Filosofia tehnologiei. Modele de dezvoltare a sistemelor tehnice

El a descoperit legile dezvoltării sistemelor tehnice, a căror cunoaștere îi ajută pe ingineri să prezică modalitățile de posibile îmbunătățiri ulterioare ale produselor:

1. Legea creșterii gradului de idealitate a sistemului.
2. Legea dezvoltării în formă de S a sistemelor tehnice.
3. Legea dinamizării.
4. Legea completității părților sistemului.
5. Legea trecerii prin intermediul energiei.
6. Legea dezvoltării avansate a corpului de muncă.
7. Legea tranziției „mono-bi-poli”.
8. Legea trecerii de la nivel macro la nivel micro.

Cea mai importantă lege consideră idealitate- unul dintre conceptele de bază în TRIZ.

Descrierea legilor

Legea creșterii gradului de idealitate a unui sistem

Sistemul tehnic în abordările sale de dezvoltare . După ce a ajuns la ideal, sistemul ar trebui să dispară, iar funcția sa ar trebui să fie îndeplinită în continuare.

Principalele moduri de abordare a idealului:

• creșterea numărului de funcții îndeplinite,
• „prăbușire” în corpul de lucru,
• trecerea la supersistem.

Când se apropie de ideal, sistemul tehnic se luptă mai întâi cu forțele naturii, apoi se adaptează la acestea și, în cele din urmă, le folosește în scopuri proprii.

Legea idealității crescânde se aplică cel mai eficient elementului care este situat direct în zona de conflict sau generează el însuși fenomene nedorite. În acest caz, o creștere a gradului de idealitate, de regulă, se realizează prin utilizarea resurselor neutilizate anterior (substanțe, câmpuri) disponibile în zona problemei. Cu cât resursele sunt luate mai departe de zona de conflict, cu atât mai puțin se va putea îndrepta spre ideal.

Legea dezvoltării în formă de S a sistemelor tehnice

Evoluția multor sisteme poate fi reprezentată printr-o curbă logistică care arată modul în care ritmul dezvoltării sale se modifică în timp. Există trei etape caracteristice:

1. "copilărie". De obicei, durează mult timp. În acest moment, sistemul este în curs de proiectare, se finalizează, se realizează un prototip și se fac pregătiri pentru producția în serie.
2. "a inflori". Se îmbunătățește rapid, devenind mai puternic și mai productiv. Mașina este produsă în serie, calitatea sa se îmbunătățește și cererea pentru aceasta este în creștere.
3. "in varsta". La un moment dat, devine din ce în ce mai dificil să îmbunătățiți sistemul. Chiar și creșterile mari ale creditelor sunt de puțin ajutor. În ciuda eforturilor designerilor, dezvoltarea sistemului nu ține pasul cu nevoile din ce în ce mai mari ale omului. Alunecă, călcă pe apă, își schimbă forma exterioară, dar rămâne aceeași, cu toate neajunsurile ei. Toate resursele sunt în cele din urmă selectate. Dacă în acest moment încercăm să creștem artificial indicatorii cantitativi ai sistemului sau să dezvoltăm dimensiunile acestuia, părăsind principiul anterior, atunci sistemul însuși intră în conflict cu mediul și cu omul. Începe să facă mai mult rău decât bine.

Ca exemplu, luați în considerare. La început, a existat o etapă experimentală destul de lungă cu exemplare imperfecte unice, a cărei introducere, în plus, a fost însoțită de rezistența societății. A urmat apoi dezvoltarea rapidă a termodinamicii, îmbunătățirea motoarelor cu abur, a căilor ferate, a serviciului - iar locomotiva cu abur primește recunoaștere publică și investiții în dezvoltarea ulterioară. Apoi, în ciuda finanțării active, a existat o ieșire către limitările naturale: limitarea termică, conflictul cu mediul, incapacitatea de a crește puterea fără creșterea masei - și, ca urmare, a început stagnarea tehnologică în regiune. Și, în cele din urmă, locomotivele cu abur au fost înlocuite cu altele mai economice și mai puternice și. și-a atins idealul – și a dispărut. Funcțiile sale au fost preluate și – tot la început imperfecte, apoi se dezvoltă rapid și, în cele din urmă, s-au odihnit în dezvoltare pe limitele lor naturale. Apoi va apărea un alt sistem nou - și așa mai departe la nesfârșit.

Legea dinamizării

Fiabilitatea, stabilitatea și persistența unui sistem într-un mediu dinamic depind de capacitatea acestuia de a se schimba. Dezvoltarea și, prin urmare, viabilitatea sistemului, este determinată de indicatorul principal: gradul de dinamizare, adică capacitatea de a fi mobil, flexibil, adaptabil la mediul exterior, schimbându-i nu numai forma geometrică, ci și forma mișcării părților sale, în primul rând a corpului de lucru. Cu cât este mai mare gradul de dinamizare, cu atât este mai largă gama de condiții în care sistemul își păstrează funcția, în general. De exemplu, pentru a face ca o aripă de avion să funcționeze eficient în moduri de zbor semnificativ diferite (decolare, croazieră, zbor la viteză maximă, aterizare), aceasta este dinamizată prin adăugarea unui sistem de schimbare și așa mai departe.

Cu toate acestea, pentru subsisteme, legea dinamizării poate fi încălcată - uneori este mai profitabilă reducerea artificială a gradului de dinamizare a unui subsistem, simplificându-l astfel și compensarea mai puțină stabilitate/adaptabilitate prin crearea unui mediu artificial stabil în jurul acestuia, protejat. din factori externi. Dar în cele din urmă, sistemul total (suprasistem) primește în continuare un grad mai mare de dinamizare. De exemplu, în loc să adaptăm transmisia la contaminare prin dinamizarea acesteia (autocurățare, autolubrifiere, reechilibrare), este posibil să o plasezi într-o carcasă etanșă, în interiorul căreia se creează un mediu cel mai favorabil pieselor în mișcare ( rulmenți de precizie, ceață de ulei, încălzire etc.)

Alte exemple:

• Rezistența la mișcare scade de 10-20 de ori dacă plugul său vibrează la o anumită frecvență, în funcție de proprietățile solului.
• Cupa excavatorului, transformându-se într-o roată rotativă, a dat naștere unui nou sistem minier foarte eficient.
• Mașina dintr-un disc dur din lemn cu o jantă metalică a devenit mobilă, moale și elastică.

Legea completității părților sistemului

Orice sistem tehnic care îndeplinește independent orice funcție are patru părți principale- motor, transmisie, corp de lucru și mijloace de comandă. Dacă oricare dintre aceste părți este absentă în sistem, atunci funcția sa este îndeplinită de o persoană sau de mediu.

Motor- un element al unui sistem tehnic, care este un convertor de energie necesar pentru a îndeplini funcția cerută. Sursa de energie poate fi fie în sistem (de exemplu, benzină în rezervorul pentru motorul cu ardere internă al unei mașini), fie în supersistem (electricitate din rețeaua externă pentru motorul electric al mașinii).

Transmitere- un element care transmite energie de la motor la corpul de lucru cu transformarea caracteristicilor (parametrilor) calitative ale acestuia.

Corp de lucru- un element care transferă energie obiectului prelucrat și completează funcția cerută.

instrument de control- un element care reglează fluxul de energie către părțile sistemului tehnic și coordonează activitatea acestora în timp și spațiu.

Când se analizează orice sistem de operare autonom, fie că este vorba despre un frigider, un ceas, un televizor sau un stilou, aceste patru elemente pot fi văzute peste tot.

• Mașină de frezat. Corp de lucru: freza. Motor: motor al mașinii. Tot ceea ce este între motorul electric și tăietor poate fi considerat o transmisie. Mijloace de control - un operator uman, mânere și butoane, sau control program (mașină cu control program). În acest din urmă caz, controlul software a „forțat” operatorul uman din sistem.

Legea trecerii prin intermediul energiei

Deci, orice sistem de lucru este format din patru părți principale, iar oricare dintre aceste părți este un consumator și un convertor de energie. Dar nu este suficient să se transforme, este, de asemenea, necesar să se transfere această energie fără pierderi de la motor la corpul de lucru și de la acesta la obiectul procesat. Aceasta este legea trecerii directe a energiei. Încălcarea acestei legi duce la apariția unor contradicții în cadrul sistemului tehnic, care la rândul lor dă naștere unor probleme inventive.

Condiția principală pentru eficiența unui sistem tehnic în ceea ce privește conductivitatea energiei este egalitatea abilităților părților părților sistemului de a primi și transfera energie.

Prima regulă a conductivității energetice a sistemului

caracteristică utilă, apoi pentru a-i spori performantele ar trebui sa existe la punctele de contact substante cu niveluri de dezvoltare similare sau identice.

A doua regulă a conductivității energetice a sistemului

Dacă elementele sistemului, atunci când interacționează, formează un sistem conducător de energie cu funcție nocivă, atunci pentru distrugerea lui în locurile de contact ale elementelor trebuie să existe substanțe cu niveluri de dezvoltare diferite sau opuse.

• La întărire, betonul aderă la cofraj și este dificil să îl separați ulterior. Cele două părți erau bine în acord una cu cealaltă în ceea ce privește nivelurile de dezvoltare ale substanței - ambele erau solide, aspre, nemișcate etc. S-a format un sistem normal conducător de energie. Pentru a preveni formarea acestuia, este necesară nepotrivirea maximă a substanțelor, de exemplu: solid - lichid, aspru - alunecos, nemișcat - mobil. Pot exista mai multe soluții constructive - formarea unui strat de apă, aplicarea de acoperiri speciale alunecoase, vibrația cofrajului etc.

A treia regulă a conductivității energetice a sistemului

Dacă elementele, atunci când interacționează între ele, formează un sistem conducător de energie cu funcție nocivă și benefică, atunci în locurile de contact ale elementelor trebuie să existe substanțe al căror nivel de dezvoltare și proprietăți fizico-chimice se modifică sub influența oricărei substanțe sau câmp controlat.

• Conform acestei reguli, majoritatea dispozitivelor din tehnologie sunt realizate, unde este necesară conectarea și deconectarea fluxurilor de energie din sistem. Acestea sunt diverse ambreiaje de comutare în mecanică, supape în hidraulică, diode în electronică și multe altele.

Legea dezvoltării avansate a corpului de muncă

Într-un sistem tehnic, elementul principal este corpul de lucru. Și pentru ca funcția sa să fie îndeplinită în mod normal, capacitatea sa de a absorbi și transmite energie nu trebuie să fie mai mică decât motorul și transmisia. În caz contrar, se va defecta sau deveni ineficient, transformând o parte semnificativă a energiei în căldură inutilă. Prin urmare, este de dorit ca organismul de lucru să fie înaintea restului sistemului în dezvoltarea sa, adică să aibă un grad mai mare de dinamizare în ceea ce privește substanța, energia sau organizarea.

Adesea inventatorii fac greșeala de a dezvolta cu încăpățânare transmisia, controlul, dar nu și corpul de lucru. Un astfel de echipament, de regulă, nu asigură o creștere semnificativă a efectului economic și o creștere semnificativă a eficienței.

• Performanța strungului și caracteristicile sale tehnice au rămas aproape neschimbate de-a lungul anilor, deși acționarea, transmisia și comenzile au fost intens dezvoltate, deoarece freza în sine ca corp de lucru a rămas aceeași, adică un monosistem fix la nivel macro. Odată cu apariția mașinii de tăiat cupe rotative, productivitatea mașinii a crescut brusc. A crescut și mai mult atunci când a fost implicată microstructura substanței tăietorului: sub influența unui curent electric, muchia tăietoare a tăietorului a început să oscileze de câteva ori pe secundă. În cele din urmă, datorită tăietorilor cu gaz și laser, care au schimbat complet aspectul mașinii, au fost atinse viteze de prelucrare a metalului nemaivăzute până acum.

