Вещественные связи это контактные связи, чаще всего механические, например, соединение деталей в корпусе, соединение проводов, труб, трансмиссии и т. д.
К энергетическим связям могут быть отнесены, например, электрические провода и кабели, топливные трубопроводы, бесконтактная передача энергии, например, индукционная и т. д.
К информационным связям могут быть отнесены, например, провода, по которым осуществляется передача информации, контроль и управление, все виды беспроводной связи и т. д., и т. п.
Полезные связи обеспечивают выполнение полезных функций.
Бесполезные связи это, как правило, лишние связи, не создающие полезной работы и не выполняющие полезные функции. Это избыточные связи, которые желательно устранить.
Вредные связи это связи, создающие вредные действия (вредные функции). Этот вид связей необходимо устранять в первую очередь.
Отсутствующая связь возникает в случаях, когда при проектировании не учли какую-то полезную связь или после проектирования, возникла необходимость в новой связи, а она не предусмотрена. Такую связь мы называет отсутствующей.
Постоянная связь это связь, которая не меняется в процессе работы системы, например, связь элементов в корпусе.
Временная связь это связь, которая со временем исчезает, например, стрела имеет связь с луком только во время прицеливания.
Динамическая связь это связь, изменяющаяся во времени, например, в телефоне имеется связь с абонентом только во время разговора, потом она отключается. При необходимости эта связь может быть восстановлена. Практически в любом электронном приборе, транзистор подключает и отключает сигнал.
Контактные связи осуществляются с помощью веществ вещественные связи (механические соединения, трубопроводы, провода и т. п.).
Бесконтактные связи осуществляются с помощью полей (весь диапазон электромагнитных излучений: радиоволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновские и гамма-излучения; электрическое и магнитное поля; звуковые поля и т. д.).
Система управления
Система управления обеспечивает функции контроля и управления объектом.
Историческая справка
Хотелось бы напомнить, как развивалось понятие «техническая система» начиная с 19 века.
В 1843 г. В. Шульц описал прототип закона полноты частей системы. Он писал, что «можно провести границу между орудием и машиной: заступ, молот, долото и т. д., системы рычагов и винтов, для которых, как бы искусно они ни были сделаны, движущей силой служит человек все это подходит под понятие орудия; между тем плуг с движущей его силой животных, ветряные мельницы следует причислить к машинам»36.
Чуть позже некоторые законы развития техники были описаны К. Марксом и Ф. Энгельсом.
К. Маркс описал эти законы в разделе «Развитие машин»37: « различие между орудием и машиной устанавливают в том, что при орудии движущей силой служит человек, а движущая сила машины сила природы, отличная от человеческой силы, например, животное, вода, ветер и т. д.»38. Далее К. Маркс пишет: «Всякое развитое машинное устройство состоит из трех существенно различных частей: машиныдвигателя, передаточного механизма, наконец, машины-орудия, или рабочей машины. Машина-двигатель действует как движущая сила всего механизма. Она или сама передает свою двигательную силу или как паровая машина, калорическая машина, электромагнитная машина и т. д., или же получает импульс извне, от какой-либо готовой силы природы, как водяное колесо от падающей воды, крыло ветряка от ветра и т. д. Передаточный механизм, состоящий из маховых колес, подвижных валов, шестерен, эксцентриков, стержней, передаточных лент, ремней, промежуточных приспособлений и принадлежностей самого разного рода, регулируют движения, изменяет, если это необходимо, его форму, например, превращает из перпендикулярного в круговое, распределяет его и переносит на рабочие машины. Обе эти части механизма существуют только затем, чтобы сообщить движение машине-орудию, благодаря чему она захватывает предмет труда и целесообразно изменяет его. Первоначально машина-орудие (рабочая машина) представляла в очень измененной форме все те же аппараты и орудия, которыми работают ремесленник или мануфактурный рабочий, но это уже орудия не человека, а орудия механизма, или механические орудия»39.
В терминах, принятых в ТРИЗ, на наш взгляд, описанные понятия можно представить:
Орудие это рабочий орган или инструмент;
Машина видимо, можно так и оставить.
По Марксу «машинное устройство» состоит из частей:
машинадвигатель;
передаточный механизм;
машина-орудие, или рабочая машина.
В ТРИЗ эти понятия Г. С. Альтшуллер называл:
машинадвигатель двигатель;
передаточный механизм трансмиссия;
машина-орудие, или рабочая машина рабочий орган.
В первых работах Г. С. Альтшуллера он говорит о машинах и процессах40.
