ИДЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

© Ю.П.Саламатов, Красноярск, 2000
Охраняется законом РФ об авторском праве. Воспроизведение рукописи или любой ее части запрещается без письменного разрешения авторов.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ГЛАВА 3. ЭВОЛЮЦИЯ ВЕЩЕСТВА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ: ЭТАПЫ ИДЕАЛИЗАЦИИ НА ПРИМЕРЕ ТС "ТЕПЛОВАЯ ТРУБА"

3.1. ЭТАЖНАЯ СХЕМА ИДЕАЛИЗАЦИИ ВЕЩЕСТВА

При изложении многих разделов данной работы использовалось новое понятие - идеальное вещество (ИВ). В одних разделах оно лишь упоминалось, в других - использовалось с более подробным изложением вкладываемого в него смысла.

Необходимость введения нового понятия очевидна: значительные качественные скачки в процессах синтеза и развития ТТ, как технической системы, были получены главным образом за счет введения в нее новых веществ, поглотивших подсистемы, а не за счет перехода этой ТС в надсистему (рис. 83).

Разумеется, диктат надсистемы является определяющим фактором развития ТТ (от ТТ Гровера и далее). Именно надсистемные требования "заставляют" эту ТС приобретать новые полезно-функциональные подсистемы. Однако эти подсистемы, с небольшим временным интервалом запаздывания, тут же поглощаются, заменяются, появившимся в системе идеальным веществом.

Эта особенность в развитии ТС диалектически противоположна закону перехода ТС в надсистему (исчерпав возможности развития, система включается в надсистему в качестве одной из ее частей; при этом дальнейшее развитие идет на уровне надсистемы).

Диалектическая связь "переход в надсистему - идеализация вещества" является одним из наиболее сильных проявлений закона единства и борьбы противоположностей в технике (рис. 84).

Процессы обрастания ТС полезно-функциональными подсистемами, "моно- би- поли"-зация и другие тенденции в развитии техники характеризуют непрерывно идущую надстройку системных этажей. Одновременно с этим, с небольшим разрывом (буквально в несколько иерархических этажей) идет процесс поглощения ПС и ТС веществом. При этом поглощенные системы уходят все глубже в вещество, включаются в работу все более низкие этажи (подуровни) вещества - вещество все в большей степени идеализируется.

Этот процесс (постоянной надстройки верхних "ступенек" иерархической лестницы и поглощения нижних), возможно, и есть базис идеализации технических систем, т.е. движения ТС по ГГЛ в ритме "бегущей волны идеализации". Момент взаимодействия и объединения этих тенденций (момент "встречи", когда разрыв по иерархической лестнице сокращается до нуля) это момент полного поглощения сложной системы веществом и образования новой моно-ТС (рис. 70). Отставание процесса идеализации вещества является причиной гигантизма некоторых современных ТС.

Остановимся более подробно на механизме идеализации вещества в ТС.

Легко заметить, что вещества, из которых состоит ТС, разные, они обладают различными наборами свойств; даже свойства одних и тех же веществ в разных системах используются по-разному. В одних ТС вещества и их свойства могут оказаться полезными, в других - вредными. Изучением и описание веществ и их свойств занимаются многие науки (химия, физика, материаловедение, геология, биология и т.д.), создаются различные классификационные системы (систематика материалов, таксономия материалов и пр.). Знание подобных классификаций, возможно, и облегчает решение конструкторских задач (при поиске компромиссного решения) и при решении изобретательских задач низших уровней. Однако уже решения задач 3-го уровня часто связаны с введением в ТС вещества, обладающего не просто суммой свойств, а выполняющего определенную полезную функцию. Решения задач 4-го и практически всех задач 5-го уровня основаны на синтезе новых веществ, обладающих особыми свойствами.

Любая классификация, конечно, хорошо различает такие, например, вещества как: сталь, электрет, фотохром, жидкий кристалл и т.д. Но как выбрать среди великого множества веществ⁷, то вещество, которое даст толчок в развитии ТС? Как различать, оценивать и выделять в веществах главные их особенности? Как определять направления и цели синтеза новых веществ с нужными набором свойств и функциональных возможностей?

Здесь необходим подход к веществу с позиций ТРИЗ.

Вещество - это сложная иерархическая система с множеством этажей (подуровней), организаций, внутренними и внешними связями.

Этажи отличаются друг от друга качеством (новыми свойствами), которое обусловлено количественными изменениями (например, магнитные свойства появляются у системы, состоящей минимум из 7-10 атомов).

Например, для твердого тела можно выделить

• этажи: сплошной монолит, куски, зерна, дисперсные частицы, группы молекул, молекулы, группы атомов, ионы, атомы, элементарные частицы;

• организация (структура): гомогенная или гетерогенная, с армирующими наполнителями, пленки, многослойные структуры, кристаллы (моно-, поли-, микро-, жидкие), аморфные вещества, твердые растворы, сплавы;

• внутренние связи: металлическая, ионная, ковалентная, водородная, Ван-дер-Ваальса;

• внешние связи: отклики на поля:
  • механические (удар, давление, вакуум, звуковые колебания и волны),

  • физические (тепловые, электрическое, магнитное, ионизирующие излучения, УФ-излучения, видимые излучения, ИК-излучения, радиоизлучения, заряженные ядерные частицы, нейтральные ядерные частицы, потоки ускоренных частиц);

  • химические (окислительные и восстановительные среды - газовые, жидкие, твердые; кислые и щелочные среды);

  • биологические.

