А.В. Ревенков - Учебник - Теория и практика решения технических задач (1249576), страница 39
Текст из файла (страница 39)
На рис. 7.24 — 7.26 приведены примеры, характеризующие развитие ТС, из которых хорошо видно, что очередной шаг в развитии техники может осушествляться в разных направлениях в соответствии с описанными закономерностями: по пути конструктивной эволюции; в соответствии с закономерностью стадийного развития техники; по пути динамизации; переходом на микроуровень. Показателен пример развития пар трения: 1) подшипник скольжения; 2) подшипник качения (шариковые, роликовые); 3) гидростатические подшипники — вал не соприкасается с обоймой, а парит в масле, которое под давлением заполняет зазор. Получается бесконтактная гидростатическая опора; Раздел 2.
Приемы и методы решения технических задач 172 4) газостатическая опора. Газ нагнетается под давлением через пористые втулки, которые являются его опорами; 5) газодинамическая опора. Для быстроходных валов давление газа создается под действием центробежных сил; 6) магнитная опора — полевое взаимодействие. Источники электроэнергии Защ ск двигателя в невесомости Электростатический генератор Вольтов столб Дополнительные двигатели малой ФПД, ФПДз Фцдз Рис. 7.24. Примеры развития ТО путем перехода на микроуровень Печатная и множительная техника Жесткие печатные формы Динамизация Добавление ПЭ Механическая печатная машинка Электрическая печатнаямашин Светокопировальные устройств Использование электростатичес («Эра», «Всгш>, «Ксерокс») Переход на другой ФПД Матричные принтеры Струйные принтеры Лазерные принтеры Рис.
7.25. Смена ФПД множительной техники Переход на другой ФПД приводит к скачкообразному качественному изменению техники. Например, для идентификации изделий внача- Электродинамический генератор Химический аккумулвтор Топливные элементы Пьезоэлектрический преобразователь Солнечные батареи тяги для создания небольшого ускорения Вытеснительная диафрагма Капиллярное заборное устройство 7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 173 Звукозапись е'ь э Конструктивная эволюция 1 Патефон — граммпластинкн Запись звука на фотопленке Конструктивная эволюция, ю р -~ пэ Электрический проигрыватель— граммпластинки Магнитофон — магнитная лента Лазерная запись звука Новый ФПД Рис.
7.26. Смена ФПД записи звука Последовательные изменения в исходной ТС могут начинаться с разделения вещества, с объединения его с другим веществом, с изменения формы, затем — получение веществ с заданной структурой и другие преобразования (рис. 7.27). Рис. 7.27.
Схема перехода вешества на микроуровень ле применялись печатные этикетки, затем штрих-коды, магнитные метки, радиометки. В перспективе вся информация об изделии будет содержаться в микрочипе. Соответственно, меняется и оборудование для считывания информации (фотоэлементы, магнитные сканеры, приемо-передающие устройства). Раздел 2. Приемы и методы решения техничесних задач Переход к новому ФПД, основанному на межмолекулярных, межатомных взаимодействиях, квантовых эффектах, наноразмерных структур — приводит к использованию скрытых, глубинных свойств веществ для реализации физической операции.
Например, на смену лампам накаливания, применяемым в качестве индикаторов и для подсветки приборов„приходят светодиоды; на смену электронно-лучевой трубке, в которой электронный луч вызывает свечение экрана, — жидкокристаллические экраны, в которых жидкий кристалл поворачивает угол поляризации света в зависимости от подводимого к нему напряжения. В ТС все большее применение находят материалы со специальными свойствами, например, с эффектом памяти формы, изменяющие свой цвет в зависимости от температуры, фотохромные материалы, — очки-хамелеоны и др.
Таким образом, новый ФПД образуется не за счет увеличения числа компонентов ТС в целом, а за счет изменения компонентов и структуры самого вещества, а также организации их вещественно-полевого взаимодействия. Это положение хорошо иллюстрируется достижениями нанотехнологий, в основе которых лежит осуществление локальных атомно-молекулярных взаимодействий. Объекты таких взаимодействий имеют размеры от 1 до 100 нм.
Многие функции полупроводниковых устройств сейчас могут быль выполнены благодаря применению углеродных нанотрубок. Углеродные нанотрубки — аллотропная форма углерода (после графита и алмаза). Они представляют собой цилиндры, свернутые из одной или нескольких графитовых плоскостей толщиной в несколько атомов. В зависимости от размера и формы они обладают проводящими или полупроводниковыми свойствами. Нанодиоды и нанотранзисторы, изготовленные на их основе, в сотни раз меньше существующих транзисторов и диодов. На базе нанотрубок предложено изготавливать устройства памяти (нанопамять), наноинверторы, наномоторы.
Разрабатываются новые материалы с наноструктурой или с нанорельефом, обладающие уникальными свойствами: самоочищением, износостойкостью, цветостойкостью и т. п. 7.3.5. Закономерность свергпыаанця — развергпываноя гпехначеской сосптемы Эта закономерность отражает тенденции развития ТС в плане их структурной перестройки.
Как было отмечено в подразд. 7.1.2 (см. рис. 7.3), одно из направлений повышения степени идеальности ТС— улучшение выполнения ГПФ, увеличение числа выполняемых функций при тех же или меньших факторах расплаты. Это достигается созданием 7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 175 универсальных ТО, что в процессе конструктивной эволюции приводит к усложнению ТС.
