Законы и закономерности

Содержание:

     1. Введение 3

2. Структура ЗРТС 4

3. Законы и  закономерности 4

3.1 Закон S-образного  развития технических систем 4

3.2 Закон повышения  идеальности 6

3.3 Закон повышения  свернутости 9

3.4 Закон перехода  в подсистему 11

3.5 Закон повышения  плотности ТС 14

3.6 Закон вытеснения  человека из ТС 16

3.7 Закон повышения  эффективности использования потоков 18

3.8 закон повышения  согласованности 30

3.9 Закон повышения  управляемости 32

3.10 Закон повышения  динамичности 35

4. Список литературы 40

 

1. Введение

Законы развития технических  систем - это комплексы статистически  достоверных линий развития, описывающих  закономерный последовательный переход  систем из одного конкретного состояния  в другое и справедливых для всех технических систем или их больших классов.

ЗРТС носят статистический характер, т.е. не обязательны к выполнению. Они являются внешним проявлением  своего рода естественного отбора, который идет в мире техники. Действительно, технические системы конкурируют  между собой за области применения, как биологические системы - за экологические ниши (есть и другие виды конкуренции - например, военные системы вступают между собой во взаимодействие типа "хищник - жертва").

В конкурентной борьбе побеждают те системы, которые лучше других удовлетворяют  требованиям общества. Эти требования, в общем, сводятся к одному: работать как можно лучше, а потреблять ресурсов и производить нежелательных отходов как можно меньше (более подробно об этом будет сказано при описании Закона повышения идеальности). Поскольку самые различные ТС сталкиваются примерно с одними и теми же проблемами, то и методы их решения, в общем, стереотипны. Так вот, ЗРТС как раз и являются хорошо систематизированным списком таких типовых "выигрышных" ходов, благодаря которым системы-победительницы завоевывают и удерживают первенство. Поэтому, хотя следовать этим законам и не обязательно, но очень и очень желательно (если, конечно, не ставить перед собой задачу обеспечить преимущество системам-конкурентам).

2. Структура ЗРТС

3. Законы и  закономерности развития техники

3.1 Закон S-образного развития технических систем

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития изменение главных параметров ТС происходит таким образом, что графики временной зависимости этих параметров имеют S-образный вид (Рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 График временной зависимости изменение главных параметров ТС

 

График представляет собой логистическую кривую, которая  показывает как меняются во времени темпы её развития. Выделяются три характерных этапа:

1. «детство». Идёт, как правило, достаточно долго. В этот момент идёт проектирование системы, её доработка, изготовление опытного образца, подготовка к серийному выпуску.
2. «расцвет». Она бурно совершенствуется, становится всё более мощной и производительной. Машина выпускается серийно, её качество улучшается и спрос на неё растёт.
3. «старость». С какого-то момента улучшать систему становится всё труднее. Мало помогают даже крупные увеличения ассигнований. Несмотря на усилия конструкторов, развитие системы не поспевает за всё возрастающими потребностями человека. Она пробуксовывает, топчется на месте, меняет свои внешние очертания, но остаётся такой, какая есть, со всеми своими недостатками. Все ресурсы окончательно выбраны. Если попытаться в этот момент искусственно увеличивать количественные показатели системы или развивать её габариты, оставляя прежний принцип, то сама система вступает в конфликт с окружающей средой и человеком. Она начинает больше приносить вреда, чем пользы.

В качестве примера рассмотрим паровоз. Вначале был достаточно долгий экспериментальный этап с единичными несовершенными экземплярами, внедрение которых вдобавок сопровождалось сопротивлением общества. Затем последовало бурное развитие термодинамики, совершенствование паровых машин, железных дорог, сервиса — и паровоз получает публичное признание и инвестиции в дальнейшее развитие. Затем, несмотря на активное финансирование, произошёл выход на природные ограничения: предельный тепловой КПД, конфликт с окружающей средой, неспособность увеличивать мощность без увеличения массы — и, как следствие, в области начался технологический застой. И, наконец, произошло вытеснение паровозов более экономичными и мощными тепловозами, и электровозами. Паровой двигатель достиг своего идеала — и исчез. Его функции взяли на себя ДВС и электромоторы тоже вначале несовершенные, затем бурно развивающиеся и, наконец, упирающиеся в развитии в свои природные пределы. Затем появится другая новая система — и так бесконечно.

 

3.2. Закон повышения идеальности

Техническая система  в своём развитии приближается к идеальности. Достигнув идеала, система должна исчезнуть, а её функция продолжать выполняться.

Основные пути приближения к  идеалу:

• повышение количества выполняемых функций,
• «свертывание» в рабочий орган,
• переход в надсистему.

При приближении к  идеалу техническая система вначале  борется с силами природы, затем  приспосабливается к ним и, наконец, использует их для своих целей.

Закон увеличения идеальности наиболее эффективно применяется к тому элементу, который непосредственно расположен в зоне возникновения конфликта или сам порождает нежелательные явления. При этом повышение степени идеальности, как правило, осуществляется применением незадействованных ранее ресурсов (веществ, полей), имеющихся в зоне возникновения задачи. Чем дальше от зоны возникновения конфликта будут взяты ресурсы, тем в меньшей степени удастся продвинуться к идеалу.

Главная особенность состоит в  том, что при совершенствовании  системы обычно идеальность повышается в оперативной зоне; при этом за пределами ОЗ идеальность может даже уменьшится. Но, поскольку эффективность ТС в основном зависит от процессов, протекающих в ОЗ, суммарная идеальность также увеличивается.

Возьмем, например, лазерную сварку (Рисунок 3.2).