Могут быть следующие направления идеализации вещества:

• постепенное задействование всех уровней,
• преобразование вещества для ГПФ,
• комбинация первого и второго.

Третье направление используется чаще всего. Это не всегда осознанный, но целенаправленный поиск (синтез) В со свойствами и функциональными возможностями, максимально реализующих ГЛФ технической системы.

Обычно в момент возникновения новой ТС, обеспечивающей новую потребность, в ней используются случайные вещества (В^СЛ), свойства которых в какой-то степени соответствуют ГПФ. Затем нужное для ПФ подсистемы свойство В выделяется, очищается, усиливается. В ТС появляются специализированные вещества (В^СП).

Отличие специализированных В от случайных, в том, что В^СП дают однозначный сильный отклик на действие П или второго В в веполе. В то время как отклик В^СЛ, нужный для выполнения ПФ подсистемы, может стоять в ряду других (вредных, лишних) откликов; при этом "шумовой" эффект может сильно заглушать ПФ.

В^СЛ и В^СП входят в обычные макро - веполи, не имеющие "второго дна". У этих В используются только макро - свойства.

Первый качественный скачок в развитии вещества происходит при поглощении веществом одного из элементов веполя (или, другими словами, включение в работу одного из подуровней вещества). Образуются вещества - осколки веполей:
(В₁ - В₂) - сплавы, смеси, композиты и др.;
(В' - В'') - фазовые переходы 1 и 2 рода (жидкость-пар, нитинол и т.д.)

- постоянный магнит, электрет, ксерогель, КПМ и т.д.

- фотохромы, фотогальванический эффект, жидкие кристаллы и т.д.

Это идеальные вещества нулевого порядка (ИВ⁰). Их всего несколько классов - около десятка (здесь показано четыре). Эту вепольную классификацию можно развить, конкретизируя поля и типы структур веществ. ИВ⁰ могут входить в любой веполь в качестве одного или обоих веществ.

Затем происходит поглощение веществом всего веполя (простейшей подсистемы), образуется ИВ¹ (гель, газогидрат и т.д.).

Далее: ИВ², ИВ³ и т.д.
Т.е. процесс идеализации вещества идет по схеме:
(где-то среди высших порядков ИВ - живая материя).

Это взгляд снизу, с позиций (этажа) вещества. Если посмотреть на этот процесс с верхних ступенек иерархической лестницы:

Следует отметить еще три момента, характерных для процесса идеализации вещества:

• вещества поглотившие неполные веполи наиболее "реакционноспособны", легко достраиваются до полного веполя в ТС;

• идеализации вещества сопутствует увеличение ПФ и ГПФ;

• применение ИВ в ТС смещает центр тяжести в технологию их изготовления; технология изготовления ИВ усложняется, а эксплуатация ТС упрощается.

На рис.83 показана принципиальная схема идеализации вещества, на рис. 84 - схема привязана к общей схеме идеализации ТС.

3.2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОЦЕССА ИДЕАЛИЗАЦИИ ВЕЩЕСТВА С ИЗВЕСТНЫМИ ЗАКОНАМИ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Законы развития ТС, сформулированные к настоящему времени [1, 2], справедливы и для развития В, поскольку В также является системой.

Интерпретация законов в приложении к процессу развития В может выглядеть следующим образом.

Статика

1. Закон полноты частей системы. Принципиальная возможность применения того или иного В в данной технической системе обуславливается хотя бы минимальным набором свойств и полезных функций, необходимых для выполнения ГПФ системы.

   Следствие 1: чтобы В было управляемым, необходимо, чтобы хотя бы одно свойство В хорошо откликалось на управляемое воздействие поля или второго В.

2. Закон энергетической проводимости системы. Играет наиболее важную роль в процессах синтеза и развития рассматриваемой в настоящей работе ТС - тепловой трубы. Именно увеличение энергетической проводимости по тепловому полю является ГПФ системы. Связь между веществами, по которой осуществляется передача энергии от одной части системы к другой, испытывала во всех периодах развития наибольшие претензии внешней среды и потому изменилась наиболее быстро⁸.

3. Закон согласования ритмики частей системы. О его взаимосвязи с ВПФ -совместимостью говорилось в разделе 1.3.

Кинематика

4. Закон увеличения степени идеальности. Детализации механизма действия этого закона посвящена вся данная работа.

5. Закон неравномерности развития частей системы. В процессе идеализации ТС претензии внешней среды действуют, в первую очередь, на вещество, заставляя его развиваться (идеализироваться). Чем больше идеализируется В, тем в большей степени создается неравномерность развития ТС. Причем каналом проникновения претензий ВС является ИВ. Ближайшие к ИВ части системы испытывают наибольшие воздействия ВС. Очаг идеализации, возникший в месте появления одного ИВ, распространяется все дальше, захватывая в конечном итоге, всю ТС.

6. Закон перехода в надсистему. См. раздел 3.1.

Динамика

7. Закон перехода с макро-уровня на микро-уровень. Весь процесс синтеза и развития ТТ это последовательные этапы перехода с макро- на микро-уровень. Основной смысл эволюции вещества в ТС - включение в работу все более нижних микроуровней вещества.

8. Закон увеличения степени вепольности. Отражает лишь часть общего процесса развития ТС - период развертывания полезно-функциональных подсистем. Вторая часть процесса - уменьшение степени вепольности (макро-вепольности) основывается на поглощении систем идеальным веществом.

⁸ Этот вопрос заслуживает специального исследования и будет рассмотрен в одной из следующих работ.