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 4. ДИНАМИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ: АДАПТАЦИЯ, МЕХАНИЗМЫ, ДИАЛЕКТИКА ПРОЦЕССА

4.1. ДИНАМИЗАЦИЯ КАК НЕОБХОДИМЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

4.1.1. Что такое динамизация?

С первых моментов "жизни" ТС она начинает испытывать на себе воздействия природной среды. Но кроме них она испытывает на себе и потребности, которые предъявляет к ней общество, человек. Вот в этот период и начинается для "молодой" технической системы великая "драма идей" (изобретательства с целью "ухода" от претензий). Она "ломается", вначале поддаваясь и приспосабливаясь к силе окружающей среды, затем, используя ее силу, направляет ее против самой же среды, и, наконец, "ломает" саму среду, изменяя её так, как это нужно ТС или человеку. В противном случае она не проходит отбор, производимый человеком, и "погибает", не успев развернуться в сложную систему и дать многообразие своего вида.

Этот этап в жизни технических систем называется динамизацией [1]. Для современных технических систем эта тенденция является определяющей и главной [3].

По общему определению динамизация - это приспособление (адаптация) ТС к меняющейся взаимодействующей с ней окружающей среде (ОС).

"Молодые" технические системы имеют преимущественно жесткие связи между частями и жесткую структуру, которые не позволяют им адаптироваться к меняющимся условиям ОС. Однако, в процессе развития системы жесткие связи и структура заменяются на подвижные, гибкие, динамичные, легко поддающиеся управляемому изменению. Причем степень этой подвижности постоянно увеличивается при "освоении" среды путем введения новых гибких, подвижных связей. Это вызвано, как уже отмечалось в разделе 2.2.1., многоуровневостью ОС. Поэтому увеличение степени динамизации - один из объективных и важных законов развития технических систем.

Поясним это на примерах.

Д-1⁹. А.с. СССР 201 968 (БИ, 18-1967 г.). Устройство для выполнения скважин под набивные сваи в связанных грунтах методом вдавливания, включающее обсадную трубу со штангой, снабженной наконечником, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности последующего уширения скважины, нижний конец обсадной трубы образован из отдельных, имеющих возможность складываться частей, соединенных шарнирно между собой и с опорным башмаком. на который воздействует наконечник штанги.



Рис. 85. Устройство для выполнения скважин под набивные сваи

Д-2. А.С. СССР 472 673 (БИ, 21-1975). Устройство для перемешивания жидких материалов, содержащее емкость с выгрузным патрубком в нижней части и установленную в ней на вертикальном валу мешалку, лопасти которой закреплены на ступице под утлом, отличающееся тем, что, с целью более эффективного перемешивания различных по своим физико-механическим свойствам материалов, мешалка установлена с возможностью перемещения вдоль вала, а вал снабжен регулируемым по высоте упором.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что с целью увеличения производительности при выгрузке смешанного материала, .... каждая лопасть закреплена на ступице с возможностью поворота относительно горизонтальной оси, смещенной от оси ее симметрии, при этом ступица снабжена упорами, размещенными по обе стороны оси поворота лопасти и установленными на разном расстоянии от нее для самоустановки лопастей под воздействием смешиваемой массы на различный угол в соответствии с процессами смешивания или выгрузки корма.



Рис. 86. Устройство для перемешивания жидких материалов

Д-3 А.с. СССР 787 585 (БИ, 46-1980 г.). Подвесное многоэтажное здание, включающее несущий ствол с оголовком, подвески, этажные конструкции и амортизаторы, отличающееся тем, что, с целью улучшения условий эксплуатации и комфортности жилища, оголовок снабжен установленным на нем с возможностью вращения опорным кольцом, к которому подвешены этажные конструкции с возможностью их одновременного перемещения вдоль ствола на подвесках и вращения вокруг ствола, а верх последнего раскреплен оттяжками.



Рис. 87. Подвесное многоэтажное здание

Изобретения из разных областей техники, но суть технических решений одинакова.

Чтобы повысить управляемость системы, предложено заменить жесткое соединение между частями на нежесткое, подвижное. Это позволяет лучше приспособиться к меняющимся условиям: когда надо бурить скважины одного диаметра, и, когда - делать уширения в ней; регулировать положение мешалки по высоте и угол наклона ее лопастей; регулировать положение жилищ вращением их вокруг ствола и перемещением по вертикали в зависимости от их освещенности.

Патентный фонд изобилует множеством подобных решений. Суть примерно 20% современных технических решений сводится к тому, что вводится нежесткая, подвижная связь или связи, используются гибкие элементы и т.п.

Причем, переход от жесткой системы к нежесткой, поддающейся управляемому изменению не произволен, а закономерен и имеет определенную направленность - стремление приспособить ТС к меняющимся условиям, чтобы в итоге повысить идеальность системы.

Вот два типичных примера.

1. Динамизация громкоговорителя. В любом громкоговорителе имеется мембрана (диффузор) колеблющая воздух в ритм переменному току звуковой частоты, поступающему от усилителя к катушке, в которой он преобразуется в переменное магнитное поле. Но мембрана обладает собственной частотой колебаний и поэтому резонирует на некоторых частотах, искажая звук.

Это постановка задачи в современном виде.

Но в целом динамизацию громкоговорителя можно проследить лишь на примере его развития. Условно оно состоит из двух этапов:

1. Создание и развитие "классического" (состоящего из катушки, жестко прикрепленной к диффузору и магнитной системы) громкоговорителя.

2. Поиск идеальных веществ и физэффектов, лишенных указанных выше не достатков.

На первом этапе развитие шло по пути повышения гибкости механической части громкоговорителя (см. рис. 88, точки 2, Э (эластичный материал) и ПЖ (порошок + жидкость) и устранения тем самым вредных эффектов для лучшего выполнения ГПФ. Переход, например, к громкоговорителю, катушка которого "плавает" в магнитной жидкости, позволил повысить чистоту звучания за счет устранения паразитных резонансов при демпфировании. Одновременно магнитная жидкость использована как прекрасный теплоотвод, что способствовало повышению мощности громкоговорителя (температура катушки понижается в 7 раз по сравнению с температурой обмотки в обычной схеме).

На втором этапе для повышения ГПФ системы привлекаются различные физэффекты (пьезоэффект, электродинамический, магнитострикционный и ряд других), а с ними и вещества. В этот период идет поиск идеального вещества ИВ-1, усложнение системы и одновременно "очистка" от вредных свойств и лишних веществ и подсистем. Наиболее удачным ИВ-1 явились электреты. Громкоговорители с электретами прошли тот же путь, что и классический: жесткая система (1), деление системы на две части и введение подвижной связи между ними (2), переход к гибкой, эластичной системе, или подсистеме (Э). Подробно - на рис. 88.

Но вот ИВ.-1 найдено, например, пат. Великобритании 1 387 453 (1972). Но и ему присущ ряд недостатков: обладает собственной частотой колебаний, инерционностью. Катушка и диффузор уже поглотились возбуждаемой электретной пленкой. Казалось бы, система уже достаточно динамизирована и идеализирована. Но и в этом случае она остается посредником с определенной цепью преобразований между колеблющимися носителями тока внутри проводника, идущего от усилителя, и колеблющимся воздухом. А в идеальной системе не должно быть посредников: идеальный диффузор - когда его нет, а функции его выполняются. И кроме того, здесь нарушен закон соответствия организаций ТС и ОС: претензии ТС - колеблющиеся носители тока находятся на микроуровне, а воздействие на ОС осуществляется на макроуровне. Следовательно, нужно приспособить сам воздух, находящийся на месте диффузора, к условиям, которые существуют внутри проводника: в проводнике носители тока колеблются под действием электромагнитного поля - значит должен колебаться и воздух под действием этого же поля, без посредников, - путем воздействия на тот уровень, где имеются носители тока. Такой громкоговоритель и был предложен изобретателем Ф.Клейном (см. рис.88).

Переход от "жесткого" громкоговорителя к динамичному, хорошо управляемому позволяет лучше приспособить его к меняющимся внутри него условиям, а в целом - сделать еще один шаг по пути идеализации.

2. Динамизация брони. С появлением средств подавления боевой техники возникла потребность защитить их. Типичное решение - организовать защитный пограничный слой из прочного материала. Так и было сделано на первых броневиках, бронепоездах, танках. Но огневые средства подавления развивались быстрее, чем сама броня - конструкторы по инерции продолжали увеличивать толщину и прочность материала брони. Назрела потребность резко повысить бронезащиту. Увеличение толщины брони привело к значительному увеличению веса, например, танка, что уменьшало его маневренность. Однако инерция конструкторской мысли продолжала действовать в одном направлении вплоть до 70-х годов. В отличие от них изобретатели пошли по пути разрешения возникшего противоречия. Все их попытки, в основном, сводились к снижению скорости снаряда при столкновении с броней, а значит и его пробойной силы.

Д-4. Пат. СССР 4170 (1927). Способ бронирования предметов: бронируемый предмет окружают вращающейся бесконечной лентой или вращающимися цилиндрами.

Однако такая система малоэффективна и требует дополнительной подсистемы для приведения ее в движение.

Следующим шагом повышения бронезащиты был переход к гибкой конструкции.