Legea tranziției „mono-bi-poli”

Primul pas este să mergi la bi sisteme. Acest lucru îmbunătățește fiabilitatea sistemului. În plus, în bisistem apare o nouă calitate, care nu era inerentă mono sistem.

Trecerea la poli sistemele marchează o etapă evolutivă de dezvoltare, în care dobândirea de noi calități are loc numai în detrimentul indicatorilor cantitativi. Posibilitățile organizaționale extinse pentru localizarea elementelor similare în spațiu și timp le permit să utilizeze mai deplin capacitățile și resursele de mediu.

• aeronave bimotor ( bisistem) este mai fiabil decât omologul său cu un singur motor și are o manevrabilitate mai mare (calitate nouă).
• Design combinat cheie de bicicletă ( polisistem) a condus la o scădere vizibilă a consumului de metal și la o scădere a dimensiunilor în comparație cu un grup de chei individuale.
• Cel mai bun inventator - natura - a duplicat părți deosebit de importante ale corpului uman: o persoană are doi plămâni, doi rinichi, doi ochi etc.
• Placajul multistrat este mult mai rezistent decât plăcile de aceleași dimensiuni.

Dar la un anumit stadiu al dezvoltării, eșecurile încep să apară în polisistem. O echipă de peste doisprezece cai devine incontrolabilă, o aeronavă cu douăzeci de motoare necesită o creștere multiplă a echipajului și este greu de controlat.

Capacitățile sistemului au fost epuizate. Ce urmeaza? Și apoi polisistemul devine din nou un monosistem... Dar la un nivel calitativ nou. În același timp, un nou nivel apare numai cu condiția creșterii dinamizării părților sistemului, în primul rând a corpului de lucru.

• Amintește-ți aceeași cheie de bicicletă. Când corpul său de lucru a fost dinamizat, adică bureții au devenit mobili, a apărut o cheie reglabilă. A devenit un sistem mono, dar în același timp capabil să funcționeze cu multe dimensiuni de șuruburi și piulițe.
• Numeroase roți ale vehiculelor de teren s-au transformat într-o omidă mobilă.

Legea tranziției „mono-bi-poli” este strâns legată de legea tranziției de la nivel macro la nivel micro.

Legea trecerii de la nivel macro la nivel micro

Trecerea de la nivel macro la nivel micro este tendința principală în dezvoltarea tuturor sistemelor tehnice moderne.

Pentru a obține rezultate înalte, se folosesc posibilitățile structurii materiei. Se folosește mai întâi rețeaua cristalină, apoi asociațiile de molecule, molecula unică, partea de moleculă, atomul și, în final, părțile atomului.

• În căutarea capacității de transport la sfârșitul erei pistonului, aeronavele erau echipate cu șase, douăsprezece sau mai multe motoare. Apoi corpul de lucru - șurubul - sa mutat totuși la micronivel, devenind un jet de gaz.

• Vladimir Petrov. Seria de articole „Legile dezvoltării sistemelor”© Vladimir Petrov

Etapa de implementare a TS procedează după cum urmează.

După apariția unei nevoiîn noul TS, căutarea subsistemelor inițiale, substanțelor și sinteză din care TC. In aceasta perioada are loc o cautare " clasic„Scheme TS în conformitate cu legile staticii, care asigură căutarea compoziției, conducerea energiei către toate părțile sistemului, coordonarea ritmului părților sistemului între ele și respectarea principiului compatibilității HMF .

După formare mono-TS există o dezvoltare intensivă a TS prin utilizarea lui în diverse TS ca subsistem. În același timp, există un proces de creștere a GPF-ului TS și a „fouling-ului” acestuia de către un număr de subsisteme care măresc eficiența sau îl servesc. În această etapă, încep deja să apară vizibil tendințele de îmbinare a noului mono-TS cu subsistemele supersistemului și căutarea subsistemelor ideale, substanțe care permit creșterea GPF-ului sistemului (vezi tabelul de aplicare a HP în alte TS - Fig. 7).

Utilizarea TS într-un supersistem duce de la primii pași ai dezvoltării sistemului până la integrarea lui cu alte sisteme și diferențierea subsistemelor sale în funcție de funcțiile îndeplinite. Complicația și diferențierea simultană a TS și a subsistemelor sale duce la faptul că fiecare dintre subsistemele sale la nivelul rangului său devine dificil de controlat - are loc un proces de saturație.

În această perioadă, în intestinele subsistemelor TS, substanta ideala, care, după saturarea unui subsistem de rangul corespunzător, absoarbe acest subsistem în sine. Deci, trecând de la rang la rang, substanța ideală absoarbe TS în sine.

Acest proces este prezentat în Fig. 62. Liniile punctate (în figură numai pentru B și TC) arată absorbția (coagularea), purificarea lui B din excesul de substanțe și proprietăți și absorbția TC de către o substanță ideală.

În acest moment, complicația TS continuă, dar deja la ranguri mai înalte sau când este combinată cu propriul său fel. După cum a arătat G.S. Altshuller și I.M. Vertkin, procesul de complicație ES are loc prin desfășurarea TS de la mono-sistem la bi-, apoi la poli- și, în final, la sisteme complexe.

În fiecare perioadă de desfășurare a TS într-un sistem bi sau poli, are loc procesul de absorbție (coagulare) a TS în substanță.

Complicația TS poate fi exprimată principiul negentropiei, care asigură dezvoltarea TS în direcția idealității. Esența sa este de a crește complexitatea TS în procesul de dezvoltare (creșterea numărului de opțiuni de răspuns posibile), de a crește organizarea (separarea funcțiilor între subsisteme deschise specializate interconectate și de a le combina într-un sistem universal) și de a trece la sisteme de auto-organizare.

A doua etapă a idealizării ES este etapa de absorbție (coagulare) a ES de către o substanță ideală, iar acesta este procesul de idealizare, care este general acceptat în TRIZ.

Astfel, ideea complexității TS în timpul desfășurării sale, ca parte integrantă a procesului de idealizare, a dialecticii sale, vă permite să obțineți cea mai completă imagine a dezvoltării TS și să rezolvați contradicțiile care au existat între teorie și realitate.

2.2. MODEL DE SISTEM TEHNIC

O analiză a liniei de viață a TS real a arătat că dezvoltarea oricărui sistem se termină în cele din urmă cu crearea unuia nou. sisteme mono, a cărui dezvoltare se repetă din nou în toate detaliile, dar la un nou nivel ierarhic. Aici avem în vedere detaliile tiparelor de dezvoltare. Acest lucru face posibil să se afirme că există linie generală de dezvoltare orice TS. În acest aspect, conceptul de ITS este necesar pentru a dezvălui trăsăturile formării sistemelor aflate pe această linie.

Pentru a identifica caracteristicile formării sistemelor care se află pe linia generală de dezvoltare, analizăm modelul celui mai simplu TS (ca parte integrantă a TS din rangurile I, II și III în funcționarea sa internă dinamică și interacțiunea cu mediu extern Structura unui astfel de TS a fost propusă de G.S. Altshuller (Fig. 63) Include un minim de componente și legături între ele: o ierarhie a subsistemelor interne (PS, PPS - subsistem de rangul n-lea), legături cu sisteme învecinate (S(C); (S(PS)) și cu supersistemul (S(C), S(C, NS)) și cu stratul limită (BL) dintre LS și TS.

Când vehiculul interacționează cu mediul extern, de ex. când sosesc fluxuri de energie, substanțe și informații din exterior - utile (E P; V P; I P) și nocive (E V; V V; I V) - începe funcționarea internă a conexiunilor de mai sus. Ca urmare, produsele (Pr), deșeurile de materie și energie (E O; V V;) informații de măsurare (I) despre starea sistemului sunt emise supersistemului de către sistemul tehnic.

Luând în considerare natura sistemică a tehnologiei, multi-rankingul TS și incapacitatea de a reflecta schema propusă a nivelurilor ierarhice ale materiei și câmpului, am propus o schemă prezentată în Fig. 64, care este identic cu circuitul din Fig. 63. Face posibilă reflectarea atât a dependenței ierarhice a diferitelor ranguri ale UC, cât și a unor tendințe de dezvoltare a UC. Fiecare dintre nivelurile P, B, PS, TS și NS reprezintă (în termeni generali) o zonă în care întreaga varietate de TS este distribuită la subnivelurile corespunzătoare. Există straturi limită între niveluri. Fluxurile de energie, materie și informații care intră în sistem sunt distribuite între subsistemele (nivelurile) ale acestuia, producând produse la ieșire. În același timp, alături de fluxurile dăunătoare (E, V, I), adesea generate de sistemul însuși, fluxurile (E, V, I) din mediu (afirmații de mediu) pătrund în sistem, înrăutățind și distrugând TS. Pentru a reduce influența lor, un strat limită este introdus în TS. Dar, dacă nu „salva” sistemul, sistemul se adaptează la revendicările care îl afectează, transformând prejudiciul în beneficiu. Astfel, în procesul de funcționare, TS ar trebui să poată procesa bine fluxurile utile (E, V, I), respectând pe cât posibil principiul compatibilității HMF și să poată rezista bine pretențiilor mediului, să maxim, acolo unde este necesar, respectarea sau nerespectarea principiului compatibilităţii HMF.

Schema propusă face posibilă, de asemenea, identificarea unor caracteristici ale coexistenței TS și a mediului în timpul interacțiunii lor. Una dintre aceste caracteristici este manifestarea legea conformității organizațiilor Uniunii Vamale și a mediului.

Secțiunea 2 - 2

Orez. 64. Schema nivelurilor ierarhice ale TS (secțiunea 2-2 - vezi)

2.2.1. Legea Conformității Organizațiilor CU și a Mediului.

Orice interacțiune, dacă forțele opuse din ea sunt egale ca mărime și opuse ca direcție, este echilibru.

Când TS interacționează cu mediul (OS), pretențiile ES se dovedesc adesea a fi mai puternice decât capacitățile TS. Acest lucru ne permite să concluzionam că o condiție necesară pentru funcționarea fără conflicte a TS în mediu este conformitatea TS cu mediul în ceea ce privește complexitatea și nivelul de organizare.

Studiile de dezvoltare a diferitelor TS confirmă această concluzie și au arătat că, odată cu creșterea gradului de idealitate TS, nivelul de organizare a TS devine semnificativ mai mare decât nivelul de organizare a OS. Vehiculul devine mai ușor de gestionat și mai puțin dependent de mediu. În plus, când s-au analizat cauzele și mecanismele dinamizării ES, s-a dovedit că revendicările OS au o anumită ierarhie, care este o organizare sistemică a sistemelor naturale (și a naturii în general). Natura sistemică a revendicărilor OS și, în același timp, diversitatea acestora determină o anumită diversitate a TS care funcționează în mediu, precum și diversitatea organismelor vii.

În forma cea mai generală, ierarhia revendicărilor OS la TS poate fi reprezentată de următoarea listă.

1. Macro-impacte (cutremur, vânt, valuri, maree, radiații solare etc.).
2. Mezo-impacte (macro-impacte medii).
3. Micro-impacte (vibrații, coroziune, dizolvarea substanței, încălzire), precum și revendicări care operează la nivelul:
   • rețea cristalină,
   • domenii,
   • molecule,
   • atomi, etc.
4. Microinfluențe la nivel de câmp (radiație solară, câmp termic, câmp electrostatic, electromagnetic, magnetic și gravitațional etc.).

