Общая схема развития ТС

СИСТЕМА ЗАКОНОВ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ
(ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ)

4.11. Закон увеличения степени идеальности

4.11.1. Формулировка закона и основные понятия.

Идеальная ТС это система, масса, габариты и энергоемкость которой стремятся к нулю, а ее способность выполнять работу при этом не уменьшается.

В пределе: идеальная система та, которой нет, а функция ее сохраняется и выполняется.

Поскольку для выполнения функции требуется только материальный объект, то за исчезнувшую (идеализированную) систему эту функцию должны выполнять другие системы (соседние ТС, над- или подсистемы). Т.е. часть систем преобразуется таким образом, чтобы выполнять еще и дополнительные функции - функции исчезнувших систем. Принимаемая к выполнению "чужая" функция может быть аналогична собственной, тогда происходит просто увеличение ГПФ данной системы; если же функции не совпадают - происходит увеличение количества функций системы.

Исчезновение систем и увеличение ГПФ или количества выполняемых функций - две стороны общего процесса идеализации.

Поэтому различают два вида идеализации систем (рис. 28):

Здесь Ф_n функция системы (ГПФ) или "сумма" нескольких функций.

Общий вид идеализации систем отражает оба процесса (уменьшение М, Г, Э и увеличение ГПФ или количества функций):

То есть предельный случай идеализации техники заключается в ее уменьшении (и в конечном счете, исчезновении) при одновременном увеличении количества выполняемых ею функций; в идеале - техники не должно быть, а функции нужные человеку и обществу должны выполняться.

Идеализация реальных ТС может идти путем, отличающимся от приведенных зависимостей. Чаще всего наблюдается смешанный вид идеализации, когда выигрыш в М, Г, Э, полученный в процессе идеализации, тут же расходуется на дополнительное увеличение ГПФ или количества функций. Эти процессы можно условно изобразить кривыми, показанными на рис. 29.

Подобные зависимости характерны, например, для авиации, водного транспорта, военной техники и др.

Процесс идеализации внешне аналогичен 2-му виду I(S₂), когда увеличение ГПФ происходит при неизменных значениях М,Г,Э. На самом деле М,Г,Э подсистем уменьшаются, но сами эти подсистемы удваиваются, утраиваются, появляются новые и т.д. Таким образом, на уровне подсистем идет процесс идеализации 1-го вида, а на уровне всей ТС идеализация 2-го вида.

Если разнести во времени процессы 1,2 (рис. 29), то есть разделить смешанный процесс на два раздельных, то получим некий обобщенный (нормальный) процесс развития ТС, включающий фазу развертывания и фазу свертывания системы (рис. 30).

Техническая система, возникнув, начинает "завоевывать" пространство (увеличивает свои М,Г,Э), а достигнув некоторого предела, уменьшается (свертывается).

Процесс развития ТС протекает во времени, поэтому горизонтальная ось (Ф_n - ГПФ) это одновременно и ось времени - каждое изобретение увеличивает главную полезную функцию системы (рис. 31).

Можно преобразовать эти графики в окончательный вид - волнообразную кривую развития ТС в пространстве и времени (рис. 32). Эта модель развития справедлива для всех уровней иерархии над- и подсистем, вещества.

Таким образом, процесс развития (идеализации) технических систем можно описать выражением:

Один из механизмов развертывания (перехода в НС) переход моно-би-поли хорошо вписывается в "волну" развития ТС (рис. 33). На любом этапе развития (развертывания) система может быть свернута в идеальное вещество - в новую моно-систему, которая может стать началом новой волны развития.

Как делаются шаги по линии развития ТС?, что движет систему от одного изобретения к другому?, каков механизм этого процесса?

Анализ истории развития многих ТС показывает, что все они развиваются через ряд последовательных событий:

1. Возникновение потребности.
2. Формулирование главной полезной функции - социального заказа на новую ТС.
3. Синтез новой ТС, начало ее функционирования (минимальная ГПФ).
4. Увеличение ГПФ - попытка "выжать" из системы больше, чем она может дать.
5. При увеличении ГПФ ухудшается какая-то часть (или свойство) ТС - возникает техническое противоречие, то есть появляется возможность сформулировать изобретательскую задачу.
6. Формулирование требуемых изменений ТС (ответ на вопросы: что надо сделать для увеличения ГПФ? и что не позволяет нам это сделать?), то есть переход к изобретательской задаче.
7. Решение изобретательской задачи с применением знаний из области науки и техники (и даже шире - из культуры вообще).
8. Изменение в ТС в соответствии с изобретением.
9. Увеличение ГПФ (см. шаг 4).

Рассмотрим подробнее отдельные этапы развития ТС.

4.11.2. Возникновение потребности и связанный с этим процесс увеличения ГПФ.

Все, что делается в мире техники, делается ради удовлетворения потребностей человека и общества. Если в ТС нет нужды, то она никогда не возникнет, а если потребность появляется, то с течением времени она становится все более острой и ничто не остановит человека в ее воплощении. Необходимость - мать изобретений.

В настоящее время удельный вес затрат мускульной силы в промышленности ничтожно мал - около 0,1% общего баланса механической энергии, расходуемой в производстве. То есть без машин можно получить всего лишь 1/1000 часть общего объема сегодняшней продукции.

Потребность в экономии силы - одна из главных витальных человеческих потребностей (после потребностей в пище, воде, сне, продолжении рода, защиты от внешних опасностей). Именно эта потребность побуждает изобретательность и совершенствование в технике (Симонов П.В. Эмоциональный мозг. М.: Наука, 1981). Потребность выступает как необходимость - в этом начало противоречия организма (индивида) или общества с окружающей средой, нарушение необходимого равновесия с нею. Возникшее противоречие становится побудительной силой активной деятельности, направленной на удовлетворение потребности - дальнейшее развитие техники. Прогресс общества был бы невозможен без стимулирующей роли потребностей. Закон возвышения потребностей действовал до сих пор (и нет признаков каких-либо изменений в будущем) в человеческой истории объективно, независимо от сознания и воли людей. Необходимость удовлетворения постоянно растущих потребностей общества вступает в противоречие с существующими средствами их удовлетворения. Это противоречие разрешается силой творческих способностей человеческого разума.

Технический прогресс - это прежде всего передача трудовых функций человека технике. Поэтому на протяжении всей истории заметен процесс превращения (развертывания) инструментов в технические системы. Рано или поздно предпринимаются попытки усовершенствования инструментов таким образом, чтобы увеличить ГПФ или количество функций или выполнять часть функций без участия человека.

Например, для устранения перегрева режущей кромки токарного резца в него встроили цилиндрический ролик из пористого материала, пропитанного охлаждающей жидкостью (а.с. 1201063), по а.с. 1175611 в резец ввели тепловую трубу, а по а.с. 1175612 к тепловой трубе предложено добавить холодный спай полупроводниковых материалов.