• Д-5. А.с. СССР 66 138 (1946). Броня, отличающаяся тем, что внешний слой составлен из перекрывающих друг друга пружинящих пластин.

Опыт второй мировой войны показал, что бронебойные снаряды поражают практически любую броню. Следовательно, нужно было мощное средство, способное значительно уменьшить мощность снаряда. Решение было найдено по принципу - "клин клином вышибают". Навешиваемая броня, хотя и гибкая, но ее пружинящих свойств не хватает, чтобы противостоять удару снаряда.

Согласно отмеченной закономерности и закону соответствия организаций ТС и ОС (действия снаряда), следующий шаг в развитии брони должен состоять в переходе от гибкой, но плохо приспособленной к внешним претензиям ОС, к динамичной, умеющей приспосабливаться к очень динамичному бронебойному снаряду. Это и было предложено.

Д-6. А. с. 73 759 ( 1947). Экранирование броневых корпусов боевых машин - броню сбрасывают с помощью пороховых зарядов электрозапалами.

Найдено идеальное вещество новой брони. Но с появлением мощных кумулятивных снарядов и ПТУРСов, прожигающих и поражающих любую броню от 30 см и до 50-70 см соответственно, начался новый этап поиска "состава" брони, на новом уровне.

Интенсивные попытки в 70-е годы найти прочные материалы для разнесенной, экранированной брони, закончились изобретением в 1976 брони "Чобхэм" (см. рис. 89) и в 1980 адаптированной брони: алюминиевый сплав и "Чобхэм". Но и в этом случае на броневую защиту корпуса и башни уходило более 50 % общего веса танка. Новый виток в развитии брони, в общих чертах повторивший прежний, привел к обострению противоречия между повышением бронезащиты и маневренностью (ГПФ), а также между скоростью срабатывания запала (т.к. было известно советское изобретение) и скоростью действия кумулятивной струи снаряда. Для разрешения возникших противоречий броня должна быть высоко динамичной, умеющей быстро приспосабливаться к вредному действию очень динамичной струи кумулятивного снаряда. А для этого она должна иметь уровень организации не ниже уровня организации струи. Противоречие было разрешено в начале 80-х годов созданием "адаптированной" брони (см. рис. 89).

Переход от жесткой брони к адаптивной позволяет подвижному средству (танку) лучше приспособиться к меняющимся внешним условиям. Причем, динамизация одной из главных подсистем - пограничного слоя, который в данном случае связан с лучшим выполнением ГПФ системы, приводит к повышению приспособленности системы в целом и продвигает ее развитие в направлении увеличения степени идеальности: броня сама защищает и себя, и танк. Динамичность адаптируемой части системы становится не ниже динамичности внешних претензий. В новом витке развития неуправляемые вещества и поля заменяются управляемыми. Это можно продемонстрировать на схеме волны идеализации ТС.

Теперь можно сказать, что:

1. Современная техника, приспосабливаясь к меняющимся внешним или внутренним условиям, обязательно должна динамизироваться введением подвижных, гибких связей между частями системы или использованием подвижности структуры системы и различных уровней организации вещества ее элементов. И, чтобы лучше приспосабливаться, степень динамизации ТС должна постоянно повышаться. Это одна из главных закономерностей развития ТС в направлении идеализации.

2. На каждом этапе динамизации ТС адаптация системы к ОС носит относительный характер. Адаптация происходит до согласования (соответствия) уровня отклика ТС на претензии ОС с уровнем действующих претензий ОС. При этом ТС "ломается", принимая организацию ОС, а затем, путем введения управляемых полей и веществ, повышает свой уровень организации, повышая тем самым свою независимость от ОС. И, в идеале, ТС, используя свойства, силу и т.д. претензий ОС, защищает себя и в то же время управляет ОС, выполняя свою ГПФ. Вектор динамизации направлен в сторону движения волны идеализации данного вида ТС.

3. Одним из механизмов динамизации является "разрушение" ТС с целью выявления лишних подсистем, веществ и полей, а также поиска идеальной структуры системы для данных условий (претензий) ОС. При этом весь "накопленный прошлый опыт" развития и адаптации ТС к претензиям ОС, имеющим сложное иерархическое строение, сохраняется и используется, если ранее действующие претензии сохраняются в новых условиях. Например, адаптивная броня выдерживает удары пуль, осколков, обычных снарядов, как это было у обычной брони, а ее взрывчатое вещество инициируется только кумулятивной струёй - новой претензией.

4. Кроме того, динамизация - это и поиск новых подсистем с выявлением их функций в будущей идеальной ТС, расширяющей свой диапазон взаимодействия с ОС для повышения собственной независимости от последней.

5. Динамизация - это один из механизмов, позволяющий сохранить ТС собственную ГПФ при взаимодействии с претензиями ОС ("ответ" за сохранение данного вида ТС).

Как и любая закономерность, описывающая пространственно-временной процесс развития, динамизация может быть представлена некоторой последовательностью характерных для нее "точек".

4.2. ОБЩАЯ СХЕМА ДИНАМИЗАЦИИ

4.2.1. Эмпирическая схема динамизации.

Итак, рано или поздно все технические системы неизбежно должны пройти этап динамизации [3]. Само по себе введение подвижных связей между частями ТС становится тривиальным, оно известно из курса теории машин и механизмов. Но ТС многоранговые системы и могут находиться как на макро-, так и на микроуровне. Это было показано на примерах в предыдущем разделе. Очевидно, что на разных уровнях динамизация должна иметь свои особенности.

Сравним несколько изобретений.

Д-7, Д-8 - Систему разделили на части и соединили их шарниром.

Д-9 - Систему разделили на много частей и соединили их шарнирами и гибкими связями.

Д-10 - Часть системы (пограничный слой), испытывающей претензии ОС (действие быстродвижущей пули), разделена на множество частей, выполненных в виде мелких шариков, подвижных относительно своего центра.

Д-11 - Часть системы (рабочий инструмент) "раздробили" в порошок а затем соединили частицы порошка магнитным полем и сделали подвижным относительно изделия.

Д-12 - То же самое, что и в предыдущем примере.

Д-13 - Твердую систему - матрицу заменили "матрицей" из жидкости.

Д-14 - Шарнирно закрепленная мишень, но из "жесткого" материала, заменена опорой из газовой струи.

Д-15 - От "жесткой" колеблющейся лопасти перешли к гибкой, из материала с подвижной структурой.

Д-16 - От механических термоконтакторов перешли к использованию однородного изменения внутренней структуры материала на микроуровне под воздействием ОС.

Д-17 - От механического приспособления перешли к приспособлению, использующему взаимодействие разных однородных изменений внутренней структуры на микроуровне двух разных материалов при воздействии на них претензии ОС.

Д-18 - От жесткой системы перешли к использованию неоднородного изменения микроструктуры вещества (эффект памяти формы), затем к взаимодействию двух (или более) неоднородных изменений микроструктуры вещества (несколько температурных точек эффекта памяти формы) системы на одном микроуровне. Неоднородное изменение микроструктуры вещества происходит при изменении действия на него одной и той же претензии ОС.

Д-19 - Подсистему ТС разделили на две части, сохранив у одной однородное изменение микроструктуры, а у другой изменив свойства на более низких уровнях организации вещества, и объединили их затем в систему, используя взаимодействие разных изменений микроструктуры на разных макроуровнях при управляемом изменении претензий ОС

В приведенных примерах ТС динамизированы на разных уровнях, но в них четко заметна тенденция направленная на повышение степени динамичности систем. Сначала динамизируется структура системы, затем, когда исчерпываются возможности динамизации структуры на макроуровне, происходит переход к динамизации вещества элементов системы на микроуровне. Причем каждый такой переход является разрешением противоречия между ТС и претензиями ОС.

Приведенные примеры взяты из разных областей. Но анализ линий жизни конкретных ТС показал, что динамизация систем происходит в определенной последовательности, которую можно изобразить схемой (см. рис.102), построенной из характерных для динамизации этапов. Предлагаемая схема была получена эмпирическим путем, в результате анализа большого массива патентного фонда. Причем, переход от точки к точке на схеме может включать ряд промежуточных точек, учитывающих повышение дисперсности вещества, управляемости полей и вещества, переход к новым физическим и химическим эффектам и т.д. Например, точки (3 - 3.1 - П) - это цепочка: система из многих частей, соединенных между собой подвижными связями - система из шаров - система из маленьких подвижных шариков - система из подвижных частиц - система из подвижного порошка.

Таким образом, динамизация - это направленный процесс адаптации технических систем, идущий сначала на макро-, а затем на микроуровне.

4.2.2. Теоретическая схема динамизации.

Сила любой теории, любых теоретических построений определяется прежде всего возможностью выводить основные положения из посылок теории и прогнозировать те или иные тенденции в развитии объектов исследования, основываясь на положениях и следствиях теории. Кроме того, любая эмпирически найденная закономерность, проверенная на большом фактическом материале, должна вытекать из предлагаемой теории. Это в полной мере относится к ТРИЗ и ТРТС.

Модель эволюции ТС, описанная в главе 2, отражает процесс развития ТС от моносистемы к моносистеме' (штрих). В этот период происходит и динамизация ТС. Следовательно, основываясь на вышесказанном, из модели эволюции должна вытекать описанная выше схема динамизации ТС.

