, когато тя се промени.

Това води до увеличаване на броя на компонентите и съответно до усложняване на поддръжката. Тогава новите постижения в науката и технологиите правят възможно изоставянето на редица възли в полза на един, който изпълнява няколко функции. Започва процесът на ограничаване на TS, който е придружен от подобряване на производителността на GPF.

По този начин, разгръщане TO е процес на добавяне на нови функционални компоненти. GPF остава, но се представя по-добре. Основното изискване е в процеса на разгръщане да има повишаване на потребителските свойства на техническия обект. В този случай усложняването на ТО възниква поради увеличаване на броя на компонентите и връзките между тях.

Трябва да се отбележи, че при развитието на реални технически системи се появяват няколко закономерности наведнъж, например фиг. 28.

писалка за писане

Гъши перо

стоманена писалка

Химикалка

маркер

Модифициран естествен материал

Структурна еволюция -

материална промяна

Образуване на бисистема

RO + резервоар за мастило

Химикал с капачка

Прибираща се химикалка

Динамизация

Бисистема

Ориз. 28. Развитие на писалката

Процес коагулацияхарактеризиращ се с това, че броят на компонентите в техническата система намалява. Функциите на премахнатите компоненти се прехвърлят на други компоненти или на суперсистемата.

Тъй като GPF изпълнява RO, могат да бъдат премахнати само компоненти, които изпълняват основни или спомагателни функции. Следователно сгъването на TO става в обратния ред на разгръщането. В границите техническата система може да се сведе до работното тяло.

Този процес е напълно в съответствие със закона за увеличаване на степента на идеалност: техническата система намалява своята BEM (маса-размери-енергия), като същевременно подобрява работата на GPF.

Процесът на съкращаване може да се извърши както по време на конструктивната еволюция на TO, така и в процеса на "преход към микрониво", т.е. при промяна на принципа на работа на някои компоненти на TO, което се наблюдава много по-често.

От една страна, в съответствие с модела на етапно развитие, към RO се добавят компоненти, техническият обект става по-сложен, той разгърнатидо цялостна техническа система. Това е характерно за етапа на конструктивната еволюция.

От друга страна, в съответствие със закона за нарастваща идеалност, техническите системи са склонни да намаляват броя на компонентите - съкращаване на TS.

Преходът от макро ниво към микро ниво често се придружава от комбинация от функции в един компонент (например полупроводникови сензори и мостова схема за обработка на сигнали са направени в микросхема). Броят на компонентите на TS става по-малък, но всеки от тях става многофункционален, т.е. има опростяване на структурата на техническата система, нейната съсирване.

Процесите на сгъване и разширяване винаги са придружени от появата на точки бифуркации(от лат. bifurcus раздвоен), т.е. разделяне, разклоняване. Една част от техническите обекти се развиват по пътя на конструктивната еволюция, другата се развива по линията на динамизация, а третата се дължи на прехода към микрониво. Тези процеси са придружени от рязка промяна в свойствата на техническия обект.

G. S. Alshuller отбеляза, че една от посоките за разгръщане на TS е да се комбинира с друга техническа система - образуването на бисистема, чиято ефективност е по-висока от тази на две слабо свързани системи. Той нарече този процес „преход към суперсистемата“. Тогава е възможно образуването на полисистеми.

Той също така отбеляза, че ефективността на TS може да бъде увеличена чрез развитието на междуелементни връзки, както и чрез „увеличаване на разликата между елементите“, т.е. чрез комбиниране на системи с противоположни свойства (фиг. 29, фиг.). Наистина, линията на развитие: "моно - би - поли - нова навита система" може да бъде проследена в много TO.

Например, увеличаването на скорострелността на оръжие вървеше по линията: едноцевно оръжие (пистолет), - двуцевно, - многозарядна пушка (револвер), - карабина, - машина пистолет, автоматична машина.

Синтезът на би- и полисистемите може да се получи чрез комбиниране на: хомогенни ТС; системи с изместени характеристики; системи с противоположни свойства.

Частично сгъната бисистема

2А 1

Нова бисистема

Частично сгъната бисистема

2B 1
Монотема

Напълно сгъната бисистема (нова моносистема)

Бисистема

Ориз. 29 Схема на развитие на техническата система

3.4.6 Модел на взаимосвързано и неравномерно развитие

Същността на този модел е, че прогресът на един клон на технологията (или определен клас TO) допринася за развитието на други индустрии (или класове TO), той е стимул за въвеждането на научни и технически постижения в други индустрии.

