4.4.3. Закон проводимости потоков
Необходимым условием принципиальной работоспособности системы является проход потоков вещества, энергии и информации к требуемому элементу системы.
Вещества, энергия и информация должны проходить от исходного элемента к требуемому элементу, 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.
Потоки могут быть:
вещественные;
энергетические;
информационные.
Потоки
Вещественный поток обеспечивает транспортировку вещества в различных агрегатных состояниях (например, в твердом, гелеобразном, жидком и газообразном) или объектов. Транспортировка веществможет осуществляться, например, по трубопроводам, с помощью транспортеров 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, химическую и другие виды энергии.
Информационный поток обеспечивает проход информации от системы управления к требуемым элементам и от них к системе управления. Информационный поток может осуществляться с помощью, например, проводов и всех видов беспроводной связи, по которым осуществляется передача информации, контроль и управление.
Пример 4.15. Телефон
Энергетический поток это доставка электрической энергии от источника к рабочим органам (наушнику и микрофону) и системе управления.
Информационный поток это доставка сигналов к рабочим органам, системе управления и обратно.
Пример 4.16. Автомобиль
Вещественный поток, например, передача топлива от бензобака к двигателю.
Энергетический поток это доставка механической энергии от двигателя к рабочему органу колесам; доставка топлива от бензобака к двигателю; доставка электрической энергии от аккумулятора или генератора к электрической системе автомобиля.
Информационный поток это доставка сигналов от необходимых элементов к системе управления и обратно и т. д.
Пример 4.17. Вещество в твердом состоянии
Пневматическая подача сыпучих веществ, например, песка на расстояние по трубопроводам, пескоструйка, доставка шариков и т. п.
В производстве бетона в бетономешалку подается потоки веществ в твердом состоянии (цемента, песка, гравия) и в жидком состоянии (воды).
Пример 4.18. Вещество в жидком состоянии
Водопроводы, сточные потоки, нефтепроводы, системы подачи жидкого топлива, молокопроводы и т. п.
Пример 4.19. Вещество в гелеобразном состоянии
Системы подачи масел и смазок, транспортировка крема на парфюмерных фабриках и т. п.
Пример 4.20. Вещество в газообразном состоянии.
Разнообразные пневматические системы и трубопроводы с жатым воздухом, системы подачи кислорода, например, в больницах, системы создания вакуума и т. д.
Пример 4.21. Транспортировка объектов
Объекты могут транспортироваться:
по земле;
под землей;
по воде;
под водой;
воздушным путем;
в космосе;
внутри помещений;
внутри объекта;
и т. д.
Для этого используются все виды транспортных средств. Внутри помещений, например, используют эскалаторы, лифты, пневматическую почту и т. д.
4.4.4. Закон минимального согласования частей и параметров системы
Необходимым условием принципиальной работоспособности системы является минимальное согласование частей и параметров системы и системы с надсистемой.
Минимальное согласование проводится по функциям, структуре, соответствию структуры функциям и параметрическое согласование, обеспечивая необходимые взаимосвязи и взаимовлияния. Таким образом, согласование бывает:
функциональное;
структурное;
функционально-структурное;
параметрическое.
Функциональное согласование это согласование функций между собой. Оно осуществляется при формировании функциональной модели для синтеза новых систем.
Функционально-структурное согласование это соответствие структуры системы ее функциям, т. е. согласование структуры и функций.
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.
В минимальное согласование входит и параметрическое согласование.
Пример 4.22. Телефон
В первом телефонном аппарате Антонио Меучи (Antonio Meucci) микрофон и наушник были механически не связаны друг с другом и их подносили к уху и рту, поэтому это подходило для любого человека. Затем микрофон закрепили в корпусе, а наушник снимался, и его подносили к уху. Согласование ухудшилось, так как микрофон находился на определенной высоте, и кому-то было удобно, а кому-то нет.
В дальнейшем создали трубку и расстояние между микрофоном и наушником стали рассчитывать на среднестатистического человека (расстояние между ухом и ртом). Поэтому для кого-то эта трубка была слишком большой, а для кого-то слишком маленькой. Это типичный пример несогласованности параметров (размера трубки и расстояния ото рта до уха).
В современных телефонах эту задачу решили с помощью чувствительности микрофона и громкой связи.