Исходя из многоранговости и многоуровневости технических систем, разделим области НС, ТС, ПС, В и П на зоны - рис. 104.

Из схемы становится ясно, что многообразие динамичных ТС вызвано взаимодействием или использованием свойств различных зон волны идеализации. Особенно сильно эта особенность проявляется на мезо- и микроуровнях. Чем дальше ТС уходит от зоны "жестких" систем, тем интенсивнее идет поиск новых свойств и новых функций. Этим и вызвано разветвление путей динамизации ТС на мезоуровне (точки: ГЖ, ПЖ, ЭЖ, ЭП и т.д.) и на микроуровне (точки: 5, 5.1, 5.2, 6, 6.1, 6.2, 6.3, и 7). Например, взаимодействие однородных динамизаций на одном микроуровне возможно на любом уровне - кристаллической решетки, доменов, молекул, атомов, элементарных частиц и т.д., но при условии смещения характеристик уровней взаимодействующих элементов. Возможны и более сложные взаимодействия, приводящие к неоднородной динамизации, направленной в сторону движения волны идеализации. Предлагаемая схема значительно упрощена, в дальнейших разработках она может быть уточнена.

Таким образом, нисходящие к ГГЛ по направлению свертывания (поглощения) системы линии и есть пути динамизации ТС, найденные эмпирическим путем. Причем сплошная линия, без выделения характерных точек динамизация, - это путь перехода ТС с макро- на микроуровень.

Как уже отмечалось, динамизация ТС зависит и от уровня претензий (), действующих на тот или иной уровень ТС (рис. 104). И чем сложнее организация претензий ОС, тем сложнее сочетание уровней ТС в волне идеализации. Например, на ТС могут воздействовать претензии разных уровней (например, ₅), и, кроме них - потребности человека в виде претензий _Э. В этом случае ТС должна сочетать в себе динамизацию на макро- и микроуровнях, т.е. быть эластичной на макроуровне и, например, становиться электропроводной при воздействиях ОС на микроуровне. Соблюдение в этих случаях закона соответствия уровня организации ТС уровню организации ОС является обязательным условием, обеспечивающим ТС возможность лучше приспособиться к ОС.

Полученная эмпирическим путем схема динамизации отражает наиболее важные, узловые точки динамизации систем. Схема же на рис. 104 дает значительное количество сочетаний, каждое из которых может привести к интересным решениям или эффектам. Но в каждом конкретном случае следует придерживаться следующих принципов.

1. Уровень динамизации ТС должен соответствовать уровню воздействующих на нее претензий (их динамике) ОС. При этом динамизация проходит следующие наиболее крупные этапы:
   а) пассивной адаптации, когда организация ТС принимает организацию ОС;
   б) активной адаптации, когда организация ТС соответствует или несколько выше организации ОС;
   в) управляемой адаптации или динамизации, когда организация ТС намного выше организации ОС и управляет последней.

2. В зависимости от того, куда попадает или куда проникает претензия ОС, именно та часть ТС (ее оперативная зона) и должна быть динамизирована без ущерба для ГПФ системы.

3. Та динамизация ТС обеспечивает ей большую жизнеспособность, в которой отклик ТС на претензии ОС идет по пути наименьшего действи

Пример ТТ-28: гибкие лопатки центробежного насоса - лопатки сами используют энергию претензий ОС (воды) и тут же реагируют на их изменение - за счет сочетания двух уровней динамизации - гибкости и фазового перехода.

Теперь, если рассмотреть любую область (по моно-, би-, поли- и сложным системам) и провести линию, по которой происходит поглощение ТС идеальным веществом и переход с макро- на микроуровень, то получим основные точки более полной (теоретической) схемы динамизации (рис. 105).

Кратко разберем полученную схему.

Переход ТС с макро- на микроуровень проходит три крупных этапа: макро-, мезо- и микро-. Многочисленные взаимодействия сочетаний разных зон мезоуровня наиболее ярко демонстрируют интенсивный поиск новых функций и подсистем ТС (точки: ПЖ, ПГ, ЭГ и т.д.), которые затем воплощаются в вещество на микроуровне. То же самое можно сказать и о макроуровне. "Ломка" ТС также нужна для поиска новых функций и подсистем ТС (точки: 2, 3, 4), которые затем воплотятся в ТС, ПС или вещество на мезоуровне. Также и "дробление" вещества ТС на микроуровне нужно для поиска новых функций и свойств вещества, как и в предыдущих уровнях, чтобы потом применяться в измененной системе на макроуровне.

Анализ патентного фонда, отражающего динамизацию на мезоуровве показывает, что каждое из сочетаний имеет цепочку динамизаций, направленную с макро- на микроуровень, за счет "дробления" композита.

Например:

Особенности динамизации ТС на разных уровнях вызваны особенностями самих уровней. Так, на микроуровне: исходная ТС делится на части, каждая из которых после объединения их в систему (би, поли- и сложные ТС) должна иметь смещенные друг относительно друга физические, химические или геометрические характеристики. То же частично относится и к мезоуроввю и в самом общем виде к макроуровню. Однако для всех уровней характерно то, что обязательной операцией при динамизации является деление (дробление) системы на части или отделение оперативной зоны от системы, изменение их при необходимости и объединение их в систему с помощью подвижных (вещественных, полевых) или жестких связей.

Динамизация ТС при переходе с макро- на микроуровень требует не только увеличения степени подвижности вещественной составляющей ТС, но и ее полей. Привлечение полей в ТС повышает степень управляемости системы, именно с помощью динамизированных полей осуществляется возможность управлять изменением вещества. Например, переход от "жидкой" системы к системе с управляемой магнитной жидкостью.

Из схемы также следует, что при определенной степени динамизации возможна и динамизация полей полями. Но интересные решения в этой области, по всей видимости, дело будущего, когда удастся достичь такого уровня организации материи, при котором на воздействия претензий ОС в виде поля ТС будет откликаться полем с более высокой организацией.

На приведенной на рис. 105 схеме динамизации почти для каждой точки приведен свой пример, текст которого в работе не приводится.

Следует также отметить, что данная схема приемлема для динамизации ТС на любом этапе усложнения. Например, Би-ТС или Поли-ТС также проходят все этапы динамизации, характерные для моносистемы. В зависимости от конкретных условий, претензий ОС, а также потребностей со стороны человека, ТС динамизируется по наиболее приемлемой ей цепочке.

4.2.3. Цепочки динамизации технических систем.

4.2.3.1. Динамизация ТС взаимодействующих с ОС

Говоря о динамизации как о неизбежном этапе развития ТС, можно отметить, что все ее особенности и закономерности (рис. 105) характерны и для развития конкретных ТС. В частности, это уже было проиллюстрировано на динамизации громкоговорителя и брони.

Рассмотрим динамизацию нескольких систем:

• корпуса корабля, его остова, среды, окружающей судно,
• электрод-инструмента,
• тепловой трубы.

Корпус судна - это жесткая конструкция. На первых этапах развития судна прочность, жесткость судна были лучшим гарантом противодействия внешним претензиям - морским волнам соизмеримым или кратным размерам судна. Но с увеличением размеров судна росла сила претензий ОС, увеличивалась ее неоднородность и нарушался закон соответствия организаций ТС и ОС. Все это постепенно привело к сильным противоречиям, которые заставили судно адаптироваться к среде, оказывающей все более сильное воздействие на него.

Претензии ОС действуют на определенных уровнях, поэтому динамизация начинается на тех уровнях, которые испытывают эти претензии. Вначале делается попытка динамизировать всю ТС, а затем и ее пограничного слоя. Иногда делается попытка динамизировать сразу всю систему.

Д-20. А.с. СССР 33 418 (1930). Движитель в форме рыбьего корпуса для судов, глиссеров и т.д., отличающийся тем, что представляет собой приводимые во вращение изогнутые стержни расположенные внутри эластичного корпуса; в целях сообщения этому корпусу при помощи шатунов, связанных со стержнями, волнообразного движения.

Интересна реакция экспертов по поводу этого изобретения: "Мы, судостроители, боремся с гибкостью судов, а вы ищете в ней какие-то динамические возможности. Смело до безумия, но фантастично и неактуально".

Переход от жесткой конструкции к конструкции, сочетающей в себе и гибкость (точка Э, см. рис.105), и подвижность (много шарниров - точка 3) - вызван особенностью претензий ОС и попыткой перенести на ТС "опыт" системы уже адаптированной к ним.

Д-21. А.с. СССР 880 870 (БИ, 42-1981, с. 99). Танкер, содержащий корпус с бортами и палубой, отличающийся тем, что, с целью улучшения проходимости, пожарной безопасности и упрощения очистки, нижняя часть бортов выполнена эластичной, при этом корпус выполнен открытым со стороны днища.
2. Танкер по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен подвижным днищем, установленным с возможностью вертикального перемещения относительно бортов.

Даже незначительная динамизация технической системы улучшает выполнение ее ГПФ за счет приобретения дополнительных полезных функций.

Д-22. А.с. СССР 474 457 (БИ, 23-1975). Гидроволновое устройство движущегося плавучего средства,....., отличающееся тем, что, с целью уменьшения гидродинамического сопротивления каждый из упругих элементов выполнен в виде чешуеобразного подпружиненного рычага и стойки, шарнирно связанных между собой.