В Англии выпускается отвертка с вакуумными присосками (захват и удержание винта), встроенным электромоторчиком (50-1200 об/мин), сменными лезвиями (для винтов диаметром 0,4-7 мм) и электронным управлением.

В а.с. 1214495 описана электронная авторучка. Вмонтированные в нее датчик силы и электронный блок регулируют порцию чернил, подаваемую в капиллярный канал наконечника.

Рост потребностей чаще всего опережает рост ГПФ в развивающейся технической системе, а невозможность удовлетворения потребностей старыми (имеющимися ТС) средствами заставляет изобретать новые системы или усовершенствовать старые введением новых подсистем.

Первый светофор, например, появился в Лондоне в 1868 году, когда интенсивность движения конных экипажей превысила все безопасные пределы. Появилась острая необходимость в изобретении новой ТС - регулятора движения. На чрезмерно оживленной площади перед английским парламентом установили столб с газовыми фонарями, которые управлялись вручную и через окрашенные стекла давали два сигнала - красный и зеленый. Однако введение новой ТС вызвало и нежелательный эффект - фонари искрили и шипели, пугая лошадей. Лишь в начале 20 века в США для регулирования автомобильного движения появился светофор с электрическими лампочками. Он был горизонтального типа, с тремя светофильтрами красным, желтым и зеленым. Конструкция оказалась удачной и вскоре был принят международный стандарт - на вертикальный светофор.

Первая в мире авиационная катастрофа произошла в 1908 году из-за поломки винта. Это было время, когда отказ любого элемента на самолете приводил к летному происшествию (опасной или катастрофической ситуации). Для повышения безопасности полетов требовались новые идеи по усилению устойчивости и управляемости аэроплана при полете в неспокойной атмосфере. В 1914 году на одном из конкурсов по безопасности полетов был продемонстрирован новый самолет, оборудованный стабилизатором скорости полета. Этот аэроплан блестяще прошел испытания, совершив перелет Версаль-Шартр и обратно (при ветре 15 м/сек) со скоростью 75 км/час. Таким образом потребность в увеличении ГПФ была удовлетворена созданием новой подсистемы - стабилизатора.

Чем больше рывок в ГПФ, тем труднее он дается. Часто первые ТС с высоким значением ГПФ неуклюжи, их функционирование находится на грани возможного срыва - но на это шли, например, во время войны. От выигрыша изобретательской гонки во всех областях военной техники зависела победа.

В 1943 году над Москвой на огромной, по тем временам, высоте в 13 тыс. метров часто появлялся немецкий высотный разведчик ("Юнкерс-388"). Долгое время это сходило ему безнаказанно, так как зенитный огонь его не доставал, а самолетов, способных подняться на такую высоту, у нас еще не было. Срочно был создан специальный перехватчик с дополнительным воздушным нагнетателем ЯК -9ПД, максимально облегченный с целью достижения высоты 14 тыс. метров (броневую спинку сиденья пилота заменили фанерной, из вооружения оставили только пулемет). И вот самолеты встретились на высоте 13 км. Нужен бой! Но оба самолета не смогли вступить в него - они работали на пределе своих возможностей. У "Юнкерса", как оказалось, вообще не было вооружения. А наш ЯК не смог занять позицию для атаки. Оба самолета едва смогли сделать поворот даже при большом радиусе виража - покружившись, они разошлись, чтобы никогда больше не встретиться (Г.А.Меерович. Эффект больших систем. М.: Знание, 1985, с. 61). Встретились последующие модификации ТС с увеличенной ГПФ и новыми полезными подсистемами - там возникли новые претензии к ТС, новые потребности, приведшие к новому рывку увеличения ГПФ.

Первый холодильник изобрел продавец масла Т.Мур (пат. США, 1803), он развозил свой товар по всему Вашингтону и потребность в этом изобретении была для него очень острой. Это был большой ящик с двойными стенками, между которыми набивался лед. Полезная функция была достигнута. Но лед заготавливался с зимы, его необходимо было хранить, перетаскивать, колоть и т.д. В 1868 году был изобретен холодильный компрессор для получения искусственного льда для продовольственных складов, шоколадных фабрик и других потребителей. В конце 19 века появились первые домашние льдоделательные машины. Одна из них под названием "Эскимо" продавалась в России. Эти машины потребляли много топлива дров, угля, керосина. В 1911 году фирма "Дженерал электрик" наладила выпуск холодильников современного типа: холодильная машина помешалась в кухонном шкафу.

Изобрел этот холодильник преподаватель монастырского колледжа во Франции Т.Одиффрен. Компрессор с приводными ремнями производил много шума, происходила утечка газа (аммиак и сернистый ангидрид) и в кухне стоял неприятный запах. В 1926 году датский инженер А.Стиндруп сделал следующий шаг: компрессор с ремнями он спрятал под герметичным колпаком с изоляцией. Холодильник стал бесшумным, исчез запах. Первый домашний холодильник без компрессора - абсорбционный - был изобретен в Швеции Б.Платеном и К.Мунтерсом в 1922 году. С тех пор идет отчаянная конкурентная борьба двух типов холодильников. В 1951 году в Институте полупроводников РАН был создан первый в мире термоэлектрический холодильник. Однако компрессионные холодильники быстро совершенствуются: появились многофункциональные автоматические системы, которые сами готовят лед из воды, охлаждают напитки до определенной температуры, оттаивают масло до определенной мягкости, имеют встроенный блок прогнозирующий появление неисправностей и т.п.

Часы, как ТС с четкой и однозначной полезной функцией - отсчетом времени, прошли длительную эволюцию. В основе принципов действия этой системы всегда были те или иные периодические процессы: вращение Земли (солнечные часы), колебание маятника (механические и электромагнитные часы), камертоны (камертонные часы), пластинки кварца (кварцевые часы). Современные электронные наручные часы имеют очень высокое значение ГПФ - погрешность отсчета времени не превышает 10 с. в год. Эта степень полезности превысила потребность, поэтому развитие пошло по пути увеличения количества выполняемых функций - сегодня их более 15, включая такие как: датчик давления, пульса, температуры, сопротивления кожи, звуковая и световая сигнализация, дневник, записная книжка, магнитофон, приемник, телевизор, игры, компьютер, способность подать кодированный сигнал "Скорой помощи". Есть часы и без источников питания, самоподзаряжающиеся, "добывающие" энергию из окружающей среды. Часы будут включены в общую систему измерения времени.