В ТО главную полезную функцию выполняет непосредственно РО. Поэтому процесс развертывания ТС начинается с момента рождения ТС, т. е. создания функционального центра — РО„к которому добавляются компоненты, улучшающие выполнение ГПФ. При этом усложняется структура ТС (рис. 7.28).
Развертывание и сэ ((РО -з+тр7-з+ ПЭ) — >+ Оу Рис. 7.28. Модель свертывания-развертывания ТС Развертывание ТС продолжается сначала в рамках существующей конструктивной концепции, а затем и при ее изменении. Это приводит к увеличению числа компонентов и, следовательно, к усложнению ТО. Затем новые достижения в науке и технике позволяют отказаться от ряда узлов в пользу одного, который выполняет несколько функций. Начинается процесс свертывания ТС, который сопровождается улучшением выполнения ГПФ. Таким образом, развертывание ТΠ— процесс присоединения новых функциональных компонентов.
ГПФ остается та же, но она лучше выполняется. Главное требование — чтобы в процессе развертывания происходило повышение потребительных свойств ТО. При этом происходит усложнение ТО за счет увеличения числа компонентов и связей между ними. Следует отметить, что в развитии реальных ТС проявляется сразу несколько закономерностей (см., например, рис. 7.29). Процесс свертывания ТО характеризуется тем, что в ТС уменьшается число компонентов. Функции упраздненных компонентов передаются другим компонентам или в НС. Поскольку ГПФ выполняет РО, то упраздняться могут только компоненты, которые выполняют основные или вспомогательные функции.
Поэтому свертывание ТО происходит в последовательности, обратной развертыванию. В пределе ТС можно свернуть до РО. Этот процесс полностью соответствует закону увеличения степени идеальности: ТС уменьшает свои МГЭ (масса — габариты — энергия) при одновременном улучшении выполнения ГПФ. Процесс свертывания может осуществляться как при конструктивной эволюции ТО, так и в процессе перехода на микроуровень, т. е. Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач 176 ПииБуБцая ручка Гусиное перо Доработанный природный материал Стальное перо Конструктивная эволюция— Р Авторучка Образование бнснстемы Б ) .
РО Шариковая ручка Шариковая ручка с колпачком Изменение ФПД рабочего органа Фломастер Шариковая ручка с убнрлющимся Динамизация стержнем Рис. 7.29. Этапы развития пнленпвй ручки при изменении принципа действия некоторых компонентов ТО, что наблюдается значительно чаще. Пример 7.24. Сильно свернутая оптическая сисзема. В одном изобретении для точного определения угла поворота какого-либо объекта предложено укреплять на нем прозрачную пластинку с голографической записью всех возможных углов (в градусах и минутах).
Через пластинку-голограмму пропускают луч света от лазера, который, преломляясь в пластинке, высвечивает на экране угол поворота прямо в цифровой информации — без измерителей угла, без считывающих и преобразующих устройств, без электронных индикаторов и прочих устройств.
С одной стороны, в соответствии с закономерностью стадийного развития, к РО добавляются компоненты, происходит усложнение ТО, он развертывается до полной ТС. Это характерно лля этапа конструктивной эволюции. С другой стороны, в соответствии с законом повышения идеальности, для ТС характерно стремление к уменьшению числа компонентов — свертыванию ТС. Переход с макро на микроуровень часто сопровождается объединением функций в одном компоненте (например, в микросхеме выполнены полупроводниковые датчики и мостовая схема для обработки сигнала). Число компонентов ТС становится меньше, но каждый из них становится многофункциональным, т.
е. происходит упрощение структуры ТС, ее свертывание. 7. Принципм строения и законоиерности развития технических систем 177 Процессы свертывания и развертывания всегда сопровождаются появлением точек бифуркации (от лат. ьт)ттгсиз — раздвоенный), т. е. разделения, разветвления. Одна часть ТО получает развитие на пути конструктивной эволюции, другая — по линии динамизации, третья — за счет перехода на микроуровень. Эти процессы сопровождаются скачкообразным изменением свойств ТО.
Альшуллер отмечал, что одним из направлений развертывания ТС является объединение ее с другой ТС, — образование бисистемы, эффективность которой выше, чем двух слабо связанных систем. Он назвал этот процесс «переходом в надсистему». Затем возможно образование полисистем. Альшуллер отмечал также, что эффективность ТС может быть повышена развитием межэлементых связей, а также «увеличением различия между элементами», т. е.
объединением систем с противоположными свойствами (рис. 7.30). Действительно, линия развития: «моно — би — поли — новая свернутая система» прослеживается у многих ТО. Например, повышение скорострельности оружия шло по линии: одноствольное ружье (пистолет) — двуствольное — многозарядная винтовка (револьвер) — карабин — пулемет, автомат. Рис. 7.ЗО. Схема развития ТС Синтез би- и полисистем может быть получен объединением: однородных ТС; систем со смещенными характеристиками; систем с противоположными свойствами.
Раздел 2. Приемы и метода> решения технических задач 178 Пример 7.25. «Активная броня». В начале 40-х годов ХХ в. велись исследования по созданию броневой стали. Во Всесоюзном институте авиационных материалов (ВИАМ) была создана так называемая экранная броня. «При ударе о первую преграду (экран) пуля или снаряд теряют силу и разрушаются на отдельные куски, которые, ударяясь о вторую прегрщ>у, уже не разрушают ее.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