De exemplu, o navă din ocean este afectată de: macrounde - în general, pe întregul său schelet; mezounde - pe corpul său; cavitație, soluție de apă de mare etc. - pe materialul corpului; vant - pe suprastructuri de punte etc. Astfel, complexitatea organizației OS necesită complexitatea corespunzătoare a organizației TS, astfel încât fiecare revendicare OS are un răspuns corespunzător din partea TS. Acest lucru se realizează, de exemplu, prin creșterea controlabilității vehiculului.

Atunci când se creează un TS pentru a se ocupa de revendicările OS, este necesar să se procedeze de la nivelul de organizare al revendicării în sine, inclusiv TS ca element intermediar între revendicările OS și TS care trebuie protejat fie de către OS, fie de către TS. persoană. Schimbările care apar după ce se realizează conformitatea reacțiilor TS la revendicările OS sunt direct dependente de revendicările OS și nevoile umane.

De exemplu, suport pentru conservarea permafrostului conform brevetului US. 3.788.389 este realizat sub forma unui CT capabil să răspundă la toate schimbările de temperatură ambiantă, menținând astfel un echilibru între temperatura suportului și a solului. Aici, TT-ul funcționează la nivelul la care SO pretinde (căldură), dar în același timp are un nivel de organizare mai mare decât cel al OS, iar acest lucru realizează o viteză mare de răspuns la toate schimbările din OS.

Un alt exemplu este un costum pentru salvatorii minelor conform a.s. URSS 111144 (cunoscuta invenție a lui G.S. Altshuller - vezi, de exemplu, „Algoritmul invenției”, M.: muncitor Moskovsky, 1969, p. 88, 1973, p. 111).

Pentru a asigura viabilitatea TS, acesta trebuie să fie într-o stare de neechilibru cu OS. Și acest lucru este posibil numai cu o organizare superioară a TS în comparație cu organizarea OS. Echilibrul poate fi observat în stratul limită.

Același lucru se poate spune despre cazul în care creanțele sunt generate de TS însuși. De exemplu, în cazul proceselor sau subsistemelor negestionate. Deci, vârful fierului de lipit conform A.S. USSR 616073 este realizat sub forma unui HP, stabilizând temperatura acestuia.

Se poate spune că în procesul dezvoltării sale, UC urmărește să treacă la nivelul la care există sau poate exista o corespondență între organizațiile UC și OS. Mai mult, acest proces este direcțional, UC se străduiește în mod constant, așa cum ar fi, să se îndepărteze de pretențiile de niveluri superioare la pretenții de niveluri inferioare.

Acest proces se manifestă mai ales clar în trecerea de la nivel macro la nivel micro. De exemplu, șirurile unui element restrictiv, în timpul prelucrării electrochimice a sticlei, au fost întinse folosind un dispozitiv mecanic special. Cu toate acestea, revendicările OS - câmpul termic, care încălzește și deformează corzile (ceea ce a provocat nevoia de a le trage în sus), a acționat direct asupra rețelei cristaline a corzilor. În conformitate cu cele de mai sus, TC trebuie, de asemenea, să treacă la nivelul în care revendicările sunt direct aplicabile. După cum a sugerat A.S. URSS 580116: elementul restrictiv a fost realizat sub forma unui arc bimetalic. Acum dispozitivul în sine se adaptează la schimbările din câmpul termic.

Trecerea de la revendicări de nivel superior la revendicări de nivel inferior este vizibilă în toate domeniile în care TC se confruntă cu niveluri diferite de revendicări. De exemplu, în construcții: aceasta este o tranziție de la clădiri bazate pe mai multe puncte, la clădiri bazate pe unul, de exemplu, la fundații cu sistem radicular, în special în zonele cu seismicitate ridicată.

Așadar, păstrarea stării de neechilibru de interacțiune cu mediul extern este un principiu important care asigură viabilitatea SE. Constă în confruntarea factorilor care vizează menținerea dezechilibrului cu mediul, și factorii de echilibrare ai mediului, vizând aducerea TS la o stare de echilibru. TS atinge o stare de dezechilibru prin redistribuirea optimă a lui E, V și I între subsisteme (dacă există suficiente resurse interne pentru aceasta - subsisteme selective, conexiuni între ele, rezerve „de forță”) sau modificări, este înlocuit cu un nou TS ( dacă nu există suficiente resurse interne și nu există nimic care să răspundă „pretențiilor” mediului extern, atunci apar contradicții și se dezvoltă rapid).

Una dintre modalitățile de avansare a dezvoltării (prognostice) a UC este înăsprirea artificială a schimbărilor din mediul extern pentru a crea contradicții puternice.

În toate cazurile, nivelul de organizare al TS ar trebui să fie puțin mai mare decât nivelul de organizare al OS. De exemplu, este necesar să se mențină o diferență de temperatură între carcasa exterioară a navei spațiale și cea interioară. Acest lucru se realizează prin creare strat limită, care asigură păstrarea diferenței dintre modificările de organizare a mediului intern al vehiculului și cel extern - spațiu.

În primele etape ale dezvoltării CS, se formează un strat limită primar. Urmează apoi procesul de întărire și complicare, dinamizare și diferențiere a acestuia în substraturi cu specializarea lor în funcție de fluxurile E, V, I. Și, în cele din urmă, absorbția tuturor sistemelor tampon care deservesc stratul limită de către substanța ideală a acestui strat.

Complicația TS în timpul perioadei de desfășurare decurge simultan cu procesele de unificare și specializare a subsistemelor, ceea ce necesită o creștere a controlabilității sistemului mai complex. Contradicțiile restante între controlabilitatea și complexitatea sistemului sunt rezolvate în două moduri:

• transferul funcțiilor de control către supersistem prin complicarea supersistemului și simplificarea sistemului (apelul său operațional);
• prin transferarea controlului asupra substanței ideale a sistemului prin simplificarea sistemului în sine, dar prin creșterea complexității substanței.

Exemple în acest sens sunt TT-120, TT-121 și TT-92.

O condiție indispensabilă pentru dezvoltarea TS în direcția creșterii gradului de idealitate este principiul celei mai mici acțiuni. Esența sa constă în faptul că, în procesul de dezvoltare a TS, să efectueze astfel de transformări minime în TS, după care s-ar produce modificări în el de la sine, menite să crească funcția utilă principală a sistemului.

Manifestarea acestui principiu devine tangibilă în acele cazuri în care sistemul respectă principiile de compatibilitate HMF, respectarea organizațiilor TS și OS, iar TS în sine este în stadiul de absorbție într-o substanță ideală. De exemplu, TT-92, TT-108, a.s. URSS 383973, a.s. URSS 1070421 și altele.

Principiile de mai sus sunt o încercare de a explora „structura fină” și mecanismele de dezvoltare și funcționare a sistemelor tehnice.

2.3. SCHEMA EVOLUŢIEI SISTEMELOR TEHNICE.

La construirea oricărei teorii științifice, una dintre problemele importante este poziția filozofică a cercetătorului, metodologia sa. Acest lucru este deosebit de important acum, când sunt puse bazele TRTS, ale căror rădăcini se întorc la TRIZ.

TRIZ este construit pe o cantitate mare de materiale faptice. Dar acea abordare empirică, care constă în împărțirea, dezmembrarea obiectului, fixarea în minte a unui obiect stabil, cu o structură deja stabilită, devine inacceptabilă, mai ales când se studiază problema evoluției sistemului.

Deoarece o astfel de abordare empirică este abstractizată din dezvoltarea obiectului, relația acestuia cu sistemul, interacțiunea cu alte obiecte, se dovedește că obiectul studiat în ansamblu este reflectat unilateral. Prin urmare, am ales calea analizei nu a TS individual izolat de dezvoltarea generală, ci calea logicii dezvoltării unui întreg tip de TS, legând toate legile și forțele motrice ale dezvoltării într-un singur tot.

Au fost luate mai multe abordări ale problemei idealizării TS:

• se investigheaza dinamizarea autovehiculului,
• se studiază idealizarea substanței TS,
• sunt analizate principiile dezvoltării și modelul TS, tipurile de idealizare, logica dezvoltării unui anumit TS.

Schemele rezultate, fiecare în felul său, reflectau procesul de idealizare. Cu toate acestea, atunci când s-a încercat să le combine, au apărut contradicții pentru a explica evoluția TS. O încercare de a se baza pe schema dialecticii de dezvoltare a TS, propusă de G.S. Altshuller și I.M. Vertkin (vezi), pentru a elimina contradicția apărută, a exacerbat și mai mult contradicțiile dintre schemele individuale, deși era clar că fiecare dintre ele reflectă o anumită dezvoltare secundară. De exemplu, diagrama dialecticii dezvoltării TS a reflectat complicația TS în procesul de trecere de la sistemele mono la bi-, apoi la poli- și complexe. În același timp, s-a remarcat că dezvoltarea TS are loc pe calea rezolvării contradicției dintre complicația TS și idealizarea acestuia - operația de pliere a sistemului. Mai mult decât atât, un bi- sau poli-sistem complet prăbușit devine din nou un mono-sistem și poate face din nou o întoarcere de la „A” la „D” sau „E” (adică la mono-C sau bi-C al următorului ciclu ). Acesta este unul dintre cele mai importante mecanisme pentru dezvoltarea tuturor TS, reflectând în același timp legea tranziției la supersistem.

Atunci când s-a aplicat o abordare sistematică a soluționării contradicțiilor apărute, toate schemele au putut fi introduse într-o singură schemă (model) a evoluției TS, care a fost numită ulterior „ val calator de idealizare".

Ținând cont de principiile și schemele inițiale, schema dialecticii dezvoltării TS (), rafinată la Conferința de la Novosibirsk, a fost deformată (vezi) astfel încât toate TS complet prăbușite să se întindă pe linie generală de dezvoltare(GGL) TS. Astfel, punctele care au format GGL au reflectat ideea de idealitate a TS, care este acceptată în TRIZ (M, G, E->0, n->). A devenit clar că fără o analiză a părții din viața TS care se află deasupra GGL, ar fi imposibil să aflăm nici structura legilor, nici mecanismele acestora, nici explicarea întregii diversități existente a sistemelor de acest tip. .

Regularitățile dezvoltării sistemelor tehnice caracterizează diverse aspecte ale restructurării sistemelor pe măsură ce acestea sunt îmbunătățite și tendințele de modificare a proprietăților obiectelor tehnice în timp.

Cunoașterea acestor regularități oferă orientare în rezolvarea problemelor. Ele pot fi considerate ca posibile strategii pentru rezolvarea unei anumite probleme, ca metode de găsire a soluțiilor care vă permit să faceți următorul pas în direcția progresivă a dezvoltării tehnologiei.

3.4.1 Model de dezvoltare a etapei.

Acest model caracterizează aspectul funcțional al dezvoltării tehnologiei mondiale în general și a obiectelor tehnice ale unei anumite clase.

O analiză a istoriei tehnologiei a făcut posibilă evidențierea a 4 etape (etape) în dezvoltarea obiectelor tehnice, remarcate prin apariția de noi funcții îndeplinite de TO.

1. Implementat numai în TO tehnologic funcţie- impactul fizico-chimic asupra obiectului de către organul executiv. TO este o unealtă care constă dintr-un corp de lucru, deși poate conține și unele elemente de transmisie - o transmisie, de exemplu, un cuțit, o lopată, un topor.