Изобретение систем с ГПФ, превышающей уровень сегодняшних потребностей - не редкость в истории техники (изобретения, опередившие время). А в современном высокоиндустриализированном обществе изобретения еще чаще обгоняют реальные потребности; тогда возникает необходимость поиска сферы применения (одна из задач маркетинга) или стимулирование потребностей (чрезмерная реклама, "воспитание" потребителя). Истинные потребности общества следует отличать от надуманных, искусственных и даже глупых. По мнению американского социолога У.Тоффлера около 80% всех произведенных с начала века в США товаров не отвечали истинным потребностям или вообще не были нужны обществу.

ГПФ системы растет постоянно и неуклонно; спад роста, заминки и короткие остановки происходят лишь при приближении ТС к моменту исчерпания ресурсов физического принципа заложенного в основу данной системы. Смена принципа функционирования дает новый ресурс развития.

А.А.Микулин, известный конструктор авиационных двигателей, рассказывает: "Да, дадим таблицу рекордов, начиная с 1904 года. И каждый увидит: неуклонный рост понимаете! неуклонный рост примерно до 1943 года. А потом каждый новый десяток километров в час начал даваться с трудом, и 700-950 км/час - замерла кривая, тупик! Я объясню -продолжал Микулин, подскакивая и сам себе улыбаясь,- объясню, почему это произошло. Самолет уперся в "звуковой барьер". Дальнейшее повышение скорости требовало повышения тяги, мощности в геометрической прогрессии. А повышение тяги - это увеличение габаритов мотора и всего самолета... Тут-то и вспомнили реактивные двигатели." (А.Аграновский. Из записных книжек. "Дружба народов", 1987, № 4, с. 188-189).

Рост производительности ЭВМ шел до сих пор почти по линейному закону (рис. 34). Однако, при производительности более 10¹² опер/с рост ГПФ замедлится и ожидается переход к новому принципу работы - молекулярным формам носителя.

Рост максимальной чувствительности серийно выпускаемой цветной пленки за 10 лет ("Наука и жизнь", 1987, № 6, с.113):

Причем большинство типов пленок можно проявлять специальными способами, "форсируя" чувствительность еще в два раза. Возможно, что дальнейший рост натолкнется на неразрешимые, в рамках данного способа, противоречия.

Решение изобретательской задачи (разрешение технического противоречия) продвигает ТС вперед, компромисс оставляет систему на месте. С помощью изобретателя система "уходит" от действия вредных факторов (претензий внешней среды), препятствующих увеличению ГПФ. В системе появляются новые свойства, функции, изменяются (перестраиваются или заменяются) вещества и подсистемы ТС.

4.11.3. Развертывание вещества в технической системе.

Процесс развертывания ТС (первая половина волны развития) чаще всего начинается с вещества. Именно на уровне вещества наиболее сильно проявляется действие факторов, сдерживающих увеличение ГПФ.

Большое количество изобретений и усовершенствований, заключавшихся в создании новых подсистем для выполнения дополнительных полезных функций или увеличения существующей функции появились из-за отсутствия требующихся свойств у веществ (материалов) технической системы, или из-за неумения использовать скрытые (неявные) ресурсы вещества свойства, эффекты.

Можно выделить несколько стадий или переходных моментов, в эволюции вещества технических систем:

а) попытки улучшения (выделения) нужного свойства вещества,
б) разделение однородного вещества на функциональные зоны,
в) специализация зон по функциям, переход к неоднородному веществу,
г) составное вещество из специализированных веществ с высокими значениями полезной функции,
д) развертывание составных веществ в подсистемы,
е) свертывание составного вещества или подсистемы в идеальное вещество.

Для увеличения ГПФ требуется увеличить какое-то свойство вещества. Простейшее решение - увеличить М,Г,Э этого вещества (толщину, затраты энергии, вес, габариты). Эта попытка чаще всего наталкивается на противоречие - ухудшаются другие свойства или части ТС. Надо улучшить свойство вещества и нельзя этого делать. Поэтому начинается "очищение", выделение нужного свойства, "гашение" вредных побочных свойств. Так появляется множество вариантов (модификаций, марок) одного и того же вещества - для разных систем, объектов и условий работы. Например, только в нашей стране выпускается около 3 тыс. марок сталей (НТР: проблемы и решения, 1985, № 6, с.3). Такая сверхспециализация вещества (чуть ли не по новой марке стали для каждой новой технической системы) - вынужденная; раз нет возможности создать материал, перекрывающий весь диапазон требуемых свойств, то приходится идти на получение микроскопических выигрышей в ГПФ путем выделения того или иного свойства вещества.

Примером достижения высокого значения ГПФ может служить а.с. 1066047: прокатный валок преимущественно для многовалкового стана, отличающийся тем, что с целью повышения срока службы и качества проката, он выполнен из монокристалла лейкосапфира, кристаллографическая ось (0,0001) которого ориентирована вдоль оси вращения валка. Предложено использовать драгоценный камень 1 класса, разновидность корунда, с наиболее выгодной ориентацией кристаллической решетки. Значит ли это, что достигнут предел роста ГПФ? Конечно, нет. Впереди - алмазные валки, на которых, впрочем, развитие также не остановится... Если не будет создано вещество тверже алмаза, то потребуется какая-то "хитрость" для увеличения ГПФ (новый способ обработки металла).

Процесс развития обычно приводит к разделению моно-вещества на зоны, слои, части, переходу к составному веществу. Причина проста: при очередной попытке увеличения ГПФ выясняется, что свойством, от которого зависит это увеличение, должно обладать не все вещество, а лишь его часть (рабочая зона). Усилить свойство в зоне легче, чем во всем веществе.

Примеры разделения моновещества на функциональные зоны.
Изобретение бездымного пороха и введение нарезных орудий в середине 19 века совершили переворот в артиллерийской технике: появилась реальная возможность резко повысить дальнобойность орудий. Но увеличение единичной мощности заряда поставило конструкторов в тупик. Даже замена чугуна и меди на сталь не дала желаемого результата: стальные трубы выдерживали давление максимум в 2000 атм. Причем, толщина стенок мало влияла на прочность стволов. Только исследования француза Г.Ламе внесли ясность: он показал, что в трубе, подвергающейся изнутри равномерному давлению, слои металла испытывают неодинаковое напряжение; внутренние слои несут основную нагрузку, а наружные практически не работают. Следовательно, изготавливать орудия с очень толстыми стенками нет смысла, если не заставить работать наружные слои. Эту задачу остроумно решил в 1861 году русский инженер А.В.Гадолин, он предложил усиливать ствол обручами - в горячем состоянии на ствол одевались цилиндры, которые после охлаждения стягивали внутренние слои.

Недавно были проведены исследования древнерусского меча (10 век), найденного в 1900 году. Оказалось, что он изготовлен из неоднородного металла: рубящие кромки имели слой повышенной твердости, а центральная часть клинка была железная с низкой твердостью. Различалась и микроструктура этих зон, то есть это были два материала, соединенные кузнечной сваркой ("Знание - сила", 1986, № 4, с. 7).

