Александр Шевкопляс – Законы развития технических систем. ТРИЗ (страница 7)
Для того, чтобы управлять работой ТС в соответствии с внешними требованиями, необходимо подчинение управляющего воздействия соответствующему алгоритму, а, чтобы контролировать и учитывать работу элементов системы, необходима обратная связь.
Увеличение согласованности может быть реализовано за счет точности, дискретности и объемов контроля, и соответствующего своевременного корректирования работы системы.
К примеру, идея Николь Клико сделать этикетки для шампанского желтыми не сработает, если на бутылках всех напитков вдруг появятся яркие наклейки.
Наилучший результат согласования дает соответствие частоты контроля частоте изменений согласовываемых характеристик. При непредсказуемом характере изменения согласовываемых характеристик, наилучший результат согласования даст непрерывный контроль и непрерывное корректирование.
Например, управление автомобилем в меняющейся дорожной обстановке.
Несогласованность взаимодействия элементов системы во времени может характеризовать имеющаяся вероятность появления нерасчетных характеристик во взаимодействии подсистем и неконтролируемость этих отклонений.
Всесторонний контроль состояния и результативности работы исполнительных устройств, в большинстве случаев – громоздкое техническое решение. Для защиты от сбоев рационально использование компенсаторов и ограничителей. Использование предохранительных устройств, которые защитят элементы системы от сбоев в работе и перегрузок – это одна из сторон согласования подсистем.
К примеру, это применение плавких предохранителей, автоматических выключателей, стабилизаторов напряжения, устройств токовой защиты и источников бесперебойного питания в электрических цепях.
Защитные устройства в цепях передачи механической энергии: предохранительные муфты, срезные штифты и шпонки, шарниры, используются для этой цели и пружины, механические и гидравлические амортизаторы, гасители колебаний, виброзащита, средства защиты от резонанса, компенсаторы ударов (деформируемые, коробчатые, слабое на разрыв звено), деформационные зазоры, изнашиваемые накладки и вкладыши, ограничители перемещений.
От тепловых перегрузок защищают тепловые реле; полупроводниковые или биметаллические сенсоры; термопредохранители – эти устройства реагируют только на температуру, их обычно устанавливают в электроприборах для защиты от несрабатывания автоматического выключателя; компенсаторы тепловых перемещений; материалы для теплоизоляции.
5. Законы синтеза систем
Некоторые определения.
Техническая система – это совокупность взаимодействующих элементов, обладающая свойством, не сводящимся к свойствам отдельных элементов, и предназначенная для выполнения определенных полезных функций.
Функция – модель влияния инструмента на объект (на «объект функции» или «изделие»), имеющего результат в изменении или поддержании состояния этого объекта.
Рабочий орган – инструмент, который выполняет главную функцию системы, реализуя воздействие, для которого предназначена данная система.
Главная функция – описание полезного воздействия на объект, для которого предназначена система. Например, для ледокола функция
Основная функция – модель воздействия, которое обеспечивает выполнение главного. Основная функция описывает принцип действия, позволяющий реализовать функцию главную. Например, для ледокола основная функция
Принцип действия – физический, химический, математический, биологический, психологический, социальный или другой эффект, или совокупность эффектов проявления свойств системы, вещества или информации, обеспечивающих результат ее действия. Является основной функцией системы.
Вспомогательная функция – модель воздействия, которое обеспечивает выполнение основного. Вспомогательная функция описывает способ реализации основной функции. Например, для ледокола вспомогательная функция
Назначение ТС (его описывает главная функция ТС и ОФ) – класс понятия, к которому относится действие физического, химического, математического, биологического, психологического, социального или другого эффекта, или совокупности эффектов проявления свойств системы, вещества или информации, обеспечивающих ее полезную определенную действенность. Например, назначение ледокола «
Элемент – минимальная единица системы, способная к выполнению некоторой элементарной функции. Это относительно целая часть системы, обладающая некоторыми свойствами, неисчезающими при отделении ее от системы.