Неведнъж сме се обръщали към законите на развитие на определени системи. Техническите системи не са изключение и в тяхното развитие също могат да се видят определени стабилни, повтарящи се връзки, които могат да се считат за естествени. Развитието на техническите системи обикновено се разглежда от различни гледни точки. Ние избираме подход, основан на отчитане на законите на диалектиката и обобщаване на емпирични данни за развитието на технологиите.

Ние формулираме редица изисквания към законите на развитие на техническите системи, които ни позволяват да идентифицираме сред безбройното разнообразие от различни връзки - наистина значими, устойчиви, повтарящи се.

1. Законите за развитие на техническите системи трябва да изразяват действителното развитие на технологиите и следователно трябва да бъдат идентифицирани и потвърдени въз основа на доста представително количество патентна и техническа информация, задълбочено проучване на историята на развитието на различни технически системи.

2. Законът за развитие е връзка, която е от съществено значение за развитието и следователно трябва да бъде идентифицирана и потвърдена въз основа на изобретения на достатъчно високо ниво (не по-ниско от третото), тъй като изобретението на по-ниски нива практически не променя (или променя малко) оригиналната система и не може да служи като инструмент за разработка.

3. Законът за развитие на техническите системи образуват система, за която суперсистемата е законите на диалектиката, така че те не трябва да противоречат на последните. „Вътрешните“ противоречия между законите (закономерностите), идентифицирани в съответствие с предишните изисквания, трябва да показват наличието на някои други, все още неясни модели, които „регулират“ връзката на идентифицираните закони.

4. Законите за развитие на техническите системи трябва да бъдат инструментални, т.е. те трябва да помогнат за намирането на нови специфични инструменти за решаване на проблеми, прогнозиране на развитието и т.н. и гарантира, че от тях се извличат конкретни заключения и препоръки.

5. Всеки идентифициран закон трябва да позволява възможността за неговата проверка на практика въз основа на материалите на патентния фонд и при решаването на практически проблеми и проблеми.

6. Разкритите закони и модели трябва да имат "отворена" форма, тоест да позволяват по-нататъшно подобрение с развитието на технологията и натрупването на нови патентни материали.

Първата система от закони за развитието на технически системи, която отговаря на горните изисквания, е разработена от G.S. Алтшулер в началото на седемдесетте години. В момента продължава работата по идентифициране, изучаване и усъвършенстване на законите за развитие на техническите системи и разработване на тяхното приложение. Днес е ясно, че познаването на законите на развитие на техническите системи позволява не само да се решават съществуващи проблеми, но и да се предвиди появата на нови проблеми, да се предвиди развитието на технологиите много по-точно от традиционните методи за прогнозиране.

Етапи на развитие на техническите системи.

През 19 век са установени някои общи модели на развитие на различни биологични системи: растеж на бактериални колонии, популации на насекоми, тегло на развиващия се плод и др. в зависимост от времето. През двадесетте години на 20-ти век беше показано, че различни технически системи преминават през сходни етапи в своето развитие. Криви, нанесени в координатните оси, където вертикално са нанесени числените стойности на една от основните експлоатационни характеристики на системата (например скорост за самолет, мощност за електрически генератор и т.н.), а хоризонтално - " възраст" на техническата система или разходите за нейното развитие, получи името S-образна (според външния вид на кривата)

Трябва обаче да се има предвид, че такава крива е известна идеализация.

S-образните криви са по-скоро илюстрация на качественото развитие на техническите системи.

Етап 1- "раждане" и "детство" на техническата система.

Нова техническа система се появява на определено ниво на развитие на науката и технологиите, когато са изпълнени две основни условия: има нужда от системата и има възможности за нейното прилагане. Тези условия по правило не се изпълняват едновременно и обикновено едното стимулира появата на другото: призната от обществото потребност насочва усилията на учените и инженерите да я реализират или вече създадена система отваря нови възможности за изпълнение.

Обстоятелствата на раждането на нова техническа система се определят от нейното ниво новост.