Введение подпружиненных упругих элементов позволяет перейти от пассивной адаптации, когда ТС без "сопротивления" принимает организацию ОС, к активной, когда ТС делает попытки "сопротивляться" организации ОС. На первых этапах это неуправляемое сопротивление.

Д-23. А.с. СССР 115 326 (1944). Способ транспортирования жидких грузов, преимущественно нефтепродуктов, по реке и морю в мягких водонепроницаемых и нефтестойких оболочках, отличающийся тем, что, с щелью обеспечения следования заполненной грузом трубчатой оболочки-резервуара за изгибом волновой водной поверхности, заполнение грузом оболочки-резервуара производят с оставлением резервного объема грузовместимости неиспользованным.

Однако при такой гибкости оболочка не способна мгновенно приспосабливаться к быстроменяющейся среде. Нужно было повысить управляемость оболочки. На этом пути было предпринято несколько попыток.

Д-24. А.с. СССР 89 551 (1950). Устройство для изменения каплеобразной формы носовой части судна, отличающееся тем, что с целью изменения обводов носовой части соответственно различным скоростям движения судна и уменьшения волнового сопротивления, в наружной стальной обшивке по бокам носовой части вставлены резиновые диафрагмы, выпучиваемые изнутри давлением воды создаваемым принудительно в носовом отсеке.

Затем, после изобретения материала, имитирующего кожу дельфина, была предпринята попытка приспособить весь корпус судна к претензиям ОС. Материал состоял из двух эластичных упругих пленок, пространство между которыми было разделено поперечными диафрагмами на множество секций заполненных жидкостью. Однако и он был неуправляем и не мог быстро реагировать на все изменения среды. Поэтому был сделан еще один шаг.

Д-25. А.с. СССР 457 629 (БИ, 3-1975). Устройство для снижения сопротивления трения движущегося в воде объекта, например, судна, содержащее эластичную оболочку, охватывающую объект и образующую полости между его корпусом и эластичной оболочкой, которые разделены упругими перегородками и заполнены демпфирующей жидкостью, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности снижения сопротивления трения при движении объекта, на наружной поверхности корпуса объекта установлен индуктор с обмоткой, электрически соединенный с источником тока, а эластичная оболочка выполнена ферромагнитной, взаимодействующей с электромагнитным полем обмотки индуктора, возбуждающим в ферромагнитной оболочке бегущую механическую волну.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в полостях между ферромагнитной оболочкой и корпусом объекта размещены ферромагнитные частицы во взвешенном состоянии в демпфирующей жидкости.

Здесь следует отметить, что переход к феполям - это один из путей приспособления ТС к претензиям ОС путем повышения соответствия их организаций за счет "разрушения" ТС. При этом обязательным условием остается возможность "разрушенной" части ТС выполнять свою ГПФ. Жесткие вещественные связи заменяются "нулевыми" (по терминологии А.Тимощука) или полевыми. Причем эти связи непосредственно связаны со свойствами вещества, между "частицами" которого они осуществляются. Они легко поддаются управлению, однако на мезоуровне повышение управляемости системы часто приходится расплачиваться значительным усложнением надсистемы или подсистем ТС, обслуживающих измененную часть системы. В этом смысле переход к магнитной жидкости - попытка совместить свойства неуправляемой жидкости, но умеющей лучше других веществ (ее уровня) приспосабливаться к меняющейся организации ОС, и свойства феррочастиц хорошо поддающихся управлению, но не умеющих так идеально приспосабливаться к меняющейся организации ОС. Одновременно это и поиск идеального вещества, идеально сочетающего в себе приспосабливаемость к любым изменениям организации и высокую управляемость. Результатом его должна быть жидкость, изменяемые под действием воздействий ОС свойства которой позволят ей самоорганизовываться так, чтобы всегда иметь организацию выше, чем у ОС.

В зависимости от того, на какую "глубину" проникают претензии окружающей среды или общества и определяется оперативная зона динамизации ТС. Рассмотрим это на примере динамизации остова судна, его структуры.

Судно, как одна из старейших систем уже "заполнила" значительную часть схемы диалектики развития ТС (см. рис.66) и динамизации (рис.105). Создано огромное количество изобретений, заключающихся в переходе от моносистемы к би-системе (катамаран), затем тримаран, поли-системе (полимаран) и, наконец, к сложным системам (многокорпусное судно).

Вот несколько изобретений.

1. А.с. СССР 316 228 (БИ, 29-1974). Морское судно катамаран, тримаран и многокорпусное судно.
2. А.с. СССР 501 921 (БИ, 5-1976). Трехкорпусное судно.
3. А.с. СССР 613 954 (1976). Полимаран.
4. А.с. СССР 850 486 (БИ, 28-1981). Полимаран.
5. А.с. СССР 893 670 (БИ, 48-1981). Полимаран.

Д-26. А.с. СССР 903 242 (БИ, 5-1982). Полимаран, содержащий подводные и надводные средние и крайние поплавки, соединенные между собой профилированными балками, отличающийся тем, что, с целью упрощения сборки-разборки полимарана, он снабжен дополнительными балками, установленными между серединами сечений ближайших пар надводных и подводных поплавков, при этом профилирующие балки, связывающие последовательно подводные и надводные поплавки, образуют в поперечном сечении полимарана замкнутый многоугольник с вершинами углов, направленных наружу.



Рис. 107. Полимаран из поплавков

Судна полимаранного типа и многокорпусные судна только в настоящее время начинают постепенно динамизироваться, проходя самые первые этапы - точки 2 - 3 (см. рис.104).

Например:

Д-27. Пат. США 3 289 226 (1966). Плавсредство полимаранного типа, содержащее корпус, шарнирно связанный посредством штанг с поплавками.

Д-28. А.с. СССР 161 247 (БИ, 6-1964). Подводное транспортное судно, корпус которого имеет цилиндрическую корму, отличающееся тем, что, с целью уменьшения осадки судна при его полной загрузке, корпус выполнен из двух раскрывающихся шарнирно сочлененных полуцилиндров.

Для повышения приспосабливаемости к ОС судно делят на части, соединяя последние между собой подвижными связями.

Д-29. А.с. СССР 198 942 (БИ, 41-1977). Подводное транспортное судно (танкер) с корпусом цилиндрической или эллипсоидной формы, отличающееся тем что, с целью уменьшения осадки судна в надводном положении с полной загрузкой при проводке по небольшим глубинам, корпус судна выполнен разъемным на две части по горизонтальной плоскости с выступом в корме нижней части для размещения винта по оси судна.

Д-30. А.с. СССР 893 124 (БИ. 47-1981, с. 288). Морское судно, имеющее подводные торпедообразные корпуса, соединенные с надводным корпусом вертикальными обтекаемыми стойками, отличающееся тем, что, с целью уменьшения осадки судна при швартовке у берега, крепление вертикальных стоек к надводному корпусу выполнено подвижным по высоте с помощью штырей и замков, причем подводные корпуса снабжены балластными цистернами.

Д-31. А.с. СССР 524 728 (БИ, 30-1977). Катамаран, содержащий два корпуса, соединенных между собой шарнирно поперечными рычагами с силовыми цилиндрами, причем штоки силовых цилиндров связаны с шарниром, соединяющим поперечные рычаги, и соединительную платформу, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности прохождения узких фарватеров и повышения маневренности катамарана, каждый из поперечных рычагов шарнирно присоединен к борту корпуса, а платформа снабжена колесами, смонтированными на ее продольных краях, при этом платформа выполнена с поперечными пазами, а корпуса снабжены роллами, которые размещены в поперечных пазах платформы.



Рис. 108. Катамаран с подвижными связями.

Д-32. Пат. СССР 8 598 (30.03.1929). Цилиндрическое судно с острой кормой и закругленным носом, характеризующееся тем, что корпус его состоит из металлических цилиндров соединенных друг с другом посредством пружин и закрепленных в общую водонепроницаемую эластичную оболочку, допускающую изгибы корпуса.

Д-33. А.с. СССР 486 938 (БИ, 37-1975). Многокорпусное судно, содержащее базовую грузопассажирскую платформу с надстройкой, под которой в оконечностях и средней части судна размещены корпусы с рулями и движителями, отличающееся тем, что, с целью улучшения маневренных качеств, корпусы, расположенные в оконечностях судна, установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей.



Рис. 109. Многокорпусное судно.

Д-34. Пат. Великобритании 1 403 191. Морская транспортная система составлена из большого числа однотипных контейнеров, которые могут комбинироваться.

Ужесточение претензий окружающей среды на макроуровне, как правило, ведет к дроблению системы на подсистемы, каждая из которых выполняет в "миниатюре" ГПФ системы.

Д-35. А. с. 472 846 (БИ, 21-1975). Разборная лодка, корпус которой содержит разборный каркас обтянутый водонепроницаемой оболочкой и концевые части, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения веса и амортизационных свойств носовой и кормовой частей лодки при столкновении с препятствием, разборный каркас установлен в средней части лодки, а концевые части выполнена в виде надувных емкостей.

Переход к гибким конструкциям или системам см. Д-20, Д-21 и Д-23, а также рис.110.

Согласно схеме динамизации (рис.105) на определенном этапе развития ТС возможен переход к подвижной ТС в виде системы из "жидкости". Такие системы пока предлагаются только в научной фантастика.