Пример 4.23. Телефон
Источник питания в телефоне согласуется со всеми элементами. На каждый из элементов подается необходимое для него напряжение. Согласование элементов системы (параметрическое согласование).
Пример 4.24. Телефон
В сотовых телефонах частота принимаемого и передаваемого сигнала согласована с частотой приемных и передающих устройств ретрансляторов. Согласование с надсистемой (параметрическое согласование).
4.4.5. Построение новой системы
4.4.5.1. Общий подход
Для построения новых систем используется системный подход (п.3.5), включающий системный анализ и системный синтез.
Системный анализ имеет два направления:
1. Выявление принципа действия, главной функции и потребности, которую удовлетворяет исследуемая система (3.5.2);
2. Выявление недостатков (3.5.3).
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. Альтернативные потребности можно выявить, используя закономерности развития потребностей.
Закономерности развития потребностей определяют тенденции их изменения. Это необходимо для определения функций и систем, с помощью которых можно удовлетворить возрастающие потребности. Эти закономерности могут использоваться для прогнозирования новых потребностей.
Закономерности развития потребностей включают:
закономерность идеализации потребностей;
закономерность динамизации потребностей;
закономерность согласования потребностей;
закономерность объединения потребностей;
закономерность специализации потребностей.
Закономерности изменения функций описывают тенденции их изменения. Они связаны с закономерностями развития потребностей, но имеют и свою специфику, например, переход систем к поли-функциональности (многофункциональности универсальности) или, наоборот, к моно-функциональности (одно-функциональности специализации).
Закономерности изменения функций включат:
закономерность идеализации функций;
закономерность динамизации функций;
закономерность согласования функций;
закономерность перехода к моно- или полифункциональности.
Подробнее закономерности развития потребностей и изменения функций изложены в [81].
4.4.5.2. Последовательность построения новой системы
1. Анализ существующих систем (бенчмаркинг).
2. Определение потребности, которую необходимо удовлетворить.
3. Выбор главной функции, способной удовлетворить выбранную потребность.
4. Выбор принципа действия, способного наилучшим образом выполнить главную функцию.
5. Выбор вида рабочего органа, способного наилучшим образом выполнять принцип действия системы.
6. Выбор источника и преобразователя вещества, энергии и информации. Они должны наилучшим образом обеспечивать работоспособность системы.
7. Выбор системы управления.
8. Выбор связей. Существенным образом зависит от выбранных элементов.
На каждом из этапов, сначала выбирают принцип действия этого элемента, а затем уже сам элемент. Таким образом, выбирается концепция будущей разработки.
4.5. Закономености эволюции систем
4.5.1. Общие сведения
Закономерности эволюции систем предназначены для улучшения, совершенствования существующих систем. Они показывают общее направление развития систем и тенденции их изменения.
Основные закономерности эволюции систем (рис. 4.13):
закономерность увеличения степени идеальности;
закономерность увеличения степени управляемости и динамичности;
закономерность перехода в надсистему;
закономерность перехода на микроуровень;
закономерность согласования;
закономерность свертывания развертывания;
закономерность сбалансированного развития системы.
Рис. 4.13. Основные закономерности эволюции систем
Закономерность увеличения степени идеальности является основным законом эволюции. Все остальные законы показывают способы достижения идеальности.
Закономерность увеличения степени управляемости и динамичности систем имеет тенденции
увеличение степени вепольности;
увеличение управляемости веществом, энергией и информацией.
Закономерность увеличения степени вепольности описан в п. 4.6.
Увеличение управляемости веществом, энергией и информацией в данной книги не будет рассматриваться. Жту закономерность
4.5.2. Закономерность увеличения степени идеальности
4.5.2.1. Общие понятия законоинрности увеличения степени идеальности
Г. С. Альтшуллер писал: «Понятие об идеальной машине одно из фундаментальных для всей методики изобретательства».
Общее направление развития систем определяется законом увеличения степени идеальности. Это самая главная закономерность эволюции систем..
Г. С. Альтшуллер сформулировал закон увеличения степени идеальности следующим образом :
Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.
Автор пособия незначительно изменил эту формулировку.
Закономерность увеличения степени идеальности заключается в том, что любая система в своем развитии стремится стать идеальнее.