Най-голямата новост е пионерската система, която няма аналози, достигнала необходимото ниво за създаването си.

Етап 2- период на интензивно развитие на техническата система. Основното съдържание на този етап е бързото, лавинообразно, верижно-реакционно развитие на системата.

Характерна особеност на този етап на развитие е активното разширяване на новата система - тя "изтласква" други, остарели системи от екологичните ниши, поражда много модификации и разновидности, адаптирани към различни условия.

Основната движеща сила на развитието на втория етап е социалната потребност, която се проявява под формата на определен вид претенции към системата.

3 - 4 етапа- "старостта" и "смъртта" на техническата система.

Основното съдържание на етапа е стабилизирането на параметрите на системата. В началото на етапа все още се наблюдава леко увеличение в тях, но по-късно то изчезва, въпреки че инвестициите на сили и средства нарастват. Сложността и наукоемкостта на системата рязко нараства, дори малките увеличения на параметрите изискват като правило много сериозни изследвания. В същото време ефективността на системата остава висока, защото дори малко подобрение, умножено по масово производство, се оказва ефективно.

Опитите за подобряване на системата, независимо от разходите, водят до спад в нейната ефективност поради непропорционално увеличение на разходите и постигнатата сложност. В крайна сметка старата, остаряла система "умира", се заменя с фундаментално нова, по-прогресивна, която има нови възможности за по-нататъшно развитие.

Като цяло за техническите системи са идентифицирани 7 закономерности на тяхното развитие.

Характеристики на развитието на сложни системи.

Всяка от подсистемите, включени в системата, разглеждана поотделно, в своето развитие преминава през трите етапа, илюстрирани с S - образната крива.

Като цяло, за сложна система, S-образната крива е интегрална, състояща се от пакет от отделни криви за всяка от подсистемите. Развитието на една система обикновено е ограничено от нейната "най-слаба" подсистема, чиито ресурси се изчерпват първи (например скоростта на една ескадра е равна на скоростта на най-бавния й кораб). Подсистема, която е изчерпала ресурсите си, се превръща в спирачка за цялата система и по-нататъшното развитие е възможно само след замяна на "разпадналата" подсистема.

Пример:

Имаше няколко такива "завои" в развитието на самолета. Първият - през двадесетте години, когато аеродинамичната концепция на самолета - монтиран на багажник или подпора биплан с фиксиран колесник, отворен кокпит, изчерпа възможностите си за развитие. Нова концепция (моноплан с прибиращ се колесник, със затворена пилотска кабина и витло с контролируема стъпка) позволи рязко увеличаване на скоростта на полета, но през четиридесетте години достигна нова граница - неефективността на витлото при скорост от 700 километра на час. Това ограничение беше свързано с несъвършенството на дизайна на крилото и беше преодоляно в края на четиридесетте години чрез прехода към стреловидното крило.

2. Изместване на човек от техническата среда.

В процеса на развитие на техническа система човек постепенно се изтласква от нея, тоест технологията постепенно поема функциите, изпълнявани преди това от човек, като по този начин се приближава до цялостна (без човешко участие) система.

Функцията за ориентиране на части при щамповане, която лесно се изпълнява от необучен работник, е трудна за робот. От друга страна, машината може да използва предимствата на "машината" - висока скорост и точност на движение, да развива големи усилия, да работи в среда, недостъпна за хората. Следователно изместването на човек от техническата система много често се свързва с прехода към нови принципи на действие, нови технологии.

Концепцията за техническите системи, законите на структурата и развитието на техническите системи

Както е отбелязано в параграф 1.2, понятията „технология“ и „технология“ не са идентични: технологията е само едно от средствата за внедряване на технология. Следвайки същата логика, е необходимо да се прави разлика между технологични и технически системи и следователно да се познават разликите в моделите на тяхното формиране и развитие.

Техническа системавключва пространствена колекция от взаимосвързани елементи, които образуват нещо цяло, предназначено да изпълнява едно или повече

функции и са необходими директно на човек или други технически устройства.

Очевидно техническата система е материална система. Тя може да бъде изучавана, усъвършенствана, целенасочено модифициране на нейните съставни елементи. Най-важните компоненти на всяка техническа система са: работен орган (задвижващ механизъм), източник на енергия (задвижване), трансмисия (трансмисионен механизъм) и орган за управление.