Д-36. Г. Альтов. Создан для бури (Сб. Фантастика-1967, изд-во ЦК ВЛКСМ "Молодая Гвардия", 1968 с. 11-42). Предлагается использовать направленное цунами несущее на своем гребне корабль в виде диска. Частицы воды в волне описывают круг при прохождении волны .... "Частицы остаются на месте, а наш корабль скользит по этому кругу вперед, как по конвейеру на цилиндрических катках" - поясняет свою идею герой рассказа.

Если теперь детально еще раз проанализировать приведенные примеры, то можно выделить такую особенность динамизации ТС в окружающей среде:

• при проникновении претензий ОС внутрь ТС (в структуру) - динамизируется структура системы или ее части;

• при наличии у ТС пограничного слоя, испытывающего на себе основные претензии ОС - динамизируется пограничный слой.

Очевидно, эти особенности зеркальны относительно плоскости, лежащей между пограничными слоями ТС и ОС. Рассмотрим ряд примеров.

Д-37. А.с. СССР 85 781 (БИ, 8-1951). Глиссер для плавания с применением газовой прослойки, образуемой выпуском выхлопных газов в зареданное пространство, отличающийся тем, что выхлопные газы подводятся и под редан, причем поток газов за редан и под редан регулируется задвижками, установленными на газопроводах.

Д-38. А.с. СССР 288 576 (БИ, 36-1971). Устройство для создания воздушной смазки на поверхности плоского днища судна, выполненного в виде системы труб подающих под днище воздух, отличающееся тем, что, с целью формирования устойчивых воздушных прослоек (каверн) на плоскости днища .....
2. ... и получения оптимального эффекта в снижении сопротивления воды движению судна или системе судов при установившейся экономичной скорости, поперечные насадки расположены одна над другой на расстоянии равном предельной длине каверны, определяемой числом Фруда (около 0,55).

Д-39. А.с. СССР 318 501 (БИ, 32-1972). Судно с воздушной смазкой днища, выполненное с профилированным днищем и нагнетателем для создания реактивной тяги и подпора воздуха под днищем, отличающееся тем, что, с целью повышения пропульсивных качеств судна, его носовая часть выполнена с каналом, соединенным с днищем через реактивные насадки, а нагнетательное устройство выполнено в виде центробежного насоса, нагнетающего воду в реактивные насадки.

Д-40. А.с. СССР 1 030 238 (БИ, 27-1983). Способ снижения волнового сопротивления судна (и устройство для его осуществления) включающий воздействие на набегающий поток струёй воды, выпускаемой из носовой части судна ниже ватерлинии, навстречу натекающему потоку, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат и стабилизации течения, в месте выпуска струи воды на поток жидкости дополнительно воздействуют газообразным рабочим телом, например, воздухом.



Рис. 111. Способ снижения волнового сопротивления судна.

Д-41. А.с. СССР 954 304 (БИ, 32-1982). Устройство для снижения сопротивления воды движению судна, содержащее эластичную оболочку, прикрепленную с зазором к корпусу судна, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности использования энергии волн для создания воздушной смазки подводной части корпуса судна, оно содержит открытые снизу воздушные отсеки, размещенные на днище судна, и ресивер, сообщенный с этими отсеками посредством невозвратных клапанов по трубопроводу, при этом ресивер снабжен системой для раздачи воздуха по поверхности корпуса судна под водой, а каждый из воздушных отсеков перекрыт снизу частью упомянутой эластичной оболочки, которая выполнена в виде плоской замкнутой камеры, заполненной жидкостью, и снабжен напорным трубопроводом для подачи воздуха в этот отсек с невозвратным клапаном.

Для создания измененного пограничного слоя из воздуха частично используется энергия претензий окружающей среды непосредственно воздействующих на динамичный пограничный слой (эластичную оболочку) ТС.

Это видно также из следующих примеров.

Д-42. А.с. СССР 1 009 878 (БИ, 13-1983). Корпус плоскодонного мореходного судна ..... отличающийся тем, что, с целью уменьшения гидродинамического сопротивления, пилообразные флоры снабжены эластичными лентами с зубчатыми задними кромками, прикрепленными внахлест передними кромками к флорам вдоль последних, расположенных под зубом пилообразного профиля.... и образующими между собой эластичную юбку.

Делались также попытки управлять процессом образования пузырьков путем применения простейших физэффектов.

Д-43. А.с. СССР 390 999 (БИ, 31-1973). Способ снижения сопротивления воды движению судна...... отличающийся тем, что тело нагревают в последовательно расположенных по его длине зонах до образования вокруг них паровых каверн, смыкающихся с кавитационными.

Или: применением более интересных эффектов, например, эффекта Томса, также позволяющего изменять свойства жидкости.

Д-44. Пат. США 3 435 796. В устройстве, уменьшающем сопротивление подводного аппарата, используется слабый раствор полимера, образующийся в пограничном слое забортной воды при смешении подогретой жидкой смеси либо гранулированного или порошкообразного полимера с морской водой. Подогретая жидкая смесь представляет собой дисперсию макромолекул полимера, растворимую в морской воде при температуре окружающей среды, но нерастворимую в воде при температуре выше 70°С. Когда подогретая жидкая смесь попадает в холодную воду при соответствующих условиях окружающей среды, микрочастицы набухают и растворяются, образуя клейкую массу. В пограничном слое обтекаемого потока они образуют молекулярный раствор макромолекул, препятствуя турбулизации потока.

Д-45. А.с. СССР 364 493. Способ снижения гидродинамического сопротивления движению тел, например, судов, путем уменьшения сил трения в пограничном слое, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения его эксплуатационной надежности путем исключения подачи в пограничные слои высокомолекулярных составов, в пограничном слое создают электромагнитное поле, генерирующее комплексы молекул.

Согласно схеме динамизации (рис. 105) ОС можно изменять - динамизировать на любом из ее иерархических уровнях, например, на микроуровне.

Д-46. В.Н.Журавлева. "Снежный мост над пропастью" (1969). Предложено изменять вязкость воды (см. рис. 112).

К высокой степени динамичности и управляемости ОС человеком можно отнести переход к системе, описанной в карточке Д-36.

Итак, динамизация ТС, взаимодействующих с ОС, осуществляется в последовательности, отраженной схемой динамизации. Переход от одной характерной точки к другой зависит от конкретных условий и состояний ТС и ОС. Причем при пассивной адаптации, чем больше вводится в систему подвижных связей, тем сильнее адаптация, но меньше управляемость системы извне (из-за возросшей сложности системы при неизменных прежних органах управления). Это противоречие разрешается введением управляемых подсистем или идеального самоуправляющегося вещества.

4.2.3.2. Динамизация ТС взаимодействующих с технической средой.

До сих пор рассматривались цепочки динамизаций ТС взаимодействующих с окружающей средой, т.е. с природой. Развитие ТС шло по двум путям - по пути адаптации к претензиям ОС и по пути управления ими.

С развитием мира техники создается особая среда - техническая, которая на определенном этапе развития становится динамичной, подвижной, порождая свои претензии к вновь родившимся, но еще "жестким", "неуклюжим" и не динамичным техническим системам. Кроме того, "молодые" технические системы испытывают на себе и претензии, порожденные потребностями человека.

В качестве системы динамизирующейся в технической среде проанализирован электрод-инструмент для электрохимической обработки. Это электропроводный стержень (электрод), имеющий определенную форму. Для обработки изделия в место обработки после установки электрод-инструмента подают электролит. При этом изделие обычно служит вторым электродом. Для непрерывного течения процесса электрохимической обработки необходимо постоянно обновлять электролит.

Ниже приведена лишь часть карточек, связанных с развитием данной технической системы, - только та, которая относится к характерным точкам динамизации (см. рис. 113).

Можно выделить основные претензии технической среды и человека к электрод-инструменту или системе, которую он образует. Это:

• несогласованность подачи электролита и его расхода, а, следовательно, плохого выполнения ГПФ системы;
• несогласованность формы электрод-инструмента и формы оперативной зоны обрабатываемого изделия,
• точность,
• универсальность.

Д-47. А.с. 332 994 (БИ: 11-1972). Способ электрохимической обработки полостей с переменной площадью сечения, осуществляемый на прошивочных станках в открытой ванне с электролитом, перемещающимся электродом-инструментом, выполненным со щелями для подачи электролита, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности обработки, подачу электрода-инструмента регулируют подачей электролита в зону обработки путем последовательного раскрытия щелей в электрод-инструменте по мере углубления его в обрабатываемую полость.

Д-48. А.с. СССР 554 125 (БИ, 14-1977). Электрод-инструмент для электрохимической обработки полостей с переменной площадью сечения, включающий полый корпус со щелями и гибкую заслонку, перекрывающую щели, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фиксирования заслонки относительно щелей, в нем заслонка выполнена в виде эластичной ленты, прикрепленной к корпусу электрода-инструмента посредством сухарей, нижний из которых соединен с подпружиненным упором.

Д-49. А.с. СССР 841 891 (БИ, 24-1981). Катод-инструмент для электрохимической размерной обработки сложных поверхностей с малой кривизной с рабочей частью выполненной многослойной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, внутренний слой выполнен из материала с большим коэффициентом линейного расширения по сравнению с наружным токопроводящим слоем, а в местах перегиба внутреннего слоя установлены регулируемые источники тепла и датчики положения профиля.