Состав компонентов технической системы (ТС) Г. С. Альтшуллер впервые описал в 1977 г. в работе41, а позже в книге «Творчество как точная наука»42 и позже в43 [6].
Практически с этого времени появилось понятие о ТС.
К ранее введенным компонентам «машинного устройства» (машинадвигатель, передаточный механизм, машина-орудие, или рабочая машина) Г. С. Альтшуллер добавил «орган управления».
Таким образом, Г. С. Альтшуллер практически ввел понятие, что считать системой. Он это описал в виде закона полноты частей системы.
По Альтшуллеру система должна состоять из:
Двигателя;
Трансмиссии;
Рабочего органа;
Органа управления.
Таким образом можно говорить о понятиях:
Орудие или инструмент;
Машина;
Техническая система.
Орудие или инструмент содержат рабочий орган и трансмиссию и не содержит двигатель и органа управления. К ним относятся ручные инструменты, например, молоток, нож, ножницы, лопаты и т. д.; механические механизмы, например, ручная дрель и т. д.; приспособления, например, различные приспособления для кухни, типа ручной кофемолки, различных измельчителей, не содержавших двигатель и т. д. При работе с ними функции двигателя и системы управления выполняет человек.
Машина содержит рабочий орган, трансмиссию и двигатель и не содержит систему управления. Функцию системы управления выполнял человек.
Техническая система содержит все перечисленные выше компоненты: рабочий орган, трансмиссию, двигатель и орган управления.
Автор предлагает рассматривать отдельно эти три понятия и не называть любой объект системой.
4.3.3. Закономерность избыточности
Необходимым условием принципиальной работоспособности
системы является наличие избыточности системы.
Избыточность это закономерность, по которой приблизительно 20% функций, элементов и связей системы выполняют около 80% работы.
При создании работоспособной системы нужно учитывать, что для выполнения какой-либо работы, кроме основных элементов и связей (выполняющих главную функцию), необходимо еще приблизительно 80% вспомогательных, причем они, как правило, выполняют только 20% основной работы. Учитывая это, следует предусмотреть лишний расход вещества, энергии и информации (приблизительно 20% на обеспечение главной функции и 80% основных и вспомогательных).
В общем виде закономерность избыточности формулируется как «20% усилий дают 80% результата, а остальные 80% усилий лишь 20% результата»44.
Эта закономерность была открыт итальянским экономистом и социологом Вильфредо Парето (Vilfredo Federico Damaso Pareto) в 1897 году. Он получил название «Закон Парето» или «Принцип Парето».
Избыточность может быть:
функциональной;
структурной.
Функциональная избыточность определяется тем, что для обеспечения работоспособности системы, помимо главной функции, необходимо выполнять еще основные и вспомогательные функции.
Структурная избыточность определяется необходимостью введения дополнительных элементов и связей, кроме рабочего органа, для обеспечения работоспособности системы; наличием, как минимум, источника и преобразователя энергии, системы управления и связи.
Избыточность особо велика, когда к системе предъявляются повышенные требования.
Это наиболее характерно для систем безопасности и спасательных средств, медицинского оборудования, военной техники, сложных научных исследований, спортивного оборудования, предметов роскоши, массовых праздников и т. п. Все они, как правило, имеют средства дублирования, значительные запасы (мощности, энергии, провиантов, медицинских препаратов, боеприпасов и т. п.) или «излишества», роскошь.
Дублирование может быть в виде второго, точно такого же, комплекта систем или подобных систем структурное дублирование. Часто в качестве дублирования используется альтернативную систему, выполняющую точно такую же или более общую функцию. Это вид функционального дублирования.
4.4. Закон проводимости потоков
4.4.1. Общее представление
Необходимым условием принципиальной работоспособности системы является проход потоков вещества, энергии и информации к требуемому элементу системы.
Вещество, энергия и информация должны проходить от источника потока до требуемого элемента, совершая необходимые преобразования и выполняя соответствующие полезные функции.
Создание правильных потоков обеспечивает необходимую функциональность и работоспособность системы. Отсутствие хотя бы одного жизненно-важного потока делает систему не работоспособной.
4.4.2. Потоки
Понятие о потоках было дано раньше (п. 1.6).
Напомним, что поток может быть:
вещества;
энергии;
информации.