Очевидно е също така, че техническите системи, изпълняващи една и съща функция, могат въпреки това да се различават една от друга по принципа на тяхното действие и следователно по своите съставни елементи.

Идеята за необходимостта от техническа система се реализира чрез принципа на действие, който осигурява възможността за нейното функциониране с помощта на подходящ работен орган - основният елемент на всяка система, под който се подбират всички останали елементи. От своя страна съответният принцип на действие се избира от известните закони на природата.

По този начин целенасоченото създаване на нова техническа система преминава през следните етапи: потребност на човек (общество) - възникване на идея - търсене на съответните знания - определяне на принципа на работа на системата - избор на работно тяло - избор на други елементи на системата.

Системата ще работи, ако и четирите органа са минимално ефективни. Подобряването на ефективността (функционалността) на системата се дължи на подобряването на всички нейни органи. Това усъвършенстване става неравномерно - ту един, ту друг елемент в своето развитие изпреварва и принуждава и останалите да се подобряват. Но идва период, когато всичко възможно се изцежда от резервите на всички елементи и няма какво и няма къде да се подобрява повече - системата е изчерпала възможностите си. Тя или умира (например перото като средство за писане, факел), или спира в развитието си (молив, лампа с нажежаема жичка), или нейното работно тяло влиза в нова система (оловото на обикновен молив - в цангов молив).

Така историята на развитието на една техническа система може да бъде представена като диаграма, състояща се от дълга верига от последователни системи с различни принципи на работа, подсистеми, суперсистеми, връзки между тях. Такава схема се нарича „системен оператор“, тъй като ви позволява да навигирате в цялата генетика на системата или „схема на многоекранно мислене“.

Колкото повече "екрани" може да види човешкият ум, колкото повече връзки да установи и вземе предвид, толкова по-лесно е да приеме обективността на законите за развитие на техническите системи.

Понастоящем са формулирани следните закони на структурата и развитието на технологиите:

Строителни закони:

1. Законът за съответствие между функция и структура.

Същността на този закон е, че в правилно проектирана техническа система всеки елемент - от сложни възли до прости части, има точно определена функция (предназначение), за да осигури работата на тази система. Така правилно проектираните технически системи нямат ненужни детайли.

Използването на закона е най-ефективно при търсене на по-рационални и ефективни конструктивни и технологични решения за нови технически системи.

2. Законът за корелация на параметрите на хомогенна серия от технологии
ични системи.

Хомогенна серия включва такива технически системи, които имат една и съща функция, структура, условия на работа (в смисъл на взаимодействие с предмети на труда и околната среда) и се различават само по стойностите на основния параметър (например размер).

3. Закон за симетрия на техническите системи.
Техническа система, която е изложена на околната среда в

под формата на потоци от материя, енергия или информация, трябва да има определен вид симетрия.

4. Закон за хомоложните редове.

Законът за хомоложните серии (от гр. хомолози- съответстващ, подобен) в наследствената променливост е формулиран от N.I. Вавилов, който установи паралелизъм в променливостта на сродни групи растения. По-късно се установява, че в основата на това явление е хомологията на гените (тяхната идентична молекулярна структура и сходство в реда на подреждане в хромозомите) в сродни видове.

При генетичния анализ на изкуствените обекти те могат да бъдат сравнени с обекти на дивата природа, всеки от които също е достигнал много високо ниво на развитие и е съвършен по свой начин. Основната разлика между тях е, че еволюцията на живите същества - от най-простата амеба до най-сложните белтъчни организми - е протекла в естествени условия на тяхното взаимодействие с околната среда като борба за оцеляване. И всеки етап от това подобрение е и разрешаване на противоречие, но възникнало например във връзка с

Zee с рязка промяна на температурата или изчезване на вид, който е служил като традиционна храна на друг и т.н.

По този начин законът за хомоложните серии позволява сравнително точно да се предвиди появата на нови технически решения.

Закони за развитие:

1. Законът за прогресивното развитие на технологиите.