Д-50. А.с. СССР 367 999 (БИ, 9-1973). Электрод-инструмент для электроэрозионной обработки фасонных полостей, .... отличающийся тем, что, с целью повышения производительности обработки путем использования температуры рабочей поверхности в качестве параметра регулирования и повышения точности путем обнаружения предельно допустимого износа электрода-инструмента, горячий спай термопары образован выступающей из диэлектрической трубки термоэлектродной проволокой и телом электрода-инструмента.

Приведенный пример (Д-50) наглядно демонстрирует не только процесс адаптации самой ТС, но и ее подсистемы, выполняющей роль измерительной системы. Происходит процесс поглощения измерительной системы системой, в которую она включена. При этом используются те поля, которые имеются в системе, а также и поля, имеющиеся в отходах Э,В и И системы. Кроме того, поглощение (совмещение) измерительной системы - это также и поиск новых функций будущего идеального вещества ТС.

Д-51. А.с. СССР 737 186 (БИ, 20-1980, с. 71). Электрод-инструмент для размерной электрохимической обработки поверхностей с переменной площадью сечения, включающий корпус со щелями для подачи электролита, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей инструмента, а также стабилизации гидродинамического режима, рабочая часть электрода-инструмента выполнена из одной или нескольких параллельных полос токопроводящих сплавов, обладающих эффектом памяти формы, причем в память сплавов предварительно задана требуемая форма полос, а к корпусу полосы прикреплены посредством серег.

Для обработки плоских изделий используются плоские электроды инструменты. Основными претензиями, в данном случае со стороны технической среды и человека, являются:

1. Необходимость изменения активной поверхности электрода-инструмента (в соответствии с поверхностью изделия).
2. Повышение стойкости электрода-инструмента.

Причем первая претензия действует на макроуровне, а вторая - на микро-уровне.

Д-52. А.с. СССР 385 707 (БИ, 26-1973). Пластинчатый электрод-инструмент для обработки плоских поверхностей, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности изменения величины покрываемой им площади, он выполнен в виде нюргбергских ножниц, один ряд звеньев которых изготовлен из токопроводящего материала, а второй из диэлектрика.

Затем для лучшей адаптации к плоской поверхности, перешли к плоской гибкой ленте. Но такая конструкция не позволяла менять активную поверхность электрода-инструмента: для обработки различных поверхностей нужен был набор таких лент. Требовался следующий шаг по пути динамизации ТС. Здесь необходимо остановиться на одной особенности гибких динамичных систем (упругих). Для повышения полезно-функциональных свойств системы, а также увеличения ГПФ, используют различные геометрические эффекты, например, переход от ленты к спирали, кольцу, ленте Мёбиуса и т.д.

Д-53. А.с. СССР 386 743 (БИ, 27 - 1973). Электрод-инструмент для электрохимической обработки плоских поверхностей, выполненный из нежесткой ленты, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, лента свернута в винтовую легкодеформируемую спираль, концы которой подключены к отрицательному источнику технологического тока.

Д-54. А.с. СССР 212 403 (БИ, 9-1968). Бесконечный ленточный электрод-инструмент с двухсторонней режущей кромкой, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости электрода-инструмента и производительности процесса резания, концы ленты соединены так, что у нее не различаются наружная и внутренняя поверхности, вследствие чего каждая кромка ленты становится продолжением другой, т.е. при неизменной длине ленты длина режущей кромки увеличивается вдвое (лента Мебиуса(.

Д-55. А.с. СССР 304 104 (БИ, 17-1971). Ленточный электрод-инструмент для электрохимической обработки, выполненный из сетчатых металлической и диэлектрической лент, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, инструмент дополнительно снабжен второй диэлектрической сетчатой лентой, прикрепленной к металлической так, что последняя расположена между двумя диэлектрическими.

Вторая диэлектрическая сетчатая лента введена для устранения отрицательных эффектов излишней гибкости металлической ленты.

Приведенные цепочки динамизаций одного вида ТС показывают большое разнообразие электродов-инструментов предназначенных для обработки различных изделий и поверхностей.

Далее также приведены примеры этого многообразия.

Причем некоторые из электродов-инструментов еще не прошли этап динамизации, а другие прошли его, но на новом витке развития стали вновь "жесткой" моно'-ТС.

Д-56. А.с. СССР 173 117 ( БИ, 14-1965). Электрод-инструмент для электроэрозионной обработки фасонных полостей из элементов с различными физическими свойствами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, участии поверхности электрода-инструмента, параллельные или образующие с направлением подачи острые углы, выполнены из материала с более высокой относительно других участков эрозионной стойкостью, а участки, образующие с направлением подачи углы, близкие к 900 - из материала, допускающего максимальную плотность тока на своей поверхности, например, из меди.

Д-57. А.с. СССР 217 559 (БИ, 6 - 1975). Дисковый электрод-инструмент для электроэрозионной обработки металла, отличающийся тем, что, с целью повышения чистоты обработки поверхности путем выполнения черновой и чистовой операций одним электродом-инструментом, диск по периферии разделен на рабочие секторы и пазы между ними, причем каждый сектор выполнен двухступенчатым.

Это пример частично свернутой би - системы со сдвинутыми характеристиками, но еще не прошедшей этап динамизации.

Д-58. А.с. СССР 297 250 (БИ, 25-1973). Станок для электроэрозионной размерной обработки поверхностей изделий..., отличающийся тем, что, с целью компенсации износа электрода-инструмента и сохранения его формы, электрод-инструмент установлен на валу с возможностью упругого осевого перемещения, ограничиваемого в направлении на изделие.

Неравномерность развития частей ТС приводит к тому, что одновременно в одной ТС может идти процесс динамизации ее частей и идеализации путем совмещения функций в одной подсистеме за счет вытеснения из нее лишних веществ (подсистем).

Д-59. А.с. СССР 1 016 130 (БИ, 17-1983). Электрод-инструмент для электроэрозионной обработки отверстий, выполненный в виде стержня с установленной на нем пружиной, внутренний диаметр которой равен диаметру стержня, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и обработки за счет улучшения условий эвакуации продуктов эрозии из рабочей зоны, пружина выполнена полой.

Д-60. А.с. СССР 175 374 (БИ, 19-1965). Способ электроэрозионной обработки предварительно просверленных отверстии, ... отличающийся тем, что, с целью придания отверстию правильной формы, электрод-инструмент выполняют разрезным и приводят его во вращательное движение со скоростью, обеспечивающей раздвижение рабочих частей инструмента и их прижатие к стенкам отверстия под действием центробежных сил.

Д-61. А.с. СССР 139 913 (БИ, 14-1961). Инструмент для электроэрозионной обработки с точечным контактом, отличающийся тем, что, с целью уменьшения влияния износа на точность копирования, он снабжен конусным наконечником, охватываемым движущейся металлической лентой, являющейся электродом.

Претензии технической среды действуют на ТС на микроуровне, поэтому одна из первых попыток адаптации системы без изменения ее принципа или структуры - динамизация пограничного слоя.

Д-62. А.с. СССР 625 894 (БИ, 36-1978) Сборный электрод-инструмент для электрохимического формообразования полостей, ..... отличающийся тем, что, с целью повышения жесткости электрода-инструмента... выступы и соответствующие им пазы ребер соседних элементов соединены с возможностью относительного перемещения в направлении продольной оси и образуют неразъемный в поперечном направлении замок.

Для повышения адаптации ТС к обрабатываемому изделию электрод-инструмент делят на части, соединяя их затем подвижными связями.

Д-63. А.с. СССР 144 719 (БИ, 3-1961). Фасонный электрод-инструмент для электроэрозионных станков, отличающийся тем, что, с целью его универсализации и снижения стоимости, он выполнен в виде пучка элементарных электродов произвольного сечения, обеспечивающего возможность протекания электролита между электродами пучка, и фиксируемых держателем таким образом, что торцовая рабочая поверхность пучка воспроизводит конфигурацию обрабатываемой поверхности.

Особенностью технической среды является то, что ее объекты, как правило, имеют определенную форму, которая может меняться в процессе обработки изделия инструментом или при переходе от одного изделия к другому. Это обстоятельство заставляет приспосабливаться ТС - инструмент к форме изделия, за счет его динамизации, которая придает ТС еще одно важное свойство - универсальность. При этом ТС приобретает организацию выше организации обрабатываемого изделия.

Д-64. А.с. СССР 370 004 (БИ, 11-1973). Профилированный электрод-инструмент для электроэрозионной обработки фасонных окон в электропроводных пленках, нанесенных на электроизоляционную подложку, отличающийся тем, что, с целью полного удаления электропроводной пленки со всей поверхности подложки, электрод - инструмент выполнен в виде набора трубчатых элементов телескопически входящих один в другой.

Д-65. А.с. СССР 295 644 (БИ, 8-1971). Катод для электрохимической обработки деталей, преимущественно тел вращения, отличающийся тем, что, с цельно достижения его универсальности, он образован гибкой лентой, навернутой рулоном на конец трубы с натягом, допускающим деформацию рулона в осевом направлении для образования на торце необходимой формы.