4.5.2.2. Виды степеней идеализации системы
Условно можно выделить четыре степени идеализации системы:
1. Появляться в нужный момент в нужном месте;
2. Самоисполнение;
3. Идеальная система функция;
4. Функция становится не нужной.
Система должна появляться в нужный момент в нужном месте
Идеальная система должна появляться в нужный момент в необходимом месте и нести полную (100%) расчетную нагрузку.
В остальное (не рабочее) время этой системы быть не должно (она должна исчезнуть) или выполнять другую полезную работу (функцию).
Нужное действие должно появляться в нужный момент в необходимом месте или при необходимом условии.
Приведем пример идеального воздействия (процесса), совершаемого в нужном месте в нужный момент, не причиняя вреда окружению.
Пример 4.25. Остановка крови
Внутренние кровотечения в полевых условиях практически невозможно остановить. Это часто приводит к смертельным исходам. Особенно это важно во время ведения боевых действий.
Американские ученые разработали технологию DBAC (Deep Bleeder Acoustic Coagulation), позволяющую быстро свертывать кровь путем нагрева до температуры свертывания (от 70° C до 95° C) под воздействием ультразвука.
Обнаружение кровотечения осуществляется с помощью эффекта Доплера.
Для обнаружения кровотечения прибор подает ультразвуковые импульсы и в месте кровотечения наблюдает максимальное смещение частоты сигнала. Так локализуется место кровотечения.
Ультразвуковые волны воздействуют только на пораженный участок и совершенно не влияют на работу расположенных рядом органов.
Пример 4.26. Печать по требованию (Print-on-Demand)
Традиционно книги печатают офсетным способом. Это очень производительная и качественная печать. После этого продукцию необходимо доставить в необходимую страну на конкретный склад, где она хранится до тех пор, пока не будет вся распродана.
Идеально, что бы печаталось только необходимое в данный момент количество экземпляров и в нужном месте.
С появлением цифровой печати стало возможным печатать продукцию по требованию. Эта технология получила название Print-on-Demand. Это высококачественная печать, позволяющая выпустить даже одну книгу. Продукция не хранится на складах, а сразу поступает к заказчику.
Предмет должен появиться только в нужный момент в необходимом месте.
Можно использовать убирающиеся, складные, надувные, заменяемые и съемные предметы или их части. Они не занимают лишнее место и «появляются» в момент, когда они нужны.
Идеальная информация появляется в нужный момент в нужном месте, без затрат времени и усилий на ее поиск.
Самоисполнение
Идеальная система должна выполнять все процессы (действия) самостоятельно (САМА) без участия человека.
Пример 4.27. Каменщики в Петербурге
Для строительства Петербурга не хватало каменщиков. Они не хотели ехать в далекую новую столицу.
Царь Петр I издал указ об освобождении петербургских каменщиков от податей, но эта мера не помогла.
Каменщики сами по собственному желанию должны прибыть на строительство Петербурга.
Петра I издал другой указ, запрещающий возводить во всей России «всякое каменное строение какого бы имени не было, под страхом разорения всего имения и ссылки». Каменные здания стали возводиться только в Петербурге, что и вызвало приток каменщиков.
Достаточно много технических систем, в названии которых есть слово «САМ» без непосредственного участия человека. Уменьшение участия человека в работе технической системы осуществляется с помощью механизации, автоматизации и кибернетизации, в частности, компьютеризации.
Механизация труда позволяет облегчить выполнение отдельных операций, повысить их производительность и точность изготовления. Создаются специализированные инструменты, приспособления и механизмы.
Пример 4.28. Одевание автомобильных шин на конвейере
Одна из операций при сборке автомобилей одевание колес. Конвейер находится на определенной высоте, для удобства сборки. При одевании колеса на вал, его нужно или поднимать вручную, или иметь специальное устройство для его поддержания.
Колесо должно подниматься САМО.
Колесо размещают на тележке сверху (рис. 4.14а). Когда необходимо надевать колесо, рабочий нажимает кнопку, тележка наклоняется, колесо падает вниз (рис. 4.14б), ударяется о пол, подскакивает (САМО поднимается). Когда колесо оказывается на уровне оси, рабочий направляет колесо на ось.