Знаменитые самозатачивающиеся резцы А.Н.Игнатьева (рис. 35), изобретенные им в 1926 году, также состоят из нескольких слоев. Биолог по образованию, он задался вопросом "почему клыки и когти животных все время острые?" Ведь они истираясь, должны затупиться. Однако, они не только остаются острыми, но и не меняют угол заострения клина. Оказалось, что всему причина - различная твердость внешней и внутренней стороны клина. Менее твердая внутренняя сторона зуба изнашивается быстрее более твердой наружной. Поэтому и образуется острый клин с найденным природой эффективным углом заострения.

Сам факт перехода от моновещества к слоистому оказывается полезен. Если же каждому слою придать определенные свойства, то можно получить значительный выигрыш в ГПФ. Например, в Институте физико-технических проблем Севера разработаны теплоизоляционные слоистые панели, вдесятеро более тонкие и легкие, чем однородные. Тот же принцип можно использовать для гашения других волновых процессов (акустических, оптических, радиофизических, упругих): каждая граница раздела двух сред с различными свойствами служит источником отраженных и преломленных волн; взаимодействуя с падающей волной, они образуют сложную интерференционную картину и гасят друг друга (НТР: проблемы и решения, 1986, № 22, с. 3).

В Донецком политехническом институте разработаны технологические приемы получения деталей с переменными (по объему) свойствами ("Изобретатель и рационализатор", 1983, № 10, с.26). Авторы утверждают, что можно сделать детали, физико-механические свойства которых будут внутри и снаружи плавно или рывком меняться в полном соответствии с условиями работы этих участков. Например, цапфа вала должна обладать повышенной износостойкостью а сам вал обязан хорошо работать при знакопеременных нагрузках. Следовательно, в цапфах должно быть больше хрома или молибдена а в средней части вала - никеля. В идеале каждая деталь должна иметь как бы мозаичное строение, и в любой ее зоне химический состав, свойства должны находиться в соответствии с характером нагрузок.

После разделения вещества на функциональные зоны, начинается процесс их специализации - каждая зона выполняет только одну функцию. При специализации легче обеспечить рост полезной функции каждой зоны и в целом всего технического объекта.

Итальянская фирма "Пирелли" разработала автопокрышку с асимметричным рисунком протектора, обеспечивающим хорошее сцепление как при езде по снегу и льду, так и при движении по ровной сухой дороге. Такая покрышка сваривается как бы из двух разных половинок. Половина, находящаяся на стороне автомобиля, имеет протектор для езды по снегу и льду и изготовлена из резины, содержащей больше кремния (что обеспечивает лучшее сцепление с поверхностью дороги); наружная половина покрышки имеет протектор для езды на ровной сухой дороге и ее резина содержит больше газовой сажи, которая создает лучшие условия для движения с большой скоростью. Несмотря на асимметрию протектора и разный состав резины, такие покрышки изнашиваются равномерно, и фирма гарантирует до износа протектора пробег 64000 км ("Новое в жизни, науке, технике", серия "Техника", 1982, № 4, с.28).

Фары автомобиля установлены так, чтобы освещать путь впереди машины. Из соображений безопасности неплохо было бы иметь еще одну фару, которая светила бы несколько вверх и вбок, освещая дорожные знаки, стоящие на обочине. В патенте Великобритании 1486587 предложено совместить обе функции в одной фаре. Для этого на внутренней стороне стекла фары делается выступ в виде призмы. Призма рассчитана так, что при переключении на ближний свет часть пучка света от фары отклоняется вбок и вверх, освещая дорожные знаки на расстоянии 25 метров от автомобиля.

Еще более серьезная проблема - ослепление светом фар водителей встречных машин. В мире выдано около 400 патентов на способы предотвращения ослепления ("Изобретатель и рационализатор", 1981, № 6, с.18). Но ни одно из этих изобретений не утверждено комиссией безопасности движения ООН для обязательного повсеместного применения. Всевозможные очки снижают видимость. Фотодиоды, сбрасывающие яркость накала лампы при встречном потоке света или гасящие рефлектор заслонками, требуют полной реконструкции фар, сложны и не вполне надежны. При поляроидных стеклах и фильтрах необходимо четырехкратное увеличение силы света. Кроме того, такие стекла довольно дороги и дефицитны. Так что пока единственный способ борьбы с противоослеплением переключение на ближний свет: водители должны быть взаимно вежливы. Но увы... Проблема решена в а.с. 520487 предложена фара, которая как бы изгибает поток света и он не слепит водителя встречной машины (рис. 36).

В заявке Франции 2595659 описан способ подчеркивания (выделения) эстетических свойств жидкостей, содержащихся в пластмассовых или стеклянных емкостях в коммерческих целях. В стенках флакона или бутылки формуются различные оптические элементы линзы и др. (рис. 37).

В США изобретено "голографическое окно" ("Изобретатель и рационализатор", 1987, № 11, с.48). Стеклу придана определенная голографическая структура, с помощью которой освещаются части комнаты, обычно затемненные. Такое остекление может направить солнечный свет вверх на потолок вместо пола, освещать темные углы. Отфильтровывание ИК-лучей удерживает в комнатах прохладу. Солнечный свет можно даже "перекачивать" в помещение без окон через вентиляционный канал с отражающими стенками и затем рассеивать через отверстие в потолке.

Специализация зон по выполняемым функциям приводит, в конечном итоге, к разделению неоднородного вещества на составные части, к замене отдельных частей на вещества с высоким значением полезной функции.

Например, одна из современных конструкций чайника включает в себя трехслойный корпус: медная основа (высокая теплопроводность), покрытая изнутри тонким слоем тефлона (к нему не пристает накипь), а снаружи электрохимическое блестящее защитное покрытие.

В Японии разработан новый напильник из дешевой незакаленной стали, насечка которого покрыта сверхтвердой керамикой (карбидом ванадия). Слой толщиной 3 мкм защищает напильник от коррозии, позволяет обрабатывать твердые сплавы и повышает в 5-6 раз его долговечность ("Техника молодежи", 1987, № 2, с. 48).

Во Франции созданы свинцовые аккумуляторы, вес которых в 4 раза легче обычных: в них оставлен лишь функциональный слой свинца, нанесенный на стеклянные и углеродные волокна ("Знание - сила", 1983, № 8, с. 40).

В больших городах стеклянные поверхности загрязняются столь сильно, что даже частое мытье не дает возможности держать их в чистом состоянии продолжительное время. Изобретен состав "Изольвер" (Франция), который после нанесения на чистую и сухую стеклянную поверхность предотвращает задержание на ней дождевой воды, прилипания загрязняющих частиц и образование инея. Состав химически нейтрален, не поддается действию моющих средств. Одного литра состава хватает на 100-120 кв.м. поверхности ("За рубежом", 1987, № 28, с. 20).