2. Alături de funcția tehnologică, TO implementează funcţie transformări energie. Structura TO devine mai complicată, la corpul de lucru (RO) se adaugă următoarele: PE, Tr, OU.

3. TO este implementat funcţie management. În structura TO este construit un sistem de control, care măsoară unii parametri și determină valorile parametrilor altor componente TO.

4. TO este implementat funcţie planificare. Componentele care formează datele inițiale pentru funcționarea sistemului de control sunt adăugate structurii TO.

Tabelul prezintă un exemplu care ilustrează principalele etape ale dezvoltării tehnologiei.

Masa. Exemple de dezvoltare în etape a tehnologiei.

Etape de dezvoltare	Mijloace de prelucrare abstractă a informațiilor	Mijloace de prelucrare a obiectelor fizice
1. Epoca uneltelor de mână	Bețe de numărat, abac, rigură de calcul.	Strung (TC) cu manual, apoi cu picior.
2. Epoca mecanizării - apariția și dezvoltarea mașinilor. Se caracterizează prin prezența a trei verigi principale: un convertor de energie, dispozitive de transmisie și un corp de lucru.	Aritmometru electromecanic, calculatoare electrice, calculatoare de prima generatie.	Vehicul condus de o roată de apă, un motor cu abur, un motor electric cu comandă manuală.
3. Era sistemelor de producție automatizate deterministe. Funcția de monitorizare și corectare a unui proces care are loc în mod regulat a fost implementată, există o unitate de control a sistemului.	Calculatoare din generația a 2-a și a 3-a, PC, baze de date.	TS cu comandă numerică cu înregistrare „hard” a programului pe bandă magnetică, bandă perforată.
4. Era sistemelor de autoguvernare nedeterministe. Se îndeplinește funcția de analiză a situației și de luare a unei decizii.	Baze de cunoștințe.	Sisteme de producție automatizate flexibile.

O consecință foarte importantă rezultă din regularitatea dezvoltării etapei, că trecerea la fiecare etapă ulterioară este posibilă după ce etapa anterioară a primit suficientă dezvoltare științifică și tehnică. În același timp, este imposibil să „sari” printr-una sau mai multe etape de dezvoltare. De exemplu, nu are sens să echipați TO cu o unitate dacă nu există RO. Este imposibil să se doteze TO cu un sistem de control dacă nu sunt investigate regularitățile funcționării acestuia și nu sunt create modele adecvate. Este imposibil să se creeze un sistem expert, o bază de cunoștințe, fără a crea mai întâi o bază de date care funcționează bine în domeniul vizat.

Modelul dezvoltării etapei are o mare importanţă practică în analiza problemei şi formularea problemei de sinteză, în perfecţionarea obiectelor tehnice existente.

Cunoașterea legilor dezvoltării oferă inginerului o orientare cu privire la perspectivele de îmbunătățire a dispozitivelor tehnice. După ce s-a stabilit în ce stadiu al dezvoltării sale se află TO cercetat, în conformitate cu modelul de dezvoltare a etapei, este posibil să se schițeze modalități de îmbunătățire ulterioară a acestuia.

Trebuie remarcat faptul că, în fiecare etapă de dezvoltare, următoarea funcție fundamentală este implementată, de regulă, cu ajutorul dispozitivelor universale - există o împrumut de fonduri dintr-un alt domeniu tehnic. Apoi începe diferențierea și specializarea acestor mijloace. Acest lucru decurge direct din legea creșterii idealității RT.

De exemplu, dezvoltarea sistemelor de control pentru echipamentele tehnologice a trecut de la utilizarea calculatoarelor universale la cele speciale.

Atunci când creează noi TO, ei se străduiesc să-și îmbunătățească indicatorii de calitate. Fiecare probă nouă este concepută, de regulă, pentru a îndeplini funcții din ce în ce mai complexe. Acest lucru duce la faptul că obiectul tehnic este echipat cu multe sisteme și dispozitive suplimentare. Prin urmare, o consecință a regularității dezvoltării etapelor este tendința de creștere a complexității sistemelor tehnice.

Principiul de funcționare, implementat în corpul de lucru, începe să ocupe noi nișe funcționale. Funcția care era îndeplinită anterior de o persoană este acum preluată de un obiect tehnic. Sistemul tehnic se dezvoltă, luând din ce în ce mai multe funcții unei persoane.

B. L. Zlotin a numit această tendință „Legea deplasării unei persoane dintr-un sistem tehnic”. Titlul metaforic al legii nu trebuie luat literal. O persoană nu este o componentă a unui sistem tehnic prin definiție. Vorbim despre faptul că o persoană este exclusă ca participant la procesul de îndeplinire a SPF.

Această linie de dezvoltare este următoarea.

1. În stadiul inițial, o persoană, cu ajutorul unui instrument creat, efectuează acțiuni fizice și chimice asupra unui anumit obiect.

2. Se adaugă un convertor de energie, se dezvoltă controale, o persoană controlează acum un anumit proces.

3. Sunt dezvoltate sisteme automate de control. O persoană observă deja cursul procesului folosind dispozitive de control, intervenind ocazional în el, de exemplu, făcând ajustări.

4. Toate acțiunile procesului sunt automatizate în așa fel încât o persoană controlează procesul doar prin observație.

Trebuie remarcat faptul că de foarte multe ori funcția tehnologică implementată în corpul de lucru este creată pe baza unui convertor de energie existent, de exemplu, sudarea cu arc electric, sudarea electrică de contact. În același timp, controalele necesare sunt incluse în proiectare pentru a îndeplini funcția tehnologică. Desigur, un astfel de corp de lucru, în principiu, nu poate funcționa fără un convertor de energie.

Etapele principale ale dezvoltării în etape a sistemelor tehnice pot fi prezentate pe scurt sub forma unui tabel.

Masa. Caracteristicile principalelor etape ale dezvoltării tehnologiei

Modelul dezvoltării în etape este utilizat pentru a prognoza nevoile și pentru a determina direcțiile de dezvoltare a tehnologiei.

3.4.2 Model de evoluție constructivă progresivă.

Termenul „evoluție constructivă progresivă” este folosit de AI Polovinkin. În lucrările lui G. S. Altshuller și studenții săi, acest model este numit pur și simplu etapele dezvoltării sistemelor tehnice, legea dezvoltării în formă de S a sistemelor tehnice.

Istoria dezvoltării tehnologiei arată că orice descoperire în știință și tehnologie abia după un timp începe să fie folosită pentru a îndeplini o funcție utilă. În primul rând, se descoperă un anumit efect fizic, care este studiat cu atenție, și se dezvoltă o tehnologie de fabricare a prototipurilor. Se efectuează cercetări pur științifice, al cărei impact practic este încă minim. Apoi, pe baza efectului fizic stăpânit, este sintetizat FPD-ul dispozitivului, care poate avea deja valoare aplicată. După ceva timp, pe baza acestui FPD, este creat un dispozitiv tehnic care este capabil să îndeplinească calitativ o funcție utilă.

Un obiect tehnic este creat pentru a satisface o nevoie atunci când există capacități științifice și tehnice pentru a-i oferi proprietăți satisfăcătoare de consum, care depind de nivelul său de calitate (linia K 11 din Fig. 19).

teoretic posibil

Nivel de calitate

Cheltuieli

Timp

Deschidere

efect fizic

Nivel minim acceptabil de calitate

Începerea cercetărilor asupra unui nou efect fizic

Începutul aplicării practice a FPD

Orez. 19. Modificarea indicelui de calitate al TO pe parcursul evoluției sale constructive.

De regulă, primul eșantion al unui TO fundamental nou este creat în condițiile cunoașterii incomplete a proprietăților unui fenomen nou, tocmai descoperit. Prin urmare, este dificil din punct de vedere tehnic să realizați calitatea înaltă a funcției îndeplinite.

Odată cu începerea utilizării unui nou TO, dorința de a-și îmbunătăți caracteristicile funcționale duce la desfășurarea muncii pentru a-l îmbunătăți, a îmbunătăți indicatorii de calitate, a elimina deficiențele și a crește eficiența utilizării. Apar diverse modificări ale obiectelor tehnice, domeniul de aplicare al dispozitivelor tehnice create pe baza principiului fizic de funcționare, care se bazează pe un efect fizic deschis, se extinde.

Relația dintre costuri și indicatorul de calitate al întreținerii îmbunătățite este caracterizată de o curbă în formă de S în Fig. 19.

Secțiunea inițială a curbei în formă de S (secțiunea I din Fig. 19) corespunde etapei de studiu teoretic și depanare experimentală a FPD-ului obținut, precum și studiului posibilităților de aplicare practică a acestuia. În această etapă, se efectuează operațiunea pilot a probelor de laborator unice ale TO nou creat. Această perioadă se caracterizează prin muncă asiduă și costuri mari pentru creșterea indicatorilor de calitate.

Îmbunătățirea caracteristicilor TO contribuie la creșterea potențialului științific și tehnic general și la dezvoltarea tehnologiei de producție.

Odată cu acumularea de cunoștințe teoretice și rezultate practice privind producerea și funcționarea TO, creșterea indicatorilor de eficiență și calitate ai obiectelor tehnice pe baza acestui PFA devine mai intensă (secțiunea II). Neajunsurile sunt eliminate, se îmbunătățesc indicatorii funcționali, se măresc fiabilitatea, eficiența și alți indicatori de calitate, randamentul investiției în dispozitivele tehnice utilizate este în creștere.

În această perioadă, proiectarea TO și tehnologia fabricării acestuia sunt îmbunătățite, producția devine adesea produsă în masă, numărul invențiilor din domeniul tehnologiei căruia îi aparține FPD-ul aplicat crește brusc. Acest FPD își găsește o aplicație din ce în ce mai largă în diverse domenii. Se dezvoltă o gamă largă de dispozitive tehnice. Dezvoltarea merge atât în ​​direcția universalizării, cât și a specializării.

Cu toate acestea, vine un moment în care TO intră în a treia etapă a dezvoltării sale.

Secțiunea III a curbei 1 (Fig. 19) se caracterizează printr-o creștere semnificativă a costului îmbunătățirii calității întreținerii. Eficiența fondurilor care vizează îmbunătățirea calității întreținerii este în scădere. Acest lucru se datorează faptului că există o epuizare a posibilităților principiului fizic acceptat de acțiune. Îmbunătățirea TO se realizează prin complicarea acestuia, introducerea modificărilor de proiectare, optimizarea parametrilor și schimbarea soluțiilor de proiectare și tehnologice. Indicatorii de calitate se apropie de o anumită limită care poate fi atinsă folosind acest PRF (linia K 12).

Îmbunătățirea TO continuă atâta timp cât este nevoie de producerea de obiecte tehnice bazate pe acest principiu fizic de funcționare.

Dacă nu există condiții pentru trecerea la un nou principiu de funcționare, atunci în procesul de evoluție constructivă, creșterea eficienței încetinește și TO cu indicatori de calitate similari sunt reproduse pentru o lungă perioadă de timp.

Cu toate acestea, de regulă, cu mult înainte de această perioadă, se descoperă un nou principiu de acțiune, a cărui utilizare poate oferi indicatori de calitate superioară în viitor. Dar aplicarea sa practică va începe atunci când se acumulează potențialul științific și tehnic necesar și se maturizează condițiile socio-economice (linia K 21, curba 2 din Fig. 19).

La început, este în urmă în urma predecesorului său în ceea ce privește calitatea, dar se află la stadiul inițial de dezvoltare și, în conformitate cu modelul descris de curba S, acest TO, bazat pe noul FOP, în cele din urmă depășește rapid și își înlocuiește concurentul .