Д-66. А.С. СССР 511 178 (БИ, 15-1976). Электрод-инструмент для электрохимического шлифования и полирования криволинейных поверхностей, выполненный в виде диэлектрического притира, укрепленного на токопроводящей головке, отличающийся тем, что, с целью сохранения постоянным межэлектродного зазора при обработке криволинейных поверхностей, токопроводящая головка выполнена в форме металлической пружинной подушки, а диэлектрический притир выполнен в виде сетки, натянутой на подушку.



Рис. 114. Электрод-инструмент для обработки криволинейных поверхностей.

Адаптация электрода-инструмента к изменению режима обработки путем динамизации параметров поля приведена в карточке ТТ-56.

Итак, динамизация ТС в технической среде в целом не отличается от динамизации ТС в окружающей (природной) среде. При динамизации технической системы-инструмента обязательным условием является превышении организации инструмента над организацией изделия. В других случаях взаимодействия ТС, когда это взаимодействие "неантагонистично", динамизация систем осуществляется в соответствии с законом согласования (соответствия) организаций ТС.

Как и при динамизации в ОС, ТС-инструмент или просто ТС, стремится максимально использовать те поля, которые имеются в системе и те, которые являются "отходами" имеющихся полей.

Отмеченные особенности можно проследить и на динамизации тепловой трубы (см. рис.115).

Приведенные цепочки динамизации показали, что адаптация ТС носит относительный, но направленный характер (см. рис.116), внешне напоминающий "броуновское движение". Чем дальше ТС уходит от начальной точки своего рождения, тем управляемее и идеальнее она становится. Динамизация - это один из механизмов идеализации ТС. Причем динамизации подвержена не только сама система, ее части, вещество ее частей, но и поля входящие в нее. И, независимо от того, когда появляется то или иное изобретение, развивающее исходную систему, в целом система как вид проходит через ряд характерных для динамизации точек (рис. 105) - если в процессе развития она испытывает на себе меняющиеся воздействия окружающей ее среды. Теперь можно сформулировать условия необходимости динамизации.

Если при взаимодействии двух и более систем (ТС и ОС или ТС₁ и ТС₂) одна из них имеет меняющуюся во времени организацию и несоответствие их организаций ухудшает выполнение главной полезной функции другой технической системы, то должна быть динамизирована одна из систем (преимущественно техническая) до соответствия их организаций, а затем - до превышения организации технической системы над организацией окружающей среды (для изделия - только до превышения организации инструмента).

Формально это условие может быть записано в виде уравнения.

где: Д(О)_ТС - динамизация ТС, имеющей организацию (О)_ТС,
(О)_ОС - меняющиеся претензии ОС, имеющей организацию (О)_ОС ,
Т - время, в течение которого происходят изменения ОС и ТС

Рис. 115. Динамизация технических систем (Пример 6 - динамизация тепловой трубы).

Рис. 116. Характер адаптации ТС в процессе динамизации.

4.2.4. Прогнозирование: цепочки -"ДНК" динамизации ТС.

Технические системы развиваются закономерно - это основной постулат ТРИЗ. Следовательно, зная особенности того или иного закона развития ТС всегда можно спрогнозировать дальнейшее развития технических систем на одну или более характерные точки по схеме динамизации и решать возникающие при этом изобретательские задачи. В цепочках схемы (рис. 105) как в ДНК записано какой быть системе в том или ином "возрасте". Путь динамизации конкретной ТС зависит от тенденций развития потребностей общества и уровня проникновения "претензий" (воздействий) окружающей среды в ТС.

В предыдущих разделах были рассмотрены динамизация корпуса и остова судна. Рассмотрим, например, случай динамизации корпуса судна и окружающей его среды. Были предложены гибкие управляемые оболочки, способы изменения свойств жидкости, например, введением вещества, нагревом воды и т.д. Однако любое из предложенных решений требует дополнительной подсистемы и значительного расхода энергии. Следовательно есть потребность устранить эти недостатки (учитывая, что ТС в процессе адаптации к ОС дошла до точек Э (для корпуса) и ГЖ (для ОС) - т.е наиболее динамизирован в судне пограничный слой, включающий гибкую оболочку и примыкающий к ней слой воды, содержащей мелкие пузырьки газа). По схеме динамизации следующий шаг должен заключаться в переходе к управляемым или самоуправляемым процессам образования пузырьков газа и к управлению гибкостью оболочки. А для этого подсистема, которая раньше обслуживала оболочку (источники электроэнергии, магнитного поля и т.д.) должны поглотиться веществом оболочки, которое само под воздействием претензий ОС будет превращать энергию этих претензий и направлять ее на образование пузырьков. Нужно только перейти от точки Э к точке 5 (рис. 105), т.е. на микроуровень, используя однородную динамизацию нового вещества оболочки. Один из путей, например, использование гибкой пьезополимерной пленки, на которую напылены полоски электродов. Под воздействием изменяющейся среды в пьезополимерной пленке будет вырабатываться электроэнергия, которая и будет использована для получения пузырьков с помощью электролиза воды. Теперь претензии ОС сами будут разрушать себя или сами себя приспосабливать к судну. Аналогичный эффект может быть получен и применением электретной пленки, которая при определенной конструкции будет более эффективной, чем пьезополимерная пленка.

Практически .любую систему, зная о ней по последней "точке" динамизации и соблюдая отмеченные выше условия, можно развить дальше по пути динамизации. И сделать это можно с большой точностью, потому что закон увеличения степени динамизации является объективным законом развития как технических, так и любых других систем. Его игнорирование зачастую приводит к консервации системы или значительному запаздыванию изобретений.

Вот типичный пример.

По одному нефтепроводу нужно было перекачивать нефть с разными физико-химическими свойствами так, чтобы она не смешивалась. Обычно для этой цели применяют различные разделители с манжетами, дисковыми и щеточными уплотнителями и т.д. Но и они не предотвращают смешение нефти и плохо проходят через углы поворотов, насосные установки и т.п.

Эти условия задачи были опубликованы в "Комсомольской правде" 31.06.80 Один из НИИ Москвы предложил "новое" решение проблемы. Намечалось разработать конструкцию поплавка-разделителя и изготовить испытательный стенд, имитирующий условия нефтепровода... Бесперспективно, дорого, долго.

Эта задача была решена применением закона динамизации (тогда еще приема динамичности). Рассмотрим решение данной проблемы, с точки зрения предложенной схемы динамизации.

Имеется конструкция со многими подвижными связями - точка 3 (рис. 105), например, разделитель с дисковыми уплотнителями. Нужно повысить его приспосабливаемость к условиям нефтепровода: подвижной нефти и изменяющейся геометрии нефтепровода на всем его протяжении. Согласно схеме нужно перейти от точки 3 к точке 4, Э (гибкому разделителю), П (разделителю из шариков или порошка), Ж (разделителю из жидкости), Г (разделителю из газа) и т.д. Ясно, что приспосабливаемость разделителя будет увеличиваться с повышением степени его дисперсности. Исходя из условий нефтепровода, он должен отвечать следующим требованиям: свободно проходить через любые сечения нефтепровода и легко извлекаться при выходе из него. Наиболее динамичный и идеальный из предлагаемых схемой разделителей (отвечающий принципу ВПФ-совместимости) - разделитель из жидкости. А на выходе из трубопровода он должен быть, лучше всего, газообразный. Теперь нетрудно подобрать вещество, отвечающее этим двум требованиям. Такое решение было опубликовано еще в 1964 в книге Г.С.Альтшуллера "Основы изобретательства", полученное на Ставропольском семинаре по АРИЗ. В качестве разделителя предлагалось использовать жидкий аммиак. Красивое решение. Однако потребовалось 20 лет, чтобы от разделителя с манжетами перейти к разделителю-поплавку.... О жидком разделителе разработчики из НИИ и не слышали. Такова плата за незнание законов развития технических систем.

Таким образом, знание закона динамизации позволяет решать не только "ближние" задачи, но и прогнозировать их на несколько точек вперед. При этом направление динамизации технических систем определяется основными тенденциями их развития (динамизируется часть ТС испытывающая наибольшие претензии внешней среды). Местоположение оперативной зоны динамизации в иерархии ТС зависит от глубины проникновения в систему "претензий" окружающей среды (внешней и технической) и потребностей человека. Причем, в характерных точках динамизация основана на физических, геометрических и химических эффектах и их сочетаниях. Чем выше точка динамизации (на схеме), тем "тоньше" и управляемее используемый эффект.

4.2.5. Физические, химические и геометрические эффекты на этапе динамизации технических систем.

Этап динамизации можно разделить на три подэтапа:

1. Пассивная адаптация,
2. Активная адаптация,
3. Собственно динамизация.

На первом подэтапе динамизации в основном используются простые механические эффекты и геометрические эффекты - на макро- и мезоуровне, а на микроуровне - неуправляемые физические (ФЭ) и химические эффекты (ХЭ). В основном это "реакция" свойств системы, ее вещества на свойства воздействующей на них окружающей среды.

На втором и третьем подэтапах происходит переход к управляемым ФЭ-ХЭ. В начале - с использованием тех свойств, которые имелись в системе. Затем - после "очистки" от лишних свойств и веществ в процессе идеализации вещества - к ИВ, полям, физическим, химическим и геометрическим эффектам. На самой высокой стадии динамизации в ТС используются самоуправляемые вещества, сочетающие в себе гамму различных эффектов.