Не всегда есть вещества, выполняющие нужную функцию самостоятельно, то есть "работающие" на собственной энергии или на энергии, имеющейся в системе. Тогда к веществу "пристраивается" обслуживающая его подсистема.

И водители и пешеходы знают, что в солнечный день бывает нелегко разглядеть сигнал светофора. Отражаясь от цветных стекол, солнечный свет создает ложный сигнал. Поэтому появились патенты на светофоры с черными шторками: как только фонарь (например, красный) выключается, его стекло закрывается автоматической шторкой, а шторка другого фонаря (например, желтого) открывается. По пат. Великобритании 1454386 стекло фонаря покрыто пленкой жидких кристаллов с электродами по бокам; когда лампа не горит, жидкие кристаллы не пропускают свет и выглядят как матовая черная поверхность; при включении лампы электрическое поле, создаваемое протекающим током, переориентирует молекулы кристаллов и шторка становится прозрачной.

Одна из фирм Англии выпускает отвертки длиной 280 мм, в которых для удобства работы обеспечивается подсветка. В ручки этих отверток вмонтирована миниатюрная лампочка, свет от которой направляется по четырем световодным волокнам к наконечнику металлического пера отвертки для создания узкого пучка. Питание лампочка получает от двух миниатюрных батареек (Новое в жизни, науке, технике. Серия "Техника", 1982, № 4, с.9).

Рано или поздно, подсистемы или составные вещества должны сворачиваться снова в вещество. Такое вещество, прошедшее один цикл развертывания-свертывания и приобретшее новое качество, обеспечивающее высокое значение ГПФ в конкретной технической системе можно назвать идеальным веществом 1-го порядка (ИВ¹).

Установлено, например, что УФ-свет угнетает растения. Особенно чувствительны к ультрафиолету парниковые растения. Зная об этом, специалисты во всем мире покрывают крыши теплиц еще и светофильтрующей пленкой. Ультрафиолет поглощается, преобразуется в тепло. Установлено также, что свет с длиной волны, лежащей в красно-оранжевой области, благотворно действует на все растения. Они лучше преобразуют его в химическую энергию в процессе жизнедеятельности. Но покрывать парники еще одной пленкой просто невозможно резко упадет светопропускание. Не удались и попытки придания стеклу двух противоположных свойств: не пропускать УФ- и не задерживать ИК-свет.

Задача недавно блестяще решена в ИОНХ им. М.С.Курнакова - там создана пленка, преобразующая УФ-свет в ИК-свет, то есть убирается вредный фактор и добавляется полезный. В качестве преобразователя применен люминофор на основе европия - микродозы люминофора подмешивают в полимер. "Полисветан" (так назвали пленку) дал неожиданно большую прибавку урожая: помидоры и огурцы - на 50 %, салат - на 20 %, арбузы - на 60 % ! (Новое в жизни, науке, технике. Серия "Техника", 1987, № 5, с. 62).

4.11.4. Свертывание систем - общий вид процесса.

После периода развертывания техническая система вступает в новый этап преобразований, который глубоко и всесторонне захватывает структуру, организацию и системные свойства ТС. Этот процесс полностью соответствует закону увеличения степени идеальности: техническая система уменьшает свои М,Г,Э при одновременном увеличении ГПФ.

Для технической системы, достигшей точки максимального развертывания, в принципе, возможны несколько путей свертывания (рис. 38):

1 - вытеснение части подсистем в НС,
2 - развитие подсистем в составе ТС,
3 - свертывание ТС в одну из ПС,
4 - свертывание ПС-ТС в идеальное вещество.

В развитии реальных ТС чаще всего идут смешанные процессы свертывания: развивается и идеализируется то одна, то другая часть системы, тот или иной уровень иерархии. Если нанести на график точки развития какой-либо системы во времени и соединить их линиями, то рисунок будет напоминать изображение броуновского движения частиц. Кажущаяся хаотичность такого развития обуславливается внезапностью появления и обострения противоречия в какой-либо части системы, т.е. процесс соответствует закону неравномерности развития частей системы.

Все четыре пути ведут к одному и тому же - к новой системе Б, выполняющей ту же ГПФ, что и исходная система А. Новая система Б имеет очень малые М,Г,Э и высокое значение ГПФ.

Этот путь характеризуется следующими особенностями:

• в ТС уменьшается количество элементов,
• уменьшается М,Г,Э данной ТС,
• увеличивается ГПФ данной ТС за счет действия двух факторов:
  1. система "облегчается" (ей не надо быть универсальной), упрощается структура и организация, улучшается функционирование;
  2. взамен функции вытесненной ПС поступает из НС та же функция (действия) более высокого качества, т.к. бывшая подсистема становится в НС специализированной системой.

Количество элементов в ТС может уменьшаться до предельного уровня, когда остается рабочий орган. Для выполнения ГПФ системы должны быть объединены в НС.

Например, при развитии ТС "автомобиль - дорога" от автомобиля останется только кресло, все остальные части ТС будут совмещены с дорогой, выделены в специализированные узловые (центральные) системы - подачи энергии, контроле и управления и т.д.

"Обобществленная" система становится системой коллективного пользования (узловой, центральной), к которой постоянно или периодически обращаются все ТС. Функции таких ТС: коммутация, обслуживание, источник питания (преобразователь энергии), слежение и контроль, ремонт и т.п.

Вытесненные в НС и "обобществленные" подсистемы вначале выполняют те же функции, что и в ТС. Однако по мере роста числа взаимодействующих с ней ТС функции начинают меняться, количественные изменения неизбежно приводят к качественным изменениям. Со временем эти отличия нарастают, функции преобразуются, системы принимают на себя выполнение других функций.

Процессы объединения (интеграции) в период свертывания характерны и для надсистем. В первую очередь объединяются системы с близкими (родственными) ГПФ; например, информационные, энергетические, транспортные, сельскохозяйственные, медицинские и т.д. Такое объединение подготовлено предыдущими преобразованиями систем коллективного пользования - в процессе развития и присоединения других функций они сближаются и унифицируются. Это создает условия для интеграции двух или более НС в одну, при этом многие части и элементы исчезают.

И, наконец, выигрыш в ГПФ (количестве функций) образуется при вытеснении подсистем в НС и дальнейшей интеграции ПС за счет появления нового (системного) свойства или качества.