Istoria dezvoltării tehnologiei arată că un obiect tehnic bazat pe un anumit principiu fizic de funcționare moare în timpul dezvoltării sale celei mai înalte, adică atunci când indicatorii săi de calitate sunt realizați la maximum. De exemplu, la mijlocul secolului XX, locomotivele cu abur atinseseră perfecțiunea supremă, adică eficiența lor maximă, și imediat au început să fie înlocuite cu locomotive diesel (un nou principiu de funcționare) cu o eficiență mai mare.

La crearea unor noi obiecte tehnice, este necesar să se evalueze în ce stadiu de evoluție constructivă se află prototipul, care sunt perspectivele de dezvoltare a acestuia, ce schimbări s-au produs în știință și tehnologie de la începutul creării sale, nu numai în domeniul luat în considerare. de tehnologie, dar și în domenii conexe. Sunt studiate diverse aspecte ale problemei: ce realizări ale progresului științific și tehnologic nu s-au reflectat în crearea TO existente menite să răspundă nevoilor luate în considerare și ce poate fi folosit din ultimele realizări ale științei și tehnologiei pentru a dezvolta un nou principiul de funcționare, soluții constructive și de proiectare și tehnologice pentru a crea un nou CEL.

La rezolvarea problemei îmbunătățirii TO, este necesar să se evalueze competitivitatea altor FOP, să se stabilească în ce faze ale dezvoltării lor se află, să se găsească un domeniu de aplicare eficientă a principiului de funcționare considerat, să se evalueze perspectivele și oportunitatea. de îmbunătățire constructivă a prototipului, sau pentru a ajunge la concluzia că este necesară trecerea la un alt FOP și stabilirea pe care. În rezolvarea acestei din urmă probleme, alte regularități în dezvoltarea tehnologiei, care vor fi discutate mai jos, oferă asistență substanțială.

3.4.3 Dinamizarea sistemelor tehnice.

În rusă, cuvântul dinamică are trei semnificații: „1. Ramura mecanicii care studiaza legile miscarii corpurilor in functie de fortele care actioneaza asupra lor. 2. Cursul dezvoltării, modificări ale unor fenomene... 3. Mișcare, acțiune, dezvoltare...”. Adjective: „dinamic, dinamic – bogat în mișcare, acțiune”.

Termenul de dinamizare, folosit în numele acestui principiu de dezvoltare a sistemelor tehnice, reflectă tocmai bogăția mișcării inerentă unui obiect tehnic.

Yu. P. Salamatov dă esența dinamizării sistemelor tehnice în următoarea formulare: „Pentru a le crește eficiența, sistemele rigide trebuie să devină dinamice, adică să treacă la o structură mai flexibilă, în schimbare rapidă și la un mod de funcționare care se adaptează la schimbări în mediul extern” .

Istoria tehnologiei arată că oferirea proprietăților designului dinamic a făcut adesea posibilă rezolvarea multor probleme care apar la crearea TO, indicatori de calitate semnificativ îmbunătățiți.

De exemplu, pentru a îmbunătăți manevrabilitatea aeronavelor cu reacție supersonice, au fost dezvoltate mai întâi motoarele cu duze rotative și un sistem de control al jetului pentru a schimba vectorul de tracțiune, apoi motoarele rotative. Acest lucru a făcut posibilă crearea unei aeronave cu decolare și aterizare verticală.

Trenul de aterizare retractabil pentru a reduce rezistența, elicea cu pas variabil, panourile solare derulante pe nave spațiale, umbrela pliabilă, podul mobil etc. sunt exemple de design dinamic.

Masa. Trecerea la multifuncționalitate

Etape de dinamizare	Exemplu
1. Sistem dinamic limitat	Mașină de frezat verticală
2. Sistem cu corpuri de lucru înlocuibile	Mașină de frezat cu un set de scule
3. sistem cu principiu de control software	Mașină de frezat CNC Creșterea numărului de coordonate controlate simultan
4. Sistem cu corpuri de lucru variabile	Mașină de frezat cu magazie de scule Cutter cu geometrie variabilă a muchiei de tăiere

În dezvoltarea sistemelor mecanice se pot distinge două direcții de dinamizare: dinamizarea substanțelor și a câmpurilor.

Dinamizarea substanțelorîncepe cu împărțirea materiei în părți și introducerea unei legături între ele. Iată o posibilă secvență de tranziții:

o balama → multe balamale → substanță flexibilă → lichid → gaz → câmp.

Dinamismul este o proprietate care caracterizează structura unui obiect. Prin urmare, se poate manifesta atât în ​​componente, cât și în relațiile dintre ele.

Acordarea proprietății de dinamism unui obiect tehnic se datorează a două împrejurări: pe de o parte, este necesitatea de a asigura adaptabilitatea (adaptarea) obiectului la condițiile externe în schimbare și, pe de altă parte, de a realiza o mai bună controlabilitate a obiectul.

Dinamizarea este foarte eficientă ca tehnică de rezolvare a problemelor tehnice. De exemplu, pentru a lega dimensiunile și a asigura interschimbabilitatea în structuri, o legătură reglabilă sau un element elastic este utilizat ca compensatori pentru erorile în dimensiunile legate.

Pe de o parte, dinamizarea este una dintre direcțiile de evoluție constructivă a sistemelor tehnice. Aici, dezvoltarea capacităților tehnologiei de producție joacă un rol important.

De exemplu, pentru a crea un blocaj de apă în părțile de scurgere ale sistemelor de conducte, au fost folosite de multă vreme structuri rigide sub formă de sifon. Utilizarea unui tub ondulat - burduf a făcut acest design nu numai mai ieftin (mai puține piese), dar a simplificat și procesul de andocare a părții de scurgere a chiuvetei cu conducta de admisie a canalului.

Pe de altă parte, trecerea la un nou principiu de funcționare, de regulă, este însoțită de o creștere a dinamismului TO, o creștere a funcționalității sale.

De exemplu, utilizarea unei chei metalice pentru a deschide ușa unei mașini este înlocuită cu trimiterea unui semnal radio codificat. În acest caz, mai multe uși se pot deschide simultan. Aceeași „cheie radio” este folosită și pentru a bloca sistemul de aprindere.

În plus, așa cum se va arăta în capitolul următor, dinamizarea este una dintre tehnicile de rezolvare a contradicțiilor în problemele tehnice.

Astfel, dinamizarea este unul dintre modelele de dezvoltare observate, a cărui utilizare face posibilă determinarea direcțiilor de îmbunătățire a TO. Înțelegând că orice vehicul trece prin anumite etape de dinamizare, este posibil să se determine în ce stadiu se află în prezent și să se facă un pas într-o direcție promițătoare.

Una dintre direcțiile de îmbunătățire a structurilor este dinamizarea conexiunilor (Fig. 21). Relațiile pot fi împărțite în reale și de teren. În comunicațiile reale, se folosește un fel de mediu de transmisie - o substanță. Nu există un mediu de transmisie în comunicațiile de teren.

În legăturile materiale, interacțiunea componentelor se realizează direct cu ajutorul substanței, astfel încât legăturile pot diferi în funcție de ce proprietăți ale substanței sunt folosite pentru aceasta. O conexiune rigidă poate fi implementată folosind o substanță solidă monolitică, de exemplu, o tijă, o grindă, o ferme. Conexiunile flexibile pot fi organizate folosind materiale elastice și elastice, cum ar fi un cablu, curea, lanț, burduf, arc sau materiale care sunt în stare vâscoasă, care sunt intermediare între solide și lichide, cum ar fi un termoplastic. De asemenea, gazul poate fi utilizat, de exemplu, un actuator pneumatic, rulmenți gaz-static și gaz-dinamic.

Cinematic

hidraulic

Pneumatic

Natura mișcării

1. În jurul axei

2. De-a lungul liniei

3. În avion 

4. În spațiu

Funie, curea, lanț

Grinda, tija

Real

camp

Solid

Substanță elastică

Rigid

CONTACTE

Gravitațional

Electric

Magnetic

electromagnetic

Orez. 21. Schema de dinamizare a legăturilor

Dacă substanțele sunt separate și asigură o legătură mobilă, atunci se formează legături cinematice. Dezvoltarea lor merge de foarte multe ori în direcția utilizării unor mișcări mai complexe.

Comunicarea pe teren oferă, în general, un control mai bun asupra componentelor unui obiect tehnic și oferă adesea un plus de confort.

Într-adevăr, se poate observa că multe mecanisme în dezvoltarea lor au trecut prin etapele prezentate în Fig. 21, sau cel puțin o parte din acești pași.

Cu toate acestea, există o particularitate de remarcat aici. Pe de o parte, de regulă, fluidele speciale sunt utilizate pentru conexiunea hidraulică (o substanță naturală - apa adesea nu îndeplinește proprietățile dorite), iar aerul poate fi folosit în conexiune pneumatică (de obicei nu se folosesc gaze speciale). Prin urmare, conexiunea pneumatică este mai aproape de soluția tehnică ideală.

Pe de altă parte, o conexiune hidraulică transferă presiunea aproape instantaneu, fluidul este incompresibil, deci nu există pierderi de transfer de energie. În conexiunile pneumatice, o parte din energie este cheltuită pentru comprimarea gazului. Prin urmare, conform principiului conducerii energiei, conexiunea hidraulică este mai bună. În plus, are și un timp tranzitoriu mai scurt, ceea ce înseamnă că este mai bun și în ceea ce privește controlabilitatea procesului.

Arată în fig. 21Fig. Schema de dezvoltare a conexiunilor TO oferă o altă metodă de căutare a soluțiilor tehnice. În special, dacă o simplă conexiune cinematică, de exemplu, sub forma unei balamale cu un grad de libertate, nu rezolvă problema, atunci puteți încerca să creșteți numărul de grade de libertate, să schimbați natura mișcării, și anume: trecerea la o mișcare mai complexă a componentelor care interacționează. Așa funcționează manipulatorii roboților moderni.

Principiul dinamizării este folosit pentru a îmbunătăți TO în cadrul unui anumit FOP, deci putem spune că aceasta este una dintre metodele de rezolvare a problemelor în procesul de evoluție constructivă a TO.

De exemplu, o îmbinare universală într-un set de chei tubulare simplifică foarte mult munca în locuri greu accesibile.

Tramvaiele cu două mașini, autobuzele cu două secțiuni și troleibuzele pot crește semnificativ capacitatea vehiculului. În acest caz, raza de viraj crește ușor. Crearea de autobuze cu etaj, o creștere a lungimii mașinii, dă un efect pur de scară. Trebuie remarcat faptul că ambele direcții corespund unei abordări constructive pentru îmbunătățirea TO.

De asemenea, trebuie menționat că trecerea la un alt FPD, de regulă, este însoțită de o creștere a gradului de dinamism al sistemului tehnic.

Dinamizarea unui obiect tehnic duce adesea la o creștere a numărului de funcții îndeplinite, de exemplu, un cuțit pliabil, o cheie reglabilă,

Dinamizarea câmpurilor se realizează prin trecerea de la câmpuri cu caracteristici constante în timp (neschimbabile) la câmpuri cu valori variabile în timp ale caracteristicii câmpului.

Câmpul se poate schimba în timp și spațiu. Dinamizarea în timp poate fi reprezentată prin succesiunea:

constant → crescător (descrescător) → câmp schimbător ciclic.

Procesele ciclice pot fi pulsate și sinusoidale și pot fi controlate de amplitudinea, frecvența și defazarea semnalului.