Примеры применения ФЭ, ХЭ и ГЭ на этапе динамизации отражены в карточках: Д-15, 16, 17, 18, 19, 25, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 60.

Здесь следует обратить внимание на особенность динамизации - развитие связей в системе:
жесткая вещественная связь -> подвижная связь -> "нулевая" связь -> гибкая связь -> вещественно-полевая -> полевая связь ...

4.2.6. Взаимосвязь динамизации с законами развития технических систем.

Динамизация, как один из механизмов идеализации технических систем, является сложным процессом связанным со многими тенденциями и законами развития ТС. Об этом говорилось во многих разделах данной работы. Поэтому здесь остановимся лишь на некоторых.

Одной из тенденций, проявлявшейся в процессе динамизации, является тенденция деления ТС на части и объединения их подвижными связями, затем дальнейшее деление системы на части, смещение характеристик этих частей и объединение их в новую систему. При этом перечисленные операции сопровождаются увеличением неоднородности объединяемых частей и переходом системы на микроуровень, который сопровождается идеализацией её вещества (см. гл. 3). Причем, на мезоуровне определяющей тенденцией является увеличение степени дисперсности и переход к композитам.

Проникновение претензий ОС на разную глубину иерархии ТС и взаимодействие их с разными частями системы приводит к неравномерному развитию частей технической системы. Это является отражением закона неравномерности развития частей системы на этапе динамизации.

Одним из наиболее важных законов, проявляющихся на этапе динамизации, является закон соответствия организаций ТС и ОС. Из него вытекают два следствия:

1. Для адаптации ТС к ОС необходимо соответствие их организаций или принятие ТС организации ОС.

2. Для динамизации ТС организация ТС всегда должна быть выше организации ОС.

4.2.7. Антидинамизация.

До сих пор речь шла о том, что с развитием технических систем повышается степень их динамичности. В систему вводятся гибкие, подвижные связи, позволяющие ей лучше приспособиться к взаимодействующей с ней средой. Но вот несколько примеров, когда для лучшей приспосабливаемости системы повышают ее жесткость.

Например, чтобы воздухо-опорное сооружение надежно противостояло натиску ветра, по а.с. СССР 528 373 к шатру крепят элементы жесткости в виде колец переменного сечения, накачанных подобно шинам велосипеда. А для управления жесткостью шланга по а.с. СССР 934 143 его гибкий изолирующий материал выполнен пористым и пропитан электрореологической суспензией.

Еще один пример.

А.с. СССР 479 871: стойка шахтной крепи, включающая пневматический баллон, соединенный с верхним и нижним основаниями, отличающаяся тем, что, с целью увеличения жесткости крепи, основания снабжены дисками с фиксаторами угла поворота и шарнирно укрепленными стержнями, которые расположены наклонно относительно оси стойки.

Введение жестких связей - антидинамизация - не противоречит закону динамизации, а отражает диалектический характер развития технических систем. Она преобладает в тех случаях, когда воздействие каких-либо меняющихся условий вызывает необходимость уменьшения или ликвидации подвижности технических систем. Это один из путей уйти от разрушающего действия ОС при переходе претензий ОС с уровня, на котором было соответствие организаций ТС и ОС на более высокий, т.е. макроуровень, или - при переходе ТС на новый уровень организации, на котором сохраняются воздействия прежнего уровня претензий ОС (за счет физических или иных свойств вещества ТС).

Борьба и единство двух тенденций сопутствуют развитию ТС на любом этапе динамизации. На макроуровне вначале растет динамизация структуры ТС, но сохраняется антидинамизация частей и вещества системы. При переходе на микроуровень, наоборот, на макроуровне система становится жесткой, а на микроуровне становится подвижной структура вещества и его подсистем.

Зная о второй стороне закона динамизации - антидинамизации, всегда можно заранее решать возникающие задачи и прогнозировать новые.

4.3. ДИАЛЕКТИКА ДИНАМИЗАЦИИ.

Динамизация технических систем, как диалектический процесс, отражает всю гамму противоречий возникающих при воздействии на них меняющихся условий, претензий окружающей среды. Разнообразие этих претензий приводит к созданию разнообразия технических систем, отзывчивых на них. Однако претензии ОС меняются гораздо быстрее, чем создается многообразие ТС способных "откликнуться" на них. Попытки совместить в одной системе возможность "отклика" на различные изменения претензий ОС приводит к значительному усложнению ТС. Рост потребностей общества, вызывающий увеличение количества подсистем ТС, разнообразие ТС, также усложняет их обслуживание, надсистему и т.д. Но основной закон развития ТС требует уменьшения сложности, совмещения выполняемых функций в одной ТС (идеализация ТС - система которой нет, но функции ее выполняются). С другой стороны, закон повышения степени соответствия организаций ТС и ОС требует адаптации ТС к ОС для повышения жизнеспособности ТС.

Рис. 117. Диалектика динамизации: динамизация-антидинамизация ТС.

Возникающие при этом противоречия разрешаются следующими путями:

1. Уходом от претензий ОС путем изменения ТС таким образом, чтобы на измененную ТС эти претензии не действовали и отпала необходимость в согласовании организаций ТС и ОС. Обычно это достигается сменой уровня соответствия организаций ТС и ОС или объединением ТС с другой системой, при условии, что это нарушит соответствие организаций. Примерами этого является, в частности, гигантизм ТС (восьми ствольная винтовка и др.). Сюда же относится и путь изменения параметров ТС или диапазона ее действия.

Д-67. А.с. СССР 992 710 (БИ, 4-1983, с. 144). Способ подводного бетонирования, включающий подачу в воду бетонной смеси через трубу, отличающийся тем, что, с целью повышения качества бетонирования конструкций путем исключения расслаивания бетонной смеси при бетонировании, перед подачей бетонной смеси производят ее вспенивание посредством перемешивания с технической пеной.

Причина расслаивания бетона - действие гравитационного поля на композит, состоящий из составных частей с различным удельным весом. Предложенное решение позволяет перевести систему в такое состояние, в котором ослабевает разрушающее действие гравитационного поля. Систему на время изменили так, чтобы претензии ОС на нее не действовали.

2. Уходом в другую среду, где эти претензии отсутствуют или не оказывают разрушающего действия на ТС.

Например, ледокол по а.с. СССР 560 788 разделен на две части, которые находятся над и подо льдом, а через лед движутся только режущие пилоны. Система еще не динамизирована, но следующим шагом может быть введение подвижной связи между над- подводной частью ледокола и пилонами, что позволит ему адаптироваться к различным условиям плавания.

Другой пример - переход от винтовой к реактивной авиации.

Здесь следует отметить, что смена среды ТС приводит и к смене формы или структуры ТС, адаптированных к новой среде. Например, самолет имеющий скорость в 20 раз превышающую звуковую и, поэтому летающий в самых верхних слоях атмосферы, должен иметь форму усеченного цилиндра.

Д-68. А.с. СССР З12 788 (БИ-26-1971). Аппарат на подводных крыльях, содержащий корпус и попарно расположенные по бортам крыльевые комплексы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения сопротивления, одновременного получения подъемной и движущей силы и обеспечения стабилизации судна, каждый крыльевой комплекс выполнен в виде винта с несущими подводными крыльями-лопастями, диск вращения которого расположен наклонно к поверхности воды, шпангоута и имеет привод вращения.



Рис. 118. Аппарат на подводных крыльях-лопастях.

3. Изменением ТС или ОС путем изменения и приведения их организаций в соответствие между собой.

В первом случае ТС приспосабливается к ОС, во втором - ОС к ТС, причем в любой момент времени в соответствии с происходящими изменениями в одном из них.

См. раздел 4.2.3.

Д-69. А.с. СССР 812 281 (БИ, 10-1981). Устройство для реабилитации стопы при переломах, содержащее супинатор, отличающееся тем, что, с целью возможности лечения всех переломов костей стопы и исключения осложнений, супинатор снабжен соединенным с ним с помощью шарниров основанием, а между ними установлены цилиндрические пружины.

Такая конструкция позволяет адаптировать стопу к движению.

Если нет необходимости менять ТС, то изменяют ее пограничный слой или пограничный слой ОС.

Д-70. А.с. СССР 931 198 (БИ, 20-1982). Устройство для тушения пожаров, содержащее закрепленные на металлическом каркасе покрывало из огнестойкой ткани, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы и безопасности обслуживающего персонала, каркас состоит из гофрированных параллельных полос из материала, обладающего памятью формы.

С повышение степени динамизации ТС увеличивается и степень ее идеализации, причем в итоге идеализируется каждый ее элемент. Поэтому высшая степень динамизации - когда динамизации нет, а ее функции в системе выполняются. Это достигается тем, что идеализация вещества системы идет по пути адаптации к "ЭВИ" окружающей среды, используя их "даровую" энергию и вещество - для адаптации к ОС и на собственные нужды.

Итак, закон динамизации - одна из главных объективных закономерностей, проявляющаяся на определенном этапе развертывания системы в "волне идеализации", при воздействии на них меняющихся внешних и внутренних факторов и неразрывно связанная с другими законами и тенденциями развития технических систем.