 

   Рисунок 3.2 Лазерная сварка

 

В оперативной зоне эффект потрясающий - глубокий провар, отсутствие загрязнений, узкая зона термического влияния и т.д. Однако за пределами  ОЗ вместо недорогого сварочного трансформатора, необходимого для обеспечения обычной дуговой сварки (Рисунок3.3), мы обнаруживаем сложную и дорогую лазерную систему (Рисунок3.4):

Рисунок 3.3 Сварочный трансформатор

Рисунок 3.4 Система лазерной сварки

 

 

Механизмы закона:

 

1. Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития ТС повышается ее идеальность за счет повышения функциональных возможностей без изменения (или при относительно небольшом увеличении) затрат:  

Этот путь совершенствования обычно характерен для систем, находящихся  на 1-м и 2-м этапах S-образной кривой развития. Действительно, ресурсов развития по главной функции на этих этапах еще много, поэтому есть возможность увеличивать функциональные показатели. Вырастут затраты, но все равно найдется сектор рынка для новой системы - пусть более дорогой, но зато значительно более эффективной.

Вспомним, например, как развивались  офисные копировальные машины - от первых примитивных моделей (Рисунок 3.5), неторопливо обрабатывающих один лист за раз, до современных скоростных монстров с цветной двусторонней печатью, масштабированием, автозагрузкой, автосшиванием, автосортировкой копий и т.д. (Рисунок 3.6). Конечно, стоимость, размеры и прочие факторы расплаты выросли - но зато насколько увеличилась функциональность!

Рисунок 3.5 Старая копировальная машина Cannon

Рисунок 3.6 Современная копировальная машина Cannon

 

2. Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития ТС повышается ее идеальность за счет повышения функциональных возможностей при снижении затрат:  

Это самый эффективный путь совершенствования  системы. Он обычно характерен для перехода системы на новую S-образную кривую развития.

Наиболее яркий пример - переход  от ламповой электроники (Рисунок 3.7) к полупроводниковой (Рисунок 3.8). Какой колоссальный рост функциональности при одновременном резком снижении габаритов, энергопотребления и т.п.!

Рисунок 3.7 Вычислительная ламповая машина

3.3 Закон повышения свернутости

Закономерность  развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития ТС сокращается число ее элементов без ухудшения (или при улучшении) функционирования.

Данный закон является одним из основных механизмов Закона повышения идеальности. Действительно, достаточно очевидный способ снизить затраты - это удалить из системы часть ее элементов. Если же при этом удастся сохранить ее функциональные способности на прежнем уровне (а тем более повысить), идеальность непременно должна вырасти.

Сохранение функциональных способностей системы обеспечивается перераспределением полезных функций свернутых элементов между оставшимися элементами, а также передачей их элементам надсистемы. При этом часть функций, обычно направленных на свернутые элементы, вообще может исчезнуть за ненадобностью, что также снижает затраты, связанные с выполнением этих функций.

Возьмем, например, обычный  патрон для стрелкового оружия (Рисунок 3.8):

Рисунок 3.8 Обычные патроны

 

Его составной частью служит гильза. Ее функции на этапе хранения - удерживать пулю, порох и капсюль; а в момент выстрела - удерживать пороховые газы (иначе горячие химически активные газы, да еще под высоким давлением, будут быстро разъедать затвор). Однако и затраты на выполнение этих функций весьма велики:

• Стальная или латунная гильзы довольно тяжелы, что увеличивает нагрузку на солдата и ограничивает запас патронов, который он может взять с собой в атаку;
• На удаление гильзы после выстрела затрачивается определенное время, что снижает скорострельность автоматического оружия;
• Наличие гильзы удорожает патрон.

Поэтому в настоящее  время оружейники активно экспериментируют с безгильзовым патроном (Рисунок 3.9):

Рисунок 3.9 Безгильзовые патроны

 

В таком патроне гильза свернута (а вместе с нею устранены  недостатки - повышенные вес, затраты  времени на удаление и стоимость), а ее полезные функции перенесены на один из оставшихся элементов системы - пороховой заряд - теперь он удерживает пулю, капсюль (также бескорпусный) и сам себя, и элемент надсистемы - затвор, который благодаря использованию современных сплавов может теперь удерживать пороховые газы, не подвергаясь коррозии.

 

Механизмы закона:

1.Закономерность развития ТС, содержащих источник энергии, трансмиссию, рабочий орган и систему управления, заключающаяся в том, что в процессе развития эти элементы обычно свертываются в следующем порядке:

• Трансмиссия
• Источник энергии
• Система управления
• Рабочий орган. 

Свертываемые элементы передают свои функции друг другу  и элементам надсистемы, в т.ч. объекту главной функции.Первой обычно свертывается трансмиссия как  выполняющая наименее значимые для  системы функции. В итоге источник энергии вплотную приближается к рабочему органу, непосредственно снабжая его энергией нужного вида. Например, когда-то на заводах станки приводились в движение ременными передачами от общего вала, вращаемого одним мощным двигателем (3.10):

Рисунок 3.10 Машина с ременным приводом

 

Теперь каждый станок имеет независимый привод (Рисунок 3.11):

Рисунок 3.11 Современный завод

 

 

Более того, если раньше станок имел один двигатель, от которого через механические передачи приводились  в движение все части станка, то теперь ставят отдельный двигатель  для каждого вида движения - благодаря  свертыванию механических трансмиссий  станок стал компактней и проще в управлении.

Вслед за трансмиссией исчезает источник энергии. Внимание: он исчезает как отдельный элемент системы, но его главная функция остается в целости и сохранности - ее передают рабочему органу, и он начинает сам  снабжать себя энергией нужного вида.