Dinamizarea în spațiu se exprimă prin faptul că câmpul dintr-o constantă devine un gradient. Un gradient este o măsură a creșterii sau scăderii în spațiu a oricărui parametru de câmp atunci când se deplasează pe unitate de lungime.

Un câmp variabil, de regulă, este mai ușor de transformat, de exemplu, un transformator. Are mai mulți parametri care pot fi utilizați pentru a genera un semnal de control. Controlul pulsului este în general mai eficient din punct de vedere energetic decât controlul constant al semnalului.

Câmpul gradient vă permite să rezolvați probleme prin concentrarea intensității câmpului în zona de lucru. De exemplu, o presiune mare dezvoltată de un ac pe o zonă mică a vârfului; optica magnetică este utilizată pentru controlul de la distanță al fluxurilor de particule încărcate.

Dinamizarea nu trebuie privită doar ca o bogăție de mișcare mecanică. Acestea sunt oportunități mai largi de influență operațională asupra parametrilor care caracterizează componentele unui sistem tehnic. Aceasta este capacitatea componentelor de a se adapta la condițiile de funcționare în schimbare, cum ar fi reglarea automată a unui receptor radio la frecvența semnalului primit.

3.4.4 Tranziția de la nivelul macro la nivelul micro

Cunoașterea Naturii de către om a început cu cele mai simple forme de mișcare a materiei – mecanică.

Metodele mecanice de interacțiune a macrosubstanțelor cu implicarea proprietăților diferitelor forme geometrice ale substanței au stat la baza funcționării primelor dispozitive tehnice. Acest lucru nu este întâmplător, deoarece macrosubstanța cu formele sale externe și parametrii geometrici sunt date direct unei persoane în senzații.

Odată cu dezvoltarea științei și tehnologiei, are loc o pătrundere mai profundă în structura substanțelor, cunoașterea proprietăților lor profunde și interacțiunile lor mai subtile la nivel molecular și atomic.

O persoană stăpânește tehnologia bazată pe utilizarea chimiei fizice, a fizicii nucleare, a mecanicii cuantice. Metodele mecanice de interacțiune a substanțelor, care formează baza principiului fizic de funcționare al dispozitivului, sunt înlocuite cu interacțiunea particulelor de materie, molecule, atomi.

În procesul de evoluție constructivă, îmbunătățirea calității funcției îndeplinite duce adesea la complicarea TS. Trecerea la un alt principiu fizic de acțiune este că operația fizică se bazează pe utilizarea proprietăților substanțelor asociate cu structura lor internă cu participarea activă a câmpurilor fizice. Aceste interacțiuni formează proprietățile care sunt utilizate pentru a efectua operația fizică necesară.

Dacă în stadiul inițial de dezvoltare, o operațiune fizică a fost efectuată la nivel macro, - prin interacțiunea diferitelor substanțe bazate pe utilizarea legilor mecanicii, atunci, ca urmare a dezvoltării științei și tehnologiei, aceasta este implementat la nivel micro, adică cu privire la utilizarea proprietăților particulelor mici de substanțe determinate de legile materiei de structură.

Ca urmare a acestei tranziții, funcția unui sistem tehnic format din mai multe componente este îndeplinită de o substanță cu proprietăți speciale.

Trecerea de la nivelul macro la nivelul micro este un model care descrie procesul de trecere la un alt FOP în direcția îmbunătățirii sistemului.

Din exemplele de mai sus este clar că următorul pas în dezvoltarea tehnologiei poate fi realizat în diferite direcții în conformitate cu modelele descrise: pe calea evoluției constructive; în conformitate cu regularitatea dezvoltării în etape a tehnologiei; pe calea dinamizării; trecerea la nivelul micro.

lansa motor V imponderabilitate

Propulsoare suplimentare de creat

accelerare usoara

Diafragma de deplasare

Dispozitiv de admisie capilară

FPD2
Surse

electricitate

Electrostatic

generator

stâlp voltaic

Panouri solare

Piezoelectric

convertor

celule de combustibil

Baterie chimică

Electrodinamic

generator

Orez. 22. Exemple de dezvoltare a TO prin trecerea la nivel micro

Echipamente de imprimare si copiere

Plăci de imprimare rigide

Imprimante matriciale

mașină de scris mecanică

Mașină de scris electrică

Imprimante cu jet de cerneală

Imprimante laser

Fotocopiatoare

Utilizarea câmpurilor electrostatice ("Era", "Vega", "Xerox")

Dinamizarea

Adăugarea de PE

Trecerea la alt FPD

Orez. 23 Modificarea principiului fizic de funcționare al tehnicii înmulțirii

Un exemplu ilustrativ este dezvoltarea perechilor de frecare.

1. Rulment albe.

2. Rulment de rulare (bile, role).

3. Rulmenți hidrostatici - arborele nu vine în contact cu cușca, ci plutește în ulei, care umple golul sub presiune. Se dovedește un suport hidrostatic fără contact.

5. Suporturi gazostatice. Gazul este injectat sub presiune prin bucșe poroase, care sunt suporturile sale.

6. Suport gaz-dinamic. Pentru arborii de mare viteză, presiunea gazului este creată sub acțiunea forțelor centrifuge.

7. Suporturi magnetice – interacțiunea câmpului.

fonograf Edison

Casetofon - bandă magnetică

Gramofon - discuri de gramofon

Recorder electric - recorduri

Înregistrarea sunetului pe film

înregistrarea sunetului

Înregistrare sunet cu laser

evolutie constructiva

FPD nou

Evoluție structurală, dezvoltare în etape - adăugarea PE

Schimbarea FPD

Orez. 24. Schimbarea principiului fizic al înregistrării sunetului

Tranziția la un alt FPD duce la o schimbare calitativă bruscă a tehnologiei. De exemplu, pentru identificarea produselor, s-au folosit mai întâi etichete tipărite, apoi coduri de bare, etichete magnetice, etichete radio. În viitor, toate informațiile despre produs vor fi încorporate într-un microcip. În consecință, se modifică și echipamentele de citire a informațiilor (fotocelule, scanere magnetice, transceiver).

Modificările succesive ale sistemului tehnic inițial pot începe cu separarea unei substanțe, cu combinarea acesteia cu o altă substanță, cu modificarea formei, apoi obținerea unor substanțe cu o structură dată și alte transformări (Fig. 25).

Trecerea la un alt principiu fizic de acțiune - utilizarea interacțiunilor intermoleculare, interatomice, a efectelor cuantice, a structurilor la scară nanometrică, duce la utilizarea proprietăților ascunse și profunde ale substanțelor pentru implementarea unei operații fizice.

De exemplu, LED-urile înlocuiesc lămpile cu incandescență utilizate ca indicatoare și pentru iluminarea instrumentelor; Tubul cu raze catodice, în care fasciculul de electroni face ca ecranul să strălucească, este înlocuit cu ecrane cu cristale lichide, în care cristalul lichid rotește unghiul de polarizare a luminii în funcție de tensiunea aplicată acestuia.

În sistemele tehnice se folosesc tot mai mult materiale cu proprietăți deosebite, de exemplu, cu efect de memorie a formei care își schimbă culoarea în funcție de temperatură, materiale fotocromatice, ochelari cameleon etc.

Agregate de molecule

dispersat

Stratificat, fibros, matrice

continuu

(omogen)

Molecule, atomi, ioni

Particule elementare

perforat

Material poros capilar (CPM)

KPM ion-activ

CPM cu o structură dată

Orez. 25. Schema trecerii materiei la micronivel

Astfel, un nou FPD se formează nu datorită creșterii numărului de componente ale sistemului tehnic în ansamblu, ci datorită unei modificări a componentelor și structurii substanței în sine, precum și a organizării câmpului lor material. interacţiune.

Această poziție este bine ilustrată de realizările nanotehnologiilor, care se bazează pe implementarea interacțiunilor atomo-moleculare locale. Obiectele unor astfel de interacțiuni au dimensiuni de la 1 la 100 nm. Multe dintre funcțiile dispozitivelor semiconductoare pot fi acum îndeplinite prin utilizarea nanotuburilor de carbon.

Nanotuburile sunt a treia formă alotropică de carbon (după grafit și diamant). Sunt cilindri rulați din unul sau mai multe planuri de grafit, cu grosimea de câțiva atomi. În funcție de dimensiunea și forma lor, pot avea proprietăți conductoare sau semiconductoare. Nanodiodele și nanotranzistoarele construite folosindu-le sunt de sute de ori mai mici decât tranzistoarele și diodele existente. Pe baza nanotuburilor, se propune fabricarea dispozitivelor de memorie (nanomemory), nanoinvertoare, nanomotoare. Sunt dezvoltate noi materiale cu o nanostructură sau cu un nanorelief care au proprietăți unice: autocurățare, rezistență la uzură, rezistență a culorii etc.

3.4.5 Model de contracție-desfăşurare a unui sistem tehnic

Acest model reflectă tendințele de dezvoltare a sistemelor tehnice în ceea ce privește restructurarea acestora.

Una dintre modalitățile de a crește gradul de idealitate al sistemelor tehnice este îmbunătățirea performanței SPF-ului, creșterea numărului de funcții efectuate cu aceiași sau mai puțini factori de rambursare. Acest lucru se realizează prin crearea TO universală, care în procesul de evoluție constructivă duce la complicarea sistemului tehnic.

Orez. 26. Cheie universală

Într-un obiect tehnic, principala funcție utilă (GPF) efectuate direct de corpul de lucru. Prin urmare procesul implementarea sistemului tehnicîncepe din momentul nașterii TS, adică a creației centru functional - corp de lucru, la care se adaugă componente care îmbunătățesc performanța GPF-ului. În același timp, structura TS devine mai complicată (Fig. 27).

((RO  Tr)   PE)   OS

Implementare

Coagulare

Orez. 27. Model de colaps-desfăşurare a unui sistem tehnic

Implementarea vehiculului continuă mai întâi în cadrul conceptului de design existent și apoi atunci când se modifică.

Aceasta duce la o creștere a numărului de componente și, în consecință, la complexitatea întreținerii. Apoi, noile progrese în știință și tehnologie fac posibilă abandonarea unui număr de noduri în favoarea unuia care îndeplinește mai multe funcții. Începe procesul de reducere a TS, care este însoțit de o îmbunătățire a performanței GPF.

Prin urmare, implementare TO este procesul de adăugare de noi componente funcționale. GPF-ul rămâne, dar are performanțe mai bune. Cerința principală este ca în procesul de implementare să existe o creștere a proprietăților de consum ale obiectului tehnic. În acest caz, complicația TO apare din cauza creșterii numărului de componente și a conexiunilor dintre ele.

Trebuie remarcat faptul că în dezvoltarea sistemelor tehnice reale apar mai multe regularități simultan, de exemplu, Fig. 28.

stilou de scris

Pana de gasca

stilou din oțel

Pix cu bila

stilou cu pâslă

Material natural modificat

Evolutie structurala -

schimbare materială

Formarea bisistemului

RO + rezervor de cerneală

Pix cu capac

Pix retractabil

Dinamizarea

Bisistem

Orez. 28. Dezvoltarea stiloului de scris

Proces coagulare caracterizată prin faptul că numărul componentelor din sistemul tehnic scade. Funcțiile componentelor desființate sunt transferate altor componente sau supersistemului.

Întrucât GPF efectuează RO, numai componentele care îndeplinesc funcții de bază sau auxiliare pot fi desființate. Prin urmare, plierea TO are loc în ordinea inversă a implementării. În limită, sistemul tehnic poate fi redus la corpul de lucru.

Acest proces este pe deplin în concordanță cu legea creșterii gradului de idealitate: sistemul tehnic își reduce BEM (masă-dimensiuni-energie) în același timp îmbunătățind performanța GPF.

