НАЧАЛО
содержание

Введение

Очерк возникновения и развития техники

Техническая система: понятие, определение, свойства

Законы развития технических систем

Общая схема развития ТС

СИСТЕМА ЗАКОНОВ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ
(ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ)

Издание 2-е исправленное и дополненное

© Юрий Петрович Саламатов, 1991-1996г.
текст приведен по рукописи
ysal@mail.kts.ru



4.7. Закон увеличения степени вепольности системы

4.7.1. Формулировка закона и основные направления усложнения систем.


Развитие технических систем идет в направлении увеличения степени вепольности: невепольные системы стремятся стать вепольными, а в вепольных системах развитие идет путем увеличения числа связей между элементами, повышения отзывчивости (чувствительности) элементов, увеличения количества элементов.

Закон справедлив для периода развертывания технических систем. В сущности, это закон развертывания (усложнения) веполей - ведь любую ТС можно представить как некую совокупность простых веполей.

Как возникают ТС?
Появившаяся потребность обеспечивается вначале простым веполем: изделие, обрабатываемое орудием труда (инструментом) и сила человека. Но при функционировании первого веполя постепенно выявляются его недостатки и возникают новые потребности в увеличении полезной функции, в устранении участия человека, в присоединении к ТС новых полезных функций, в устранении вредных (побочных) функций и т.д. Все эти потребности поочередно воплощаются в дополнительные подсистемы ТС, у которых, в свою очередь, проявляются недостатки и т.д.

Так возникли все современные сложные ТС, ведущие свою родословную от камня, палки, колеса. Разумеется, сложность не может увеличиваться бесконечно, на определенном этапе развития ТС наталкивается на ограничения (физические, экономические, экологические) и наступает период свертывания ТС в идеальное вещество...

Общий смысл закона: развертывается (усложняется) та часть (элемент) веполя, которая испытывает наибольшее затруднение при выполнении ГПФ системы (или при увеличении ГПФ). Причем, "больным" местом может быть любой элемент или связь в веполе.

Возьмем в качестве примера тепловую трубу. Потребность в передаче тепла на расстояние определила ГПФ будущей системы: передача тепла от одной точки к другой. Простейший способ теплопередачи связь между точками с помощью металлического стержня. Примем эту связь (условно) предшественником тепловой трубы и изобразим эту систему в вепольной форме:

Здесь один конец стержня Вн - зона нагрева, второй конец Во - зона охлаждения (отдачи тепла Пт нагреваемому телу). Разница между Пт и П'т терялась в процессе передачи по связи. Поэтому связь, выполняющая ГПФ, испытывала наибольшие требования по повышению эффективности - она и развивалась. Следующий этап развития - термосифон (труба с рабочей жидкостью - водой):

Здесь Взи - зона испарения в термосифоне, то есть приемник тепла, Взк - зона конденсации пара в жидкость, то есть зона отдачи тепла, Вж - рабочая жидкость, Вп - пар.

Следующий этап - тепловая труба Гоглера, в которой к термосифону добавлена новая подсистема - возврата сконденсированной жидкости к зоне испарения с помощью фитиля (капиллярно-пористого материала):

Итак, развертывание веполей - это обязательный этап развития любых систем.

 

Развертывание осуществляется следующим образом:

  • мобилизуются ВПР - за счет более полного использования имеющихся и применения "даровых" веществ и полей;
  • в веполи вводят вещества и поля, которые позволяют без существенного усложнения реализовать новые ФЭ, расширить функциональные возможности системы и тем самым повысить степень ее идеальности;
  • если не удается использовать ВПР, новые ФЭ, то систему "достраивают" новыми полезно-функциональными ПС, которые увеличивают ГПФ системы, но и усложняют ее (это "черновики" будущих идеальных веществ).

 

4.7.2. Образование цепного веполя.

Если нужно повысить эффективность вепольной системы, задачу решают превращением одной из частей веполя в независимо управляемый веполь с образованием цепного веполя.

а) развертывание вещества в веполь:

В3 или В4, в свою очередь, могут быть развернуты в веполь.

Например, изобретен декоративный светильник, который с изменением атмосферного давления изменяет цвет: в обычном светильнике светофильтр один и он закреплен неподвижно, а в новом светильнике светофильтры закреплены на гофрированной вакуумной камере, которая меняет свой объем в зависимости от атмосферного давления и передвигает разноцветные светофильтры а.с. 779726).

б) развертывание связей в веполе:

В этом случае в связь В1 - В2 встраивается звено П2 - В3.

Например, в пат. Великобритании 824047 предложено устройство для передачи вращения одного вала другому: валы вставлены с двух сторон в цилиндрическую муфту, в зазоре между ними магнитная жидкость, твердеющая в магнитном поле, муфта - это электромагнит. Если электромагнит не включен, валы (В1, В2) свободно вращаются (от П1) относительно друг друга. При включении электромагнита (П2) жидкость (В3) становится твердой и жестко связывает валы, то есть позволяет передавать вращающий момент.

в) развертывание поля в веполе:

Как извлечь запрессованную втулку из глухого отверстия?

Чтобы ухватиться за края втулки потребовалось сделать внутри втулки канавку и специальным съемником выдирать ее из корпуса детали. Это долго и ненадежно. А при массовом демонтаже неприемлемо.