Первые телефонные аппараты имели коммутационные переключатели, источники питания, провода для связи с каждым абонентом. Но уже в 1878 г. возникла первая телефонная станция (Нью-Хойзен, США), которая имела наборное коммутационное поле со штеккерами для соединения между абонентами. Такие локальные сети быстро распространились по городам. Затем появились каналы связи между городами и странами - потребовались промежуточные усилители, автоматические коммутаторы и множество других устройств. Современные телефоны имеют память, автоответчик, множество различных функциональных приставок (прибор для распознавания номера позвонившего абонента, телефакс и т.д.). Процесс развертывания, присоединения новых функций в этой системе продолжается. Одновременно идет процесс свертывания подсистем, вытеснения их в НС. Надсистема, например, сеть искусственных спутников Земли (ИСЗ) вобрала в себя множество технических систем наземной телефонной сети; отпала необходимость в большей части телефонных станций, узлов, коммутаторов, усилителей, кабелей и т.д.

Телефонная сеть, как одна из информационных систем (радио, телевидение, компьютерные сети, почта и т.д.), должна будет слиться с другими подобными системами в единую информационную систему.

Еще два примера на развитие информационных систем в ближайшем будущем (Дементьев Г.П. и др. Физико-технические основы создания и применения космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1987).

В США разработан проект преобразования почтовой связи. С помощью одного ИСЗ можно охватить все почтовые отделения на 50 % территории США, Аляски и Гавайских островов. Пропускная способность системы может достигать 100 млрд. страниц текста в сутки (т.е. вместо бумажных писем - "электронные"). Почтовые отделения будут оснащаться антеннами диаметром 1 м, устанавливаемыми на крышах зданий. Впоследствии такое оборудование можно будет предоставлять в личное пользование, исключая тем самым из системы связи почтовые отделения.

Разработана также система (содержащая ИСЗ массой 7,26 т, оборудованный 500-лучевой антенной диаметром 60 м.), предназначенная для регистрации сигналов датчиков (акустических, инфракрасных, контактных, датчиков давления и т.д.), охраняющих какой-либо объект. В такой системе при срабатывании датчика должен возбудиться передатчик, излучающий кодированные сигналы мощностью 1 мВт. Эти сигналы принимаются ИСЗ и подвергаются обработке (с целью снижения вероятности появления ложной тревоги) и ретранслируются в соответствующий центр управления для принятия тех или иных мер. Один ИСЗ каждую секунду может ретранслировать сигналы свыше 3 млн. датчиков, установленных в различных населенных пунктах США (один Всеобщий Сторож). Общее количество датчиков может достигать десятков миллиардов. По оценкам специалистов система может быть введена в эксплуатацию в ближайшие годы. Примеры использования датчиков: охрана любых объектов личного и общественного пользования, контроль параметров в любой точке энергетических сетей, расхода жидкостей и газа в трубопроводах, влажности почвы в сельхозрайонах, прогнозирование наводнений, оползней и т.д., и т.п.

Особенности этого направления идеализации:

• уменьшение М,Г,Э за счет миниатюризации; резкое снижение габаритов (Г) и соответственно уменьшение М и Э;
• увеличение ГПФ за счет повышения точности функционирования (уменьшается длина связей - снижается вероятность ошибок, уменьшается требуемая мощность, исчезает часть вредных факторов);
• количество элементов системы остается неизменным вплоть до самого последнего момента - слияния подсистем в единую функциональную моно-систему.

Наиболее характерный пример мини- и микроминиатюризации в технике - это развитие радиоэлектроники в ХХ веке. Широко известна следующая иллюстрация этого процесса: "Если бы "ролс-ройс" 50-х годов усовершенствовался такими же темпами, как вычислительная техника, то этот роскошный автомобиль стоил бы сейчас два доллара, имел мотор емкостью в половину кубического сантиметра и потреблял бы тысячную часть кубического миллиметра бензина на километр пути".

Развитие элементной базы шло по пути резкого уменьшения М,Г,Э по цепочке: отдельные детали - сборки - микросборки - интегральные микросхемы (ИМС) - большие интегральные микросхемы (БИС) - сверхбольшие (СБИС). Причем на всем пути элементы принципиально не менялись: это был все тот же набор резистивных, емкостных, полупроводниковых и индуктивных элементов. Лишь в последнее время, в связи с разработкой идей выращивания электронных блоков в виде монокристаллов и сборки на основе биочипов, появились признаки перехода к принципиально новым элементам.

Развитие стиральной машины:

• бочка с активатором (электродвигатель, насадка), шланг, крышка;

• затем началось присоединение полезно-функциональных подсистем - подогрев, перекачка, модификации активатора, программное управление, отжим-сушка и т.д.;

• миниатюризация - машина "Малютка" и др.;

• предельный случай: совет из раздела "Умелые руки" - электродрель с насадкой и любой таз с бельем (стиральной машины нет, а функция ее выполняется);

• замена механического активатора на ультразвуковой (идея давно используется для отмывки деталей в машиностроении); испытания дали отличные результаты: нужна любая емкость с бельем, порошком, водой в нее опускается небольшая коробочка (УЗ -активатор);

• после механических и физических активаторов должен быть переход к "химической стирке" (активатор на микро-уровне).

Свертывание типографии.: выбранная книга печатается в присутствии заказчика прямо в книжном магазине. Текст и иллюстрации считываются с оптического диска и за несколько минут распечатываются на лазерном принтере (около 10 тысяч печатных листов в минуту), а затем переплетаются на автоматической переплетной линии. ("Наука и жизнь", 1987, № 6, с.104).

Однако, Дрекслер не наивен. Он понимает, что реальная картина нанотехнологического бытия может оказаться не совсем радужной, старается предусмотреть возможные осложнения и наметить выходы...

Концепция Э.Дрекслера - яркий пример разработки идей идеализации техники в "стихийном изобретательстве", образец нахождения и формулирования Достойной цели, остроумного решения научной задачи.

Свертывание - это последовательное совмещение элементов системы:

• подсистема принимает на себя выполнение функции какого-либо вещества ТС (и это вещество исключается из ТС);
• совмещение двух подсистем в одной (и одна ПС исчезает);
• совмещение нескольких ПС в одной;
• свертывание ТС в одну из подсистем.

Подсистемы часто уже обладают свойствами аналогичными свойствам веществ, используемых в данной ТС в другой ее части; остается только вытеснить это вещество, "поручив" выполнение его функции подсистеме. Если же какая-либо подсистема не обладает нужным свойством, ее следует изменить в требуемом направлении.

Несколько примеров:

• в Австралии разработаны солнечные фотоэлектропреобразователи, выполненные в виде черепицы из прозрачного пластика с вмонтированными фотоэлементами; крепление на крыше аналогично креплению керамической, цементной или стальной черепицы;

• в Японии начат выпуск электрических батарей толщиной не более 0,1 мм на твердом электролите; предлагается размещать батареи в самом корпусе устройства или прибора (изготовлять корпус из батарей);

• в Японии выпускаются домашние телевизионные антенны в виде настенного календаря; часть рисунков напечатана металлизированными красками или выполнена из тонкой алюминиевой фольги;

• у нас в стране разработана бытовая электроплита, не имеющая нагревательных конфорок, их роль выполняют днища любой металлической посуды; правда, для этого потребовалось ввести тиристорный преобразователь частоты (с 50 Гц до 20 кГц), ток повышенной частоты подается на первичную обмотку трансформатора, а в качестве вторичной обмотки используется дно посуды, достигнут высочайший КПД - 80 % (традиционный способ - не выше 20%).