Действието на закона за прогресивната еволюция в света на технологиите е подобно на действието на закона на Дарвин за естествения подбор в дивата природа. Същността му се състои в това, че в технически обект със същата функция всеки преход от поколение към поколение се причинява от елиминирането на основния дефект (дефекти), който е възникнал, свързан с подобряването на всеки критерий (индикатор) на развитие при наличие на определени технически и икономически условия. Ако разгледаме всички преходи от поколение на поколение, т.е. цялата история на конструктивната еволюция на определен клас технологии, тогава могат да се наблюдават моделите на изчерпване на възможностите за проектиране и технологични решения на три нива.

На първо ниво се подобряват отделни параметри на използваното техническо решение. Когато промяната на параметрите вече няма значителен ефект, промените се правят на второ ниво - чрез преминаване към по-ефективно техническо решение, но без промяна на физическия принцип на работа. Циклите на първо и второ ниво се изпълняват, докато в рамките на използвания принцип на действие се изчерпят възможните нови технически решения, които осигуряват подобряване на интересуващите ни показатели. След това настъпва революционна промяна на третото ниво - преход към нов, по-прогресивен принцип на действие и т.н.

Според закона на прогресивната еволюция изчерпването на функционалността и ефективността на даден дизайн не е просто формалност: докато не се достигнат оптималните параметри, не може да има преход към ново техническо решение или към нов принцип на работа.

Моделът на изчерпване работи само при определени условия: ако при наличие на необходимия научен и технически потенциал преходът към ново техническо решение или физически принцип на работа осигурява допълнителна ефективност, която надвишава разходите, тогава преминаване към ново техническо решение или физически принцип на действие може да възникне, без да се изчерпват възможностите на предишните.

2. Законът за поетапното развитие на техническите системи.Всяка техническа система в своето развитие преминава през четири основни етапа:

1) техническата система изпълнява само функцията за обработка на предмета на труда (технологична функция);

2) заедно с технологичната система, техническата система изпълнява функцията за осигуряване на процеса с енергия (енергийна функция);

3) техническата система, в допълнение към технологичните и енергийните системи, изпълнява функцията за управление на процеса;

4) техническата система, в допълнение към всички предишни функции, изпълнява и функцията на планиране, изключвайки човек от технологичния процес.

Преходът към следващия етап настъпва, когато естествените възможности на човек за подобряване на изпълнението на основна функция - задоволяване на нуждите на обществото - са изчерпани. Пример за поетапно развитие на технически системи е даден в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Етапи на развитие на техническите системи

Основната функция на техническата система	Технологична функция (TF)	TF + енергийна функция (EF)	TF + EF + + контролна функция (FU)	TF + EF + + FU + функция за планиране
Смилане на зърното	Ръчно задвижвани каменни воденични камъни	Каменни воденични камъни, задвижвани от водно колело или парна машина	Мелница с автоматична система за управление (ACS)	Фреза с ACS, получаване на задание от автоматизирана система за планиране на работата
Движение по водната повърхност	Кораб с гребла (мускулно задвижване)	Кораб с платно (движи се от вятърна енергия)	Параход (движи се с парна мощност с възможност за контрол)	Модерен кораб с компютъризирана навигационна система

3. Законът за разширяване на набора от потребности-функции.При наличие на необходимия потенциал и социално-икономическа осъществимост, възникнала нова потребност се задоволява с помощта на новосъздадени технически системи; в този случай възниква нова функция, която съществува, докато нейното изпълнение ще подобри живота на всеки.

4. Законът за увеличаване на разнообразието от технически системи.

Разнообразието от технически системи в света, страната или индустрията, както и отделен клас технически системи, които имат една и съща функция, поради необходимостта от най-пълно задоволяване на човешките потребности, осигуряване на високи нива на производителност на труда и подобряване на други критерии за прогресивното развитие на технологиите, монотонно и бързо нараства във времето. Брой нови технически системи за определен период от време t(N(t))нараства експоненциално

5. Законът за нарастваща сложност на техническите обекти.

Сложността на техническите обекти с една и съща функция, поради факторите на поетапното развитие на технологиите и прогресивната конструктивна еволюция на техническите системи, нараства монотонно и бързо от поколение на поколение.

Обобщавайки горното, формулираме постулат теория за решаване на изобретателски проблеми:техническите системи се развиват според обективно съществуващите закони: тези закони са познаваеми, те могат да бъдат идентифицирани и използвани за съзнателното развитие на техническите системи, което се случва в посока, обща за всички системи: повишаване на нивото на тяхната идеалност.