Поток вещества обеспечивает транспортировку вещества в различных агрегатных состояниях (например, в твердом, гелеобразном, жидком и газообразном) или объектов. Транспортировка веществ может осуществляться, например, по трубопроводам, с помощью конвейерной (транспортерной) ленты и т. п., а объектов с помощью транспортных средств, например, по железной дороге, с помощью автотранспорта, судов, самолетов, эскалаторов, транспортеров и т. д.
Энергетический поток доставляет энергию от источника к требуемому элементу. Поток может, например, доставлять механическую, электрическую, оптическую, химическую, другие виды энергии, различные излучения и т. д.
Информационный поток обеспечивает проход информации от источника к требуемым элементам, например, от системы управления к органам управления и от них к системе управления. Информационный поток может осуществляться с помощью, например, проводов, по которым осуществляется передача информации, контроль и управление и всех видов беспроводной связи и т. д. Они могут распространяться различными путями: через печатные материалы, Интернет, радио и телевидение и т. д. Носителями информации является вещество и/или поле (энергия).
4.5. Закон минимального согласования системы
4.5.1. Общее представление
Необходимым условием принципиальной работоспособности системы является минимальное согласование частей и параметров системы и системы с надсистемой.
При разработке новой системы согласование необходимо провести по всей цепочке системного синтеза (рис. 1.3): потребность, функция, принцип действия, система.
В связи с этим согласование можно разделить на две группы: внешнее и внутреннее (согласование внутри системы).
Первоначально проводится внешнее, а затем внутреннее согласование.
Опишем последовательности внешнего и внутреннего согласования.
Внешнее согласование:
Согласование потребности и главной функции;
Согласование главной функции и принципа действия;
Согласование принципа действия и рабочего органа (рабочий орган должен обеспечить главную функцию).
Внутреннее согласование (минимальное согласование):
Минимальное согласование преобразователя с рабочим органом;
Минимальное согласование источника и преобразователя вещества, энергии и информации между собой и с рабочим органом и системой управления;
Минимальное согласование системы управления с рабочим органом, источником и преобразователем вещества, энергии и информации;
Согласование всех связей и потоков;
Минимальное согласование всех параметров системы.
Главная функция должна удовлетворять выбранную потребность.
Принцип действия должен выполнять главную функцию.
Рабочий орган должен осуществить принцип действия.
Во внутреннем согласовании осуществляется минимальное согласование всех минимально необходимых частей, связей, потоков и параметров системы.
Преобразователь согласуется (подбирается) в соответствии с выбранным рабочим органом. Преобразователь должен обеспечить рабочий орган всеми необходимыми ему веществами, энергией и информацией для выполнения в соответствующем качестве и количестве для выполнения надлежащей работы, т. е. обеспечить работоспособность рабочего органа.
Преобразователи подбираются или разрабатываются в соответствии с их источниками или наоборот источники подбираются в соответствии с преобразователями.
Минимальное согласование проводится по функциям, структуре, соответствию структуры функциям и параметрам. Минимальное согласование позволяет учесть взаимосвязи и взаимовлияния. Таким образом, согласование бывает:
функциональное;
структурное;
функционально-структурное;
параметрическое.
4.5.2. Функциональное согласование
Функциональное согласование это согласование функций между собой. Оно осуществляется при формировании функциональной модели для синтеза новых систем.
4.5.3. Структурное согласование
Структурное согласование это согласование элементов системы между собой. При этом выявляют их взаимосвязь и взаимовлияние друг на друга и на систему в целом, т. е. определяют соответствие этих элементов друг другу. Кроме того, согласовывают систему с надсистемой и внешней средой.
4.5.4. Функционально-структурное согласование
Функционально-структурное согласование это соответствие структуры системы ее функциям, т. е. согласование структуры и функций.
4.5.5. Параметрическое согласование
Параметрическое согласование это согласование всех параметров системы между собой.
4.6. Построение новой системы
4.6.1. Общий подход
Для построения новых систем используется системный подход, включающий системный анализ и системный синтез (п.1.7.2)
Системный анализ имеет два направления:
1. Выявление принципа действия, главной функции и потребности, которую удовлетворяет исследуемая система;
2. Выявление недостатков (1.7.3).
Новую систему можно строить для существующих или альтернативных принципов действия, функций и потребностей.
Альтернативные принципы действия можно найти, используя различные виды эффектов и трансфер технологий. Альтернативные функции можно выявить, применяя закономерности изменения функций (8.2). Альтернативные потребности можно выявить, используя закономерности развития потребностей (8.1).
4.6.2. Последовательность построения новой системы
1. Анализ существующих систем (бенчмаркинг).
2. Определение потребности, которую необходимо удовлетворить.