Procesul de reducere poate fi efectuat atât în ​​timpul evoluției constructive a TO, cât și în procesul de „tranziție la micronivel”, adică la schimbarea principiului de funcționare a unor componente ale TO, care se observă mult mai des.

Pe de o parte, în conformitate cu modelul de desfășurare a etapei, componentele sunt adăugate la RO, obiectul tehnic devine mai complex, acesta dislocat la un sistem tehnic complet. Aceasta este caracteristică etapei de evoluție constructivă.

Pe de altă parte, în conformitate cu legea idealității în creștere, sistemele tehnice tind să reducă numărul de componente - reducerea TS.

Trecerea de la nivel macro la nivel micro este adesea însoțită de o combinație de funcții într-o singură componentă (de exemplu, senzorii semiconductori și un circuit de punte pentru procesarea semnalului sunt realizate într-un microcircuit). Numărul componentelor TS devine mai mic, dar fiecare dintre ele devine multifuncțională, adică există o simplificare a structurii sistemului tehnic, a acestuia coagulare.

Procesele de pliere și extindere sunt întotdeauna însoțite de apariția punctelor bifurcații(din lat. bifurcus bifurcated), adică diviziune, ramificare. O parte a obiectelor tehnice se dezvoltă pe calea evoluției constructive, cealaltă se dezvoltă pe linia dinamizării, iar a treia se datorează trecerii la nivel micro. Aceste procese sunt însoțite de o schimbare bruscă a proprietăților unui obiect tehnic.

G. S. Alshuller a remarcat că una dintre direcțiile pentru desfășurarea unui TS este combinarea acestuia cu un alt sistem tehnic - formarea unui bisistem, a cărui eficiență este mai mare decât cea a două sisteme slab cuplate. El a numit acest proces „tranziție la supersistem”. Atunci formarea de polisisteme este posibilă.

El a remarcat, de asemenea, că eficiența TS poate fi crescută prin dezvoltarea conexiunilor între elemente, precum și prin „creșterea diferenței dintre elemente”, adică prin combinarea sistemelor cu proprietăți opuse (Fig. 29 Fig.). Într-adevăr, linia de dezvoltare: „mono - bi - poly - new rolled up system” poate fi urmărită în multe TO.

De exemplu, o creștere a ratei de foc a unei arme a mers pe linie: un pistol cu ​​o singură țeavă (pistol), - unul cu țeavă dublă, - o pușcă cu încărcare multiplă (revolver), - o carabină, - o mașină pistol, o mașină automată.

Sinteza de bi- și polisisteme se poate obține prin combinarea: TS omogen; sisteme cu caracteristici deplasate; sisteme cu proprietăți opuse.

Bisistem parțial prăbușit

2A 1

Bisistem nou

Bisistem parțial prăbușit

2B 1
Monotemă

Bisistem pliat complet (monosistem nou)

Bisistem

Orez. 29 Schema dezvoltării sistemului tehnic

3.4.6 Model de dezvoltare interconectată și neuniformă

Esența acestui tipar este că progresul unei ramuri a tehnologiei (sau a unei anumite clase de TO) contribuie la dezvoltarea altor industrii (sau clase de TO), este un stimulent pentru introducerea realizărilor științifice și tehnice în alte industrii. industrii.

Am apelat de mai multe ori la legile dezvoltării anumitor sisteme. Sistemele tehnice nu fac excepție, iar în dezvoltarea lor se pot observa și anumite relații stabile, recurente, care pot fi considerate naturale. Dezvoltarea sistemelor tehnice este de obicei considerată din diferite puncte de vedere. Alegem o abordare bazată pe luarea în considerare a legilor dialecticii și generalizarea datelor empirice privind dezvoltarea tehnologiei.

Formulăm o serie de cerințe pentru legile de dezvoltare a sistemelor tehnice, care ne permit să identificăm între nenumăratele varietati de relații diferite - cu adevărat semnificative, stabile, repetitive.

1. Legile dezvoltării sistemelor tehnice trebuie să exprime dezvoltarea reală a tehnologiei și, prin urmare, trebuie identificate și confirmate pe baza unei cantități destul de reprezentative de brevete și informații tehnice, un studiu profund al istoriei dezvoltării diverselor sisteme tehnice.

2. Legea dezvoltării este o relație esențială pentru dezvoltare și, de aceea, trebuie identificată și confirmată pe baza unor invenții de un nivel suficient de înalt (nu mai mic decât al treilea), întrucât invenția unor niveluri inferioare practic. nu schimbă (sau schimbă puțin) sistemul original și nu poate servi ca instrument de dezvoltare.

3. Legea dezvoltării sistemelor tehnice formează un sistem pentru care supersistemul este legile dialecticii, deci nu ar trebui să le contrazică pe acestea din urmă. Contradicțiile „interne” dintre legile (regularitățile) identificate în conformitate cu cerințele anterioare ar trebui să indice prezența altor modele, încă neclare, care „reglementează” relația dintre legile identificate.

4. Legile dezvoltării sistemelor tehnice ar trebui să fie instrumentale, adică să ajute la găsirea de noi instrumente specifice pentru rezolvarea problemelor, prezicerea dezvoltării etc. și să se asigure că din acestea se desprind concluzii și recomandări concrete.

5. Fiecare lege identificată ar trebui să permită posibilitatea verificării ei în practică pe baza materialelor fondului de brevete și în rezolvarea problemelor și problemelor practice.

6. Legile și modelele dezvăluite ar trebui să aibă o formă „deschisă”, adică să permită îmbunătățiri suplimentare pe măsură ce tehnologia se dezvoltă și se acumulează noi materiale brevetate.

Primul sistem de legi pentru dezvoltarea sistemelor tehnice care satisface cerințele de mai sus a fost elaborat de G.S. Altshuller la începutul anilor șaptezeci. În prezent, se lucrează în continuare pentru identificarea, studierea și rafinarea legilor de dezvoltare a sistemelor tehnice și dezvoltarea aplicării acestora. Astăzi este clar că cunoașterea legilor de dezvoltare a sistemelor tehnice face posibilă nu numai rezolvarea problemelor existente, ci și prezicerea apariției unor noi probleme, prezicerea dezvoltării tehnologiei mult mai precis decât metodele tradiționale de prognoză.

Etapele dezvoltării sistemelor tehnice.

În secolul al XIX-lea s-au stabilit câteva modele generale de dezvoltare a diferitelor sisteme biologice: creșterea coloniilor de bacterii, populațiilor de insecte, greutatea fătului în curs de dezvoltare etc. in functie de timp. În anii douăzeci ai secolului XX, s-a demonstrat că diverse sisteme tehnice trec prin etape similare în dezvoltarea lor. Curbele reprezentate în axele de coordonate, unde pe verticală au trasat valorile numerice ale uneia dintre principalele caracteristici operaționale ale sistemului (de exemplu, viteza pentru o aeronavă, puterea pentru un generator electric etc.), iar pe orizontală - " vârsta" a sistemului tehnic sau costurile dezvoltării acestuia, a primit denumirea în formă de S (în funcție de aspectul curbei)

Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că o astfel de curbă este o anumită idealizare.

Curbele în formă de S sunt mai degrabă o ilustrare a dezvoltării calitative a sistemelor tehnice.

Etapa 1- „naşterea” şi „copilăria” sistemului tehnic.

Un nou sistem tehnic apare la un anumit nivel de dezvoltare a științei și tehnologiei, când sunt îndeplinite două condiții principale: este nevoie de sistem și există oportunități pentru implementarea lui. Aceste condiții, de regulă, nu sunt îndeplinite simultan și, de obicei, una stimulează apariția celeilalte: o nevoie recunoscută de societate direcționează eforturile oamenilor de știință și inginerilor de a o implementa, sau un sistem deja creat deschide noi posibilități de împlinire.

Circumstanțele nașterii unui nou sistem tehnic sunt determinate de nivelul acestuia noutate.

Sistemul de pionierat, care nu are analogi, are cea mai mare noutate.a ajuns la nivelul necesar pentru crearea lui.

Etapa 2- o perioadă de dezvoltare intensivă a sistemului tehnic. Conținutul principal al acestei etape este dezvoltarea rapidă, asemănătoare unei avalanșe, ca o reacție în lanț a sistemului.

O trăsătură caracteristică a acestei etape de dezvoltare este extinderea activă a noului sistem - „forța” alte sisteme învechite din nișe ecologice, dă naștere la multe modificări și varietăți adaptate diferitelor condiții.

Principala forță motrice a dezvoltării în a doua etapă este nevoia socială, care se manifestă sub forma unui anumit tip de pretenții împotriva sistemului.

3 - 4 etape- „bătrânețea” și „moartea” sistemului tehnic.

Conținutul principal al etapei este stabilizarea parametrilor sistemului. O mică creștere a acestora se observă încă la începutul etapei, dar mai târziu dispare în ciuda faptului că investițiile de forțe și mijloace sunt în creștere. Complexitatea și intensitatea științei sistemului crește brusc, chiar și creșterile mici ale parametrilor necesită, de regulă, cercetări foarte serioase. În același timp, eficiența sistemului rămâne ridicată, deoarece chiar și o mică îmbunătățire, înmulțită cu producția de masă, se dovedește a fi eficientă.

Încercările de îmbunătățire a sistemului, indiferent de costuri, duc la o scădere a eficienței acestuia din cauza creșterii disproporționate a costurilor și a complexității realizate. În cele din urmă, vechiul sistem, învechit, „moare”, este înlocuit cu unul fundamental nou, mai progresiv, care are noi oportunități de dezvoltare ulterioară.

În general, pentru sistemele tehnice sunt identificate 7 regularități ale dezvoltării lor.

Caracteristicile dezvoltării sistemelor complexe.

Fiecare dintre subsistemele incluse în sistem, luate în considerare separat, în dezvoltarea lui parcurge toate cele trei etape, ilustrate prin curba în formă de S.

În general, pentru un sistem complex, curba în formă de S este una integrală, constând dintr-un mănunchi de curbe individuale pentru fiecare dintre subsisteme. Dezvoltarea unui sistem este de obicei limitată de subsistemul său „cel mai slab”, ale cărui resurse sunt epuizate mai întâi (de exemplu, viteza unei escadrile este egală cu viteza celei mai lente nave). Un subsistem care și-a epuizat resursele devine o frână pentru întregul sistem, iar dezvoltarea ulterioară este posibilă numai după înlocuirea subsistemului „degradat”.

Exemplu:

Au existat mai multe astfel de „coturi” în dezvoltarea aeronavei. Primul - în anii 20, când conceptul aerodinamic al aeronavei - un biplan montat pe rack sau cu bare cu tren de aterizare fix, un cockpit deschis, își epuizase posibilitățile de dezvoltare. Un nou concept (un monoplan cu tren de aterizare retractabil, cu un cockpit închis și o elice cu pas controlabil) a permis o creștere bruscă a vitezei de zbor, dar în anii patruzeci a atins o nouă limită - ineficiența elicei la o viteză de 700 de kilometri. pe ora. Această limită a fost asociată cu imperfecțiunea designului aripii și a fost depășită la sfârșitul anilor patruzeci prin trecerea la aripa măturată.

2. Deplasarea unei persoane din mediul tehnic.

În procesul de dezvoltare a unui sistem tehnic, o persoană este îndepărtată treptat din acesta, adică tehnologia preia treptat funcțiile îndeplinite anterior de o persoană, apropiindu-se astfel de un sistem complet (fără participarea umană).