При совмещении подсистем какая-то одна из них становится "главной" и принимает на себя выполнение дополнительной функции (от второй ПС). Если одна из ПС является рабочим органом, то именно эта подсистема остается и продолжает совершенствоваться.

Другие ПС как бы "стягиваются" к РО, размещаются в его пограничном слое, сливаются с РО:

• одна из автомобильных фирм разработала приборную панель автомобиля ближайшего будущего - панель монтируется на колонке рулевого колеса, кнопки находятся на таком расстоянии, которое позволяет доставать их пальцами;

• в Японии создан токарный станок с электронным блоком регулирования скорости (исчезли передаточный механизм, зубчатые колеса, валы и муфты), в котором электродвигатель постоянного тока совмещен со шпинделем станка;

• забортный двигатель с электроприводом (Япония, заявка 59-34558); винт с электродвигателем обособлен, максимально сближены и вынесены на консоли за борт;

• встроенный гребной винт (ФРГ, заявка 3312063). Мощный судовой винт должен обладать большим диаметром и малым числом оборотов, в то время как обычный электродвигатель обладает большим числом оборотов и малым диаметром ротора. Поэтому используются громоздкие редукторы и валы, испытывающие значительные знакопеременные нагрузки. Предложено совместить двигатель с рабочим органом - винтом. Ротор двигателя - винт, ступица которого выполнена из постоянных кобальт-самариевых магнитов, статор в виде кольца, охватывающего концы лопастей винта. Достигнуто резкое снижение М, Г, Э, уменьшен шум, несложно поворачивать для изменения направления движения судна. Создается образец с диаметром винта 2,5 м и мощностью 750 кВт.

В измерительных системах РО - это датчик. Поэтому свертывание измерительных ТС идет в направлении слияния всех частей с датчиком. Например, интегральные датчики представляют собой кремниевый кристалл, в котором объединены собственно чувствительный элемент и электронная схема формирования сигнала. Такие датчики обладают меньшими М, Г, Э и большей ГПФ.

Идеализируются (свертываются) даже... тюрьмы. В США ввиду переполненности тюрем в 35 штатах довольно широкое распространение получило содержание лиц, не совершивших тяжких преступлений, под домашним арестом, а для контроля их нахождения дома используются электронные средства. Средства контроля двух типов - активные и пассивные, соответственно за совершившими более или менее серьезные правонарушения. Активные средства представляют собой постоянно работающий передатчик, который вмонтирован в неснимающийся браслет, надеваемый на щиколотку ноги правонарушителя, а в его квартире устанавливаются радиоприемники, которые в произвольное время включаются и передают сигналы по телефонным каналам на ЭВМ в полицейском участке. Масса радиопередатчика 70 грамм. Для его извлечения из браслета требуется специальный инструмент, а при попытке разрезать или снять браслет радиопередатчик начинает излучать специальные сигналы. Прибор пассивного контроля включает ручной или ножной браслет и аппаратуру автоматического запроса.

Еще один сильный пример свертывания двух разнородных подсистем - лампы (излучатель света) и абажура (отражатель света). В США запатентована новая высокоэкономичная электрическая лампа (пат. США 4017758, 1978, кл. 313-112). На внутреннюю поверхность колбы нанесен тончайший слой серебра, заключенный между двумя слоями двуокиси титана, которые не задерживают видимый свет, но отражают инфракрасные лучи. Это прозрачное зеркало имеет такую кривизну (колба в форме эллипсоида), что ИК-лучи фокусируются на нити накала и разогревают ее - требуется в 2 раза меньше энергии при том же световом потоке.

Абажур (вспомогательная подсистема) оказался внутри лампы, поближе к рабочему органу. Здесь, в пределах, ограниченных колбой лампы, нет освещаемого (обрабатываемого) пространства, поэтому РО - нить накала, изделие - свет. Поглощенная подсистема расположилась на пограничном слое внутренней поверхности колбы. Высокая эффективность этого изобретения была оценена даже в Минэлектротехпроме СССР. Зам. министра, например, так "бичевал" собственные просчеты ("Изобретатель и рационализатор", 1980, № 8): "Можно привести пример с электрической лампочкой, созданной недавно в США и потребляющей при том же световом потоке в 2 раза меньше энергии. Мы прозевали создание такой лампочки. Но по материалам патентных фондов еще 3-4 года назад можно было определить направление интенсивных поисков зарубежных исследователей и предвидеть достигнутый результат. Если бы это было сделано вовремя, создание принципиально нового источника света мы смогли бы внести в план исследовательских работ и иметь сейчас подобную лампочку".

Некомпетентность этого заявления очевидна: если патентные материалы "подсказывали" это решение еще несколько лет назад, то почему его изобрели не у нас?

Изобретение сделано в полном соответствии с одним из законов отечественной теории изобретательства. Оно должно было появиться намного раньше зарубежных разработок.

Более того, если бы специалисты заглянули в отечественный фонд изобретений (кл. Н01К), то обнаружили бы, что первый шаг в этом направлении сделан именно в СССР:

- пат. СССР 3284, 1925 г., П.В.Бехтерев. "Электрическая лампа накаливания с рефлектором внутри". Вот краткое изложение рассуждений автора изобретения. В существующих лампах свет распределяется нерационально, т.е. излучаемая световая энергия используется плохо. Этот дефект в значительной мере исправляется применением надлежащих абажуров за счет явления отражения света от внутренней поверхности абажура. Однако эмалированные железные абажуры отражают свет слабо, а зеркальные, вследствие легко возникающего потускнения и прочих причин, не могут считаться вполне практичными. Внутри же лампы нет ни пыли, ни мух, ни окислительных газов. Автор предлагает помещать внутрь колбы рефлекторы разных типов: параболический (как прожектор - сноп света), выпуклый, вогнутый, декоративный, и даже - голофановый; последний представляет собой в поперечном сечении призмы голофана - в виде сложенных рядом и изогнутых треугольных призм из прозрачного стекла, причем, поверхность, обращенная к нити накала гладкая, а наружная - ребристая, этим достигается полное внутреннее отражение.

То есть, прогрессивная идея совмещения отражателя с лампой и придания отражателю определенной геометрической формы высказана давно, еще в начале периода массового применения электрической лампы.