Структура системы – это совокупность элементов и связей между ними, которая предназначена путем их взаимодействия реализовать требуемую действенность (полезную функцию), обращенную на объект (на объект ее функции).
Структура – это порядок взаимного соединения элементов в системе, который отражает подчиненность элементов. Структура и способ организации связей элементов является программированием работы системы – заданием ее поведения с целью получения на выходе полезной функции.
5.1.
Закон полноты частей системы
Условием принципиальной жизнеспособности системы является функциональная полнота ее структуры частями, которые могут обеспечить системе определенную действенность.
Техническая система предназначена определенным образом воздействовать на объект ее функции. Действенность системы обеспечивает наличие в ней следующих частей: источник энергии (ИЭ), двигатель (ДВ), трансмиссия (ТР), рабочий орган (РО) и орган управления, или если это отдельная управляющая структура – система управления (СУ).
Требуемое полезное действие на объект функции осуществляет рабочий орган. Рабочий орган – единственная функционально полезная человеку часть технической системы, и это самая подчиненная часть системы – все другие подсистемы работают на нее. Действие рабочего органа всегда направлено на объект, который находится в надсистеме.
ОФ всегда вне ТС. Объект функции системы – это часть надсистемы.
Составляющие систему части должны быть согласованы по своим свойствам и параметрам этих свойств, что необходимо для обеспечения работоспособности системы, а изменение какой-либо из частей технической системы может потребовать изменение остальных.
К примеру, увеличение мощности двигателя в устройстве потребует укрепления трансмиссии, несущих элементов корпуса и усиления рабочего органа, может потребовать применения других материалов.
Всесторонняя целенаправленная согласованность элементов системы реализуется процессом проектирования путем последовательных циклических изменений идеи устройства системы, с каждым новым витком которых исключаются ошибки, повышается точность согласования, снижаются риски и нерациональные издержки – это основной принцип синтеза системы.
Принципы построения структуры.
• Принцип функциональности.
Функция одного элемента рождает следствие его воздействия на другой.
Результат воздействия системы на объект ее функции создает функциональная цепь элементов ее структуры.
• Принцип дополнительности.
Последовательно соединяясь, в этой цепи взаимодействий один элемент дополняет своими свойствами другой.
• Принцип полноты частей.
Необходимая полнота элементов системы обеспечит ее работоспособность – преобразует энергию источника в нужный вид, трансформирует ее до нужных параметров и подведет к рабочему органу.
• Принцип причинности.
Отобрав элементы для будущей системы, мы соединяем их, обеспечивая логику этого соединения, и согласовывая их свойства, а вид соединения и его параметры создают возможность их взаимодействия, необходимый уровень этого взаимодействия и его результат.
К примеру, возможность управления системой требует восприимчивости к управляющему действию хотя бы одной из ее частей.
Так, чтобы отключить электрочайник, надо иметь возможность (каким-либо образом) разомкнуть его соединение с электрической сетью, а надежность разъединения может быть обеспечена несколькими одновременными возможностями: мы можем переключить выключатель, можем снять чайник с подставки, тем самым разъединив электрические контакты, и можем вынуть соединительную вилку из розетки.
Формула работоспособной синтезируемой системы:
(функция + совокупность элементов + структура элементов + внутреннее согласование свойств элементов + организация взаимодействия элементов + внешнее согласование воздействия совокупности элементов) =
= полезный системный эффект
Результативное воздействие ТС описывает главная функция. Вид этого функционального воздействия выбирается в зависимости от объекта функции и требуемых его изменений.
Когда функция выбрана, выбирается способ ее реализации – эффективный принцип действия и рабочий орган, которые затем дополняют элементами, обеспечивающими работоспособную полноту частей системы.
Учитываемые в системе свойства элемента не равны всем его свойствам – в системе используется только полезная часть его свойств.
Требуемая функция и выбранный физический принцип ее осуществления неоднозначно задают структуру. Структура для реализации функции отражает причинно-следственные связи между элементами, и она всегда вариативна, вариативны и способы достижения согласованности элементов. Каждый из вариантов реализации имеет определенный уровень результативности и имеет свойственные ему недостатки.