Funcția de orientare a pieselor în ștanțare, care este îndeplinită cu ușurință de un muncitor neinstruit, este dificilă pentru un robot. Pe de altă parte, o mașină poate folosi avantajele „mașinii” - viteză mare și precizie a mișcării, dezvolta eforturi mari, lucrează în medii inaccesibile oamenilor. Prin urmare, deplasarea unei persoane din sistemul tehnic este foarte adesea asociată cu trecerea la noi principii de acțiune, noi tehnologii.

Conceptul de sisteme tehnice, legile structurii și dezvoltării sistemelor tehnice

După cum sa menționat la paragraful 1.2, conceptele de „tehnologie” și „tehnologie” nu sunt identice: tehnologia este doar unul dintre mijloacele de implementare a tehnologiei. Urmând aceeași logică, este necesar să se facă distincția între sistemele tehnologice și cele tehnice și, prin urmare, să se cunoască diferențele în modelele de formare și dezvoltare a acestora.

Sistem tehnic include o colecție spațială de elemente interconectate care formează ceva întreg, concepute pentru a realiza unul sau mai multe

funcții și necesare fie direct unei persoane, fie altor dispozitive tehnice.

Evident, sistemul tehnic este un sistem material. Poate fi studiat, îmbunătățit, modificând intenționat elementele sale constitutive. Cele mai importante componente ale oricărui sistem tehnic sunt: ​​corpul de lucru (actuatorul), sursa de energie (acţionarea), transmisia (mecanismul de transmisie) şi corpul de comandă.

De asemenea, este evident că sistemele tehnice care îndeplinesc aceeași funcție pot, totuși, să difere unele de altele prin principiul funcționării lor și, prin urmare, prin elementele lor constitutive.

Ideea necesității unui sistem tehnic se realizează prin principiul funcționării, care asigură posibilitatea funcționării acestuia cu ajutorul unui corp de lucru adecvat - elementul principal al oricărui sistem, sub care sunt selectate toate celelalte elemente. La rândul său, principiul adecvat de funcționare este selectat din legile cunoscute ale naturii.

Astfel, crearea intenționată a unui nou sistem tehnic parcurge următoarele etape: necesitatea unei persoane (societate) - apariția unei idei - căutarea cunoștințelor relevante - determinarea principiului de funcționare al sistemului - alegerea un corp de lucru - selecția altor elemente ale sistemului.

Sistemul va fi operațional dacă toate cele patru organe sunt minim eficiente. Îmbunătățirea eficienței (funcționalității) sistemului are loc datorită îmbunătățirii tuturor organelor sale. Această îmbunătățire are loc în mod inegal - acum unul, apoi un alt element din dezvoltarea sa iese înainte și îi forțează și pe ceilalți să se îmbunătățească. Dar vine o perioadă în care tot posibilul este stors din rezervele tuturor elementelor și nu există nimic și nicăieri de îmbunătățit în continuare - sistemul și-a epuizat capacitățile. Ea fie moare (de exemplu, un pix ca suport de scris, o lanternă), fie se oprește în dezvoltarea sa (un creion, o lampă cu incandescență), fie corpul său de lucru intră într-un sistem nou (o mină a unui creion obișnuit - în un creion colt).

Astfel, istoria dezvoltării unui sistem tehnic poate fi reprezentată ca o diagramă formată dintr-un lung lanț de sisteme succesive cu diferite principii de funcționare, subsisteme, supersisteme, conexiuni între ele. O astfel de schemă se numește „operator de sistem”, deoarece vă permite să navigați în întreaga genetică a sistemului sau o „schemă de gândire cu mai multe ecrane”.

Cu cât mintea umană poate vedea mai multe „ecrane”, cu atât mai multe conexiuni de stabilit și de luat în considerare, cu atât este mai ușor de acceptat obiectivitatea legilor dezvoltării sistemelor tehnice.

În prezent, au fost formulate următoarele legi ale structurii și dezvoltării tehnologiei:

Legile constructiilor:

1. Legea corespondenței dintre funcție și structură.

Esența acestei legi este că într-un sistem tehnic proiectat corespunzător, fiecare element - de la ansambluri complexe la piese simple, are o funcție (scop) bine definită pentru a asigura funcționarea acestui sistem. Astfel, sistemele tehnice proiectate corespunzător nu au detalii inutile.

Utilizarea legii este cea mai eficientă atunci când se caută soluții de proiectare și tehnologia mai raționale și mai eficiente pentru noi sisteme tehnice.

2. Legea de corelare a parametrilor unei serii omogene de tehnologie
sisteme ice.

O serie omogenă include astfel de sisteme tehnice care au aceeași funcție, structură, condiții de lucru (în sensul interacțiunii cu obiectele muncii și mediul) și diferă doar prin valorile parametrului principal (de exemplu, dimensiunea).

3. Legea simetriei sistemelor tehnice.
Un sistem tehnic care este expus mediului în

sub formă de fluxuri de materie, energie sau informație, trebuie să aibă un anumit tip de simetrie.

4. Legea seriei omoloage.

Legea seriei omoloage (din gr. omologi- corespunzătoare, asemănătoare) în variabilitatea ereditară a fost formulată de N.I. Vavilov, care a stabilit paralelismul în variabilitatea grupurilor înrudite de plante. Ulterior s-a descoperit că la baza acestui fenomen se află omologia genelor (structura lor moleculară identică și asemănarea în ordinea de aranjare în cromozomi) la speciile înrudite.

În analiza genetică a obiectelor artificiale, acestea pot fi comparate cu obiecte ale vieții sălbatice, fiecare dintre ele a atins, de asemenea, un nivel foarte înalt de dezvoltare și este perfectă în felul său. Diferența fundamentală dintre ele este că evoluția viețuitoarelor – de la cea mai simplă amibă până la cele mai complexe organisme proteice – a avut loc în condiții naturale de interacțiune a acestora cu mediul înconjurător ca luptă pentru supraviețuire. Și fiecare etapă a acestei îmbunătățiri este și rezolvarea unei contradicții, dar care a apărut, de exemplu, în legătură cu

Zee cu o schimbare bruscă a temperaturii sau cu dispariția unei specii care a servit ca hrană tradițională a altuia etc.

Astfel, legea seriei omoloage face posibilă prezicerea destul de precisă a apariției unor noi soluții tehnice.

Legile de dezvoltare:

1. Legea evoluției progresive a tehnologiei.

Funcționarea legii evoluției progresive în lumea tehnologiei este similară cu funcționarea legii lui Darwin a selecției naturale în viața sălbatică. Esența sa constă în faptul că într-un obiect tehnic cu aceeași funcție, fiecare trecere de la generație la generație este cauzată de eliminarea principalului defect (defecte) care a apărut, asociat cu îmbunătățirea oricărui criteriu (indicator) de dezvoltare. în prezenţa anumitor condiţii tehnice şi economice. Dacă luăm în considerare toate tranzițiile de la generație la generație, i.e. întreaga istorie a evoluției constructive a unei anumite clase de tehnologie, atunci se pot observa modelele de epuizare a posibilităților de proiectare și soluții tehnologice la trei niveluri.

La primul nivel, parametrii individuali ai soluției tehnice utilizate sunt îmbunătățiți. Atunci când modificarea parametrilor nu mai are un efect semnificativ, modificările se fac la al doilea nivel - prin trecerea la o soluție tehnică mai eficientă, dar fără modificarea principiului fizic de funcționare. Se desfășoară cicluri la primul și al doilea nivel până când, în cadrul principiului de acțiune utilizat, sunt epuizate posibile noi soluții tehnice care asigură o îmbunătățire a indicatorilor de interes. După aceea, la al treilea nivel are loc o schimbare revoluționară - o tranziție la un nou principiu de funcționare, mai progresiv, etc.

În legea evoluției progresive, epuizarea funcționalității și eficienței unui proiect nu este doar o formalitate: până la atingerea parametrilor optimi nu se poate trece la o nouă soluție tehnică sau la un nou principiu de funcționare.

Modelul de epuizare funcționează numai în anumite condiții: dacă, în prezența potențialului științific și tehnic necesar, trecerea la o nouă soluție tehnică sau la un principiu fizic de funcționare oferă o eficiență suplimentară care depășește costurile, atunci un salt la o nouă soluție tehnică. sau principiul fizic de funcționare poate apărea fără a epuiza posibilitățile celor anterioare.

2. Legea dezvoltării în etape a sistemelor tehnice. Orice sistem tehnic în dezvoltarea sa trece prin patru etape principale:

1) sistemul tehnic implementează numai funcția de prelucrare a obiectului muncii (funcția tehnologică);

2) alaturi de sistemul tehnologic, sistemul tehnic implementeaza functia de furnizare a procesului cu energie (functia energetica);

3) sistemul tehnic, pe lângă sistemele tehnologice și energetice, implementează funcția de control al procesului;

4) sistemul tehnic, pe lângă toate funcțiile anterioare, implementează și funcția de planificare, excluzând o persoană din procesul tehnologic.

Trecerea la etapa următoare are loc atunci când posibilitățile naturale ale unei persoane în îmbunătățirea îndeplinirii unei funcții fundamentale - satisfacerea nevoilor societății - sunt epuizate. Un exemplu de dezvoltare în etape a sistemelor tehnice este dat în tabel. 5.1.

Tabelul 5.1

Etapa de dezvoltare a sistemelor tehnice

Funcția principală a sistemului tehnic	Funcția tehnologică (TF)	TF + funcție de energie (EF)	TF + EF + + funcție de control (FU)	TF + EF + + FU + funcția de planificare
Măcinarea cerealelor	Pietre de moară din piatră acţionate manual	Pietre de moară de piatră acționate de o roată de apă sau de un motor cu abur	Moara cu sistem de control automat (ACS)	Moara cu ACS, primind o sarcina de la un sistem automat de planificare a lucrarilor
Mișcarea pe suprafața apei	Navă cu vâsle (impuls muscular)	Navă cu pânză (se mișcă cu energia eoliană)	Barcă cu aburi (se mișcă cu puterea aburului cu capacitatea de a controla)	Navă modernă cu sistem de navigație computerizat

3. Legea extinderii setului de nevoi-funcţii.În prezența potențialului necesar și a fezabilității socio-economice, o nouă nevoie care a apărut este satisfăcută cu ajutorul sistemelor tehnice nou create; în acest caz, apare o nouă funcție, care există atâta timp cât implementarea ei va îmbunătăți viața oricui.

4. Legea creșterii diversității sistemelor tehnice.

Varietatea sistemelor tehnice din lume, țară sau industrie, precum și o clasă separată de sisteme tehnice care au aceeași funcție, datorită necesității de a satisface cât mai pe deplin nevoile umane, asigură rate ridicate de productivitate a muncii și îmbunătățește alte criterii pentru dezvoltarea progresivă a tehnologiei, monoton și rapid crește în timp. Numărul de noi sisteme tehnice într-o perioadă de timp t(N(t)) crește exponențial

5. Legea complexității crescânde a obiectelor tehnice.

Complexitatea obiectelor tehnice cu aceeași funcție, datorită factorilor dezvoltării treptate a tehnologiei și evoluției constructive progresive a sistemelor tehnice, crește monoton și rapid din generație în generație.

Rezumând cele de mai sus, formulăm postulat teoria rezolvării inventive a problemelor: sistemele tehnice se dezvoltă conform legilor existente în mod obiectiv: aceste legi sunt cognoscibile, pot fi identificate și utilizate pentru dezvoltarea conștientă a sistemelor tehnice, care are loc în direcția comună tuturor sistemelor: creșterea nivelului idealității lor.