Пат. США 2859336 (1958) - лампа с теплоотражающим экраном, фокусирующим излучение на вольфрамовой нити; однако при температуре 2600-3000⁰К вольфрам начинал испаряться и оседать на колбу, колба затемнялась.

Пат. ФРГ 2790151 (1975) - для снижения температуры вольфрамовой спирали внутрь ее помещают материал, излучающий видимый свет при нагревании.

А.с. СССР 202326 - с той же целью на стержень из нитрида алюминия нанесен вольфрамовый порошок.

В этих изобретениях попытались использовать "вредную" энергию ИК-лучей на дополнительный разогрев спирали и сразу же натолкнулись на ограничение по предельной температуре вольфрама (до его испарения). Выгоднее не поднимать температуру, а снизить количество энергии, потребной для разогрева спирали. Для этого необходимо увеличить процент начального излучения в ИК-области и соответственно снизить в видимой.

Пат. Франции 2253273 (1973) - тело накала расположено внутри прозрачного в видимой области света баллона с экраном, отражающим ИК-излучение на это тело накала. В этой лампе тело накала излучает вначале 5-10 % видимого излучения и 90-95 % ИК-излучения, поэтому температура быстро возрастает и мощность видимого излучения увеличивается.

В пат. США 4017758 - колба в виде эллипсоида и нить накала расположены в одном фокусе эллипсоида, т.е. значительная часть тепловой энергии рассеивается.

В пат. США 4160929 (1978) предложена сферическая колба (меньшая, чем у эллипсоида, площадь поверхности и один фокус), в центре которой помещено малогабаритное тело накала. Тело накала должно быть малогабаритным, т.к. центр сферы - точка. Такое тело накала ограничивает мощность лампы.

А.с. 1023451 (1983) - электрическая лампа накаливания, содержащая колбу из оптически прозрачного материала в форме эллипсоида вращения с нанесенным на ее внутреннюю поверхность, отражающим инфракрасное и пропускающим видимое излучение, и установленное в ней тело накала в виде спирали и отражатель, имеющий форму, подобную форме колбы и обращенный вогнутой стороной к телу накала, отличающийся тем, что с целью повышения КПД излучения, указанный эллипсоид образован вращением эллипса относительно меньшей оси симметрии, а тело накала выполнено тороидальным и установлено так, что оно охватывает кольцевую линию фокусов (рис. 39).

При вращении эллипса множество фокусов f1 и f2 (рис. 39 а) образуют кольцевую линию f (рис. 39 б). Спираль охватывает f.

При включении тело накала излучает видимые и невидимые (тепловые) лучи. Тепловые лучи изображены сплошной линией (рис. 39 в), отраженные - одной пунктирной. Видимые лучи, которые выходят за пределы колбы, изображены двойной линией.

Отраженные тепловые лучи возвращаются к телу накала в другом фокусе в виде дополнительного источника нагрева. Такое же распространение лучей повторяется в любом осевом сечении по длине спирали.

А.с. 1083253 (1984) - электрическая лампа накаливания, в которой с целью повышения световой отдачи и снижения требований к точности ее изготовления, в другом фокусе колбы установлен элемент, имеющий коэффициент поглощения ИК-излучения не менее 0,9 и температуру плавления не менее 2000⁰К (рис. 40).

В качестве материала для элемента 4 может быть использован прессованный силицид бора, карбид или нитрид кремния с температурой плавления около 3000⁰К. При разогреве он излучает дополнительный свет без подвода дополнительной энергии.

Здесь второе тело накала - диэлектрик. Может быть вообще для вольфрамовой нити оставить лишь роль излучателя ИК-энергии? Т.е. разделить функции между двумя веществами и тем самым исключить проблему испарения вольфрама.

А.с. 1100658 (1984) - лампа накаливания, в которой тело накала окружено сеткой, поглощающей ИК-излучение и испускающей видимое, причем соотношение объемов сетки и баллона 1:4-1:30, а тела накала и сетки 1:3-1:10; размеры отверстий в сетке 35-80 мкм; сетка выполнена из окислов металлов и обладает в ИК-области чернотой 0,4-1,0.

Лампа накаливания (рис. 41) работает следующим образом. Тело накала, разогретое до 2600-3000⁰К излучает 4-9 % видимого и более 90 % ИК-излучения. Окружающий газ, например, ксенон, передает тепло на сетку 2.

Окисная сетка состоит из окислов циркония, тория или гафния с церием, которые поглощают ИК и излучают видимый свет. При отверстиях в сетке менее 35 мкм увеличивается УФ-, а при размерах более 80 мкм увеличивается ИК-излучение. Шероховатый слой на внутренней поверхности колбы - для рассеивания света.

А.с. 1309120 (1987) - лампа накаливания, в которой для повышения КПД внутренняя отражающая поверхность колбы образована вращением двух соединенных между собой противоположно направленных отрезков парабол, имеющих общую ось и общий фокус, расположенный на пересечении оси парабол и кольцевой линии фокусов, причем на остальную часть отражающей поверхности нанесено зеркальное покрытие (рис. 42).

Свертывание ТС в вещество (системы нет, а функция ее выполняется веществом) или, что то же самое идеализация вещества до уровня технической системы (вещество, усложняясь, принимает на себя выполнение все большего количества функций, вплоть до выполнения функции целой ТС) может идти в несколько этапов:

• замена одним веществом функций двух или нескольких веществ;
• замена нескольких ПС одним универсальным веществом;
• замена ТС идеальным веществом (ИВ).

Об этих этапах достаточно полно рассказано в предыдущих разделах.

Здесь же только отметим, что к основным свойствам ИВ следует отнести:

• высокое значение выполняемой ГПФ;
• самоорганизация;
• самостоятельность отклика на изменения во внешней среде (не требуется внешнее управляющее воздействие).

Прогностическое развитие ТС (направленная "идеализация вещества") возможно, например, при помощи оператора идеализации: из подсистемы последовательно исключаются вещества с передачей их функций какому-либо одному веществу, а затем в это вещество свертывается вся подсистема.

Рабочий орган, как наиболее интенсивно развивающаяся часть системы, сильнее других "притягивает" к себе ближайшие вещества и подсистемы.

Например, в системе "Винтовка" рабочий орган - пуля. Ближайшая ПС - ствол. Одна из функций ствола выполняется нарезкой - сообщение вращения. Передадим функцию нарезки рабочему органу - самой пуле. Пример решения: использовать пулю-турбинку, с лопастями из материала с эффектом памяти формы, которые раскрываются от тепла пороховых газов и раскручивают пулю при вылете из ствола, в полете пуля охлаждается и лопасти складываются. Другая функция ствола - отвод избыточного тепла. Пример решения: пуля выполняется из КПМ, пропитанного испаряющимся при определенной температуре веществом, причем поры могут быть открыты только с тыльной стороны.