Рис. 18. Способ извлечения запрессованной втулки


Рис. 18. Способ извлечения запрессованной втулки.
1 - валик-поршень, 2 - втулка, 3 - корпус, 4 - масло.

Предложено намного более эффективное решение (рис. 18): в отверстие заливается масло, вставляется стальной валик и по нему производится удар молотком. При этом в масле возникает гидравлический удар, концентрирующий (многократно усиливающий за счет сжатия во времени) внешнее действие и втулка вылетает из отверстия ("Техника и наука", 1984, № 3, с.39).

Формула этого решения:

Вот еще один безопасный способ значительного повышения давления в масле.

Рис. 19. Способ получения высоких давлений по а.с. 566656


Рис. 19. Способ получения высоких давлений по а.с. 566656.
1 - гибкий элемент (лента), 2 - барабаны, 3 - отверстие, 4 - клапан, 5 - камера, 6 - готовка, 7 - матрица.

А.с. 566656: камеру заполняют маслом, клапан закрывается, перематывают гибкий элемент (ленту) с наружного барабана на внутренний, при этом увеличивается объем гибкого элемента внутри камеры, давление резко повышается и происходит калибровка заготовки (рис. 19). По прототипу (а.с. 118162) в камеру для штамповки впрыскивают жидкий азот, при нагреве давление поднимается, но не выше 600-700 атм.; это сужает технологические возможности, нельзя, например, штамповать толстолистовые заготовки.

Рис. 20. Разъемное соединение по а.с. 1298439


Рис. 20. Разъемное соединение по а.с. 1298439.
1 - электромагнит, 2 - вал, 3 - втулка.

А.с. 1298439: способ разъемного соединения охватываемой и охватывающей детали по которому с целью уменьшения трудоемкости и увеличения производительности монтажа-демонтажа соединения, охватывающую деталь выполняют из магнитострикционного материала с положительным коэффициентом магнитострикции, а ее упругую деформацию осуществляют воздействием магнитного поля (рис. 20).

То есть плохо управляемые поля (механические - насадки, развальцовка, тепловое - горячая посадка) заменены на хорошо управляемое магнитное поле с одновременной заменой вещества втулки:

А.с. 994447: способ упрочнения стеклянных труб путем ионного обмена в расплаве солей при наложении упругих колебаний, отличающийся тем, что с целью повышения качества труб неограниченной длины, трубы перемещают через расплав соли, а упругие колебания создают наложением переменного магнитного поля и направляют перпендикулярно оси трубы.

Вместо механического возбуждения упругих колебаний использовано магнитное поле:

г) Изменение положения центра тяжести системы: часто эффективность движущейся системы может быть повышена за счет управляемого изменения его центра тяжести.

Примеры:

Трактор для работы на крутых склонах имеет подвижный центр тяжести (а.с. 508427).

Полый молоток, в котором свободно перемещается ртуть, дробь и т.п. (при замахе в рукоятку, при ударе в боек), хорошо устраняет противоречие: для хорошего удара молоток должен быть тяжелым, а для экономии силы рабочего легким.

А.с. 354784: способ подготовки семян к посеву путем их гранулирования, отличающийся тем, что с целью обеспечения последующего высева семян, требующих ориентированной укладки на дно борозды, например, луковичных, донцем вниз, их размещают в гранулах со смещением центра тяжести относительно центра тяжести гранул, причем донце располагают в непосредственной близости к поверхности гранулы.

Задача 9. Из книги Г.Берегового "Угол атаки" (издательство "Молодая гвардия", 1971 г.): "Устойчивость самолета, грубо говоря, зависит от расположения центра тяжести и центра аэродинамического давления той точки приложения равнодействующих сил, которые возникают при встрече воздушного потока с плоскостями крыльев, фюзеляжем и хвостовым оперением. В условиях полета оба эти центра подвижны. Чем дальше они друг от друга, тем больший в этот момент запас устойчивости; при их сближении запас устойчивости, наоборот, уменьшается и, когда он совпадает, становится равным нулю. Парадокс заключается в том, что чем меньше запас устойчивости, тем маневреннее, тем легче в управлении машина, но вместе с тем и ближе к тому, чтобы выйти из повиновения, стать неуправляемой." Какой закон нужно применить, чтобы запас устойчивости самолета менялся по желанию летчика?


 

4.7.3. Образование двойного веполя.

Если дан плохо управляемый веполь и нужно повысить его эффективность, причем замена элементов этого веполя недопустима, задача решается постройкой двойного веполя путем введения второго поля, хорошо поддающегося управлению.

Примеры:

Для очистки сильнозагрязненных ампул их заполняют раствором и встряхивают (П1), а вокруг создают разряжение (П2) и наполняющая их моющая жидкость закипает (а.с. 295299)

Для повышения сцепления шины с дорогой используется не только вес автомобиля (П1), но и специальный узор протектора, из углублений которого вытесняется воздух и с помощью создаваемого вакуума (П2) шина как бы прилипает к дороге ("Юный техник", 1986, №6, с.46)

 

вверх
содержание


(c) 1997-2003 Центр ОТСМ-ТРИЗ технологий
(с) 1997-2003 OTSM-TRIZ Technologies Center


http://www.trizminsk.org

Last modofocation: 21 Sep 1998