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

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ЭВОЛЮЦИЯ ВЕПОЛЬНЫХ СИСТЕМ
(на примере развития тепловой трубы)

© Ю.П.Саламатов

Потребность в передаче тепла на расстояние выявило у первоначально применяемых средств ГПФ - передача тепла от одной точки к другой. В качестве связующего элемента использовался вначале обычный металлический стержень, один конец которого служил зоной нагрева (В_Н), а другой - зоной охлаждения (В_О), отдающей нагреваемому телу часть тепла (П'_Т).

Разница между П_Т и П'_Т терялась, в основном, в связующем элементе С_Э. Поэтому все развитие ТТ было направлено на совершенствование, идеализацию С_Э, т.к. в нем были сконцентрированы все претензии внешней среды.

Развитие связи С_Э проходит несколько этапов:

1. Вначале С_Э конструктивная (вещественная) связь, составленная из случайнонайденного вещества, удовлетворяющего требованиям ГПФ₁.

2. Для повышения ГПФ₁ начинается поиск идеального вещества ИВ¹ путем развития В_Н и В_О в веполи (в подсистемы). Свойства пристроенных веполей (подсистем) и определяют свойства ИВ¹.

3. После определения требуемых свойств ИВ¹ (идеальной связи) начинается поглощение подсистем ТТ идеальным веществом, свойства которого лежат на ГПФ системы.

4. На последнем этапе развития С_Э идеальнаявещественная связь заменяется полевой, зона В_ЗИ поглощается системой порождающей П_Т, зона В_ЗК - обрабатываемым изделием (системой поглощающей П_Т). Техническая система ТТ поглощается надсистемой.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ИЗ ДОКЛАДА НА КОНФЕРЕНЦИИ "ПЕТРОЗАВОДСК-85"

© Ю.П.Саламатов

Сущность модели развития ТС

1. Процесс синтеза и развития ТС представляет собой волнообразный процесс перехода от одной моно-ТС к другой (моно'-ТС), затем - к моно''-ТС и т.д.

2. Движущая сила развития, т.е. ТП (технические противоречия), возникают при взаимодействии трех факторов: потребность - увеличение ГПФ - претензия внешней среды (ВС).

3. Сущность процесса развертывания ТС состоит в поиске новых полезно-функциональных подсистем (ПФ-ПС).

4. Сущность процесса свертывания ТС состоит в поглощении найденных ПФ-ПС веществом за счет совмещения свойств, функций, веществ, подсистем.

Что мы делали после Новосибирска.

1. Разослали 20 экземпляров "ТТ-работы". Подождали реакцию тризовцев. Реакция оказалась нулевая. Раз нет критики - нужна самопроверка предложенной модели. Проверка - практикой! Мы синтезировали новую ТС в машиностроении (подземоход) - 20 изобретений, прогноз - до 200 для перекрытия всей области.

2. Проверка путем исследования других ТС: винтовка-пуля, ветроэлектростанция-электреты, радиоэлектроника и др. Главное требование к разработчикам - быть независимыми, не повторять модель, найти что-то новое. Но, то ли гипноз модели, то ли гипноз нас как руководителей - ищут и находят подтверждение модели "ТТ-работы". Допускаем и вторую возможность - модель отражает объективную реальность технического прогресса.

3. Главная цель - АРТС (алгоритм развития ТС). Пока нашли только несколько отдельных шагов. Один из них - оператор идеализации - успешно используем в изобретательстве.

4. Наше требование "не повторять модель эволюции ТС" ставило исследователей в тупик: "А как вести исследования в ТРТС? Ведь нет других руководств или образцов…."

5. Пример разработки - работа Афанасьева В.Е. Я виноват, предложил ему эту антигуманную ТС - винтовку, у которой не ГПФ, а ГВФ (главная вредная функция)...

Что сделал Афанасьев? Он поступил весьма скромно: взял работу Ф.Энгельса и углубил ее, расширил, уточнил. Более подробно выявил противоречия, добавил много новых карточек, исследование доведено до наших дней. Выявлено два основных ТП (у Энгельса - одно) в развитии винтовки на первых этапах:

• ствол должен быть коротким - удобно заряжать пулю и ВВ, ствол должен быть длинным - чтобы придать пуле пологую траекторию, большую скорость и создать хорошие штыковые свойства;
• пуля должна как можно легче входить в канал ствола, т.е. быть меньше диаметра канала, пуля должна быть больше диаметра канала для взаимодействия с нарезкой.

Далее идет изложение работы (см. фонд ЧОУНБ).

Выводы.

1. Процесс развития винтовки совпал с моделью из "ТТ-работы".
2. Сформулирован оператор идеализации.
3. Формирование ИВ¹ надо начинать с рабочего органа и "вгонять" в него (в ИВ) ближайшие подсистемы.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ СИНТЕЗА И РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

© Ю.П.Саламатов, И.М.Кондраков

(Всесоюзный научно-технический симпозиум "ФСА в повышении эффективности производства", г. Рига, 12-14 сентября 1985, ВС НТО, ГКНТ, Минвуз СССР. Тезисы докладов: М.: 1985, 286 с., 500 экз., с.134-138)

Одной из целей применения ФСА в исследованиях и разработках является выявление закономерностей развития функциональной структуры технической системы (ТС) при постоянном увеличении ее главной полезной функции (ГПФ). При этом ГПФ рассмтривается как обобщенная характеристика комплекса производительных функций ТС [1]. Исключая лишние затраты (функции) в существующей ТС не учитывают ее функциональной структуры в будущем. Прогнозирование таких изменений должно основываться на закономерностях развития технических систем.

Цель настоящих исследований - разработка прогностического аппарата развития ТС, основанного на предложенной пространственно-временной модели эволюции ТС (модель "бегущей волны идеализации"). Модель эволюции получена в результате анализа массива научно-технической информации и патентного фонда по нескольким независимо развивающимся ТС: тепловой трубы, ветроэлектростанции, электрода-инструмента и др.

Системно-диалектический подход к особенностям и механизму развития исследуемых ТС позволил получить целостную картину эволюции ТС (рис. 1-4). Анализ основывался на концепции иерархического многоуровневого строения техники (рис. 2) и принципах развития ТС в направлении увеличения ГПФ [2].

В своем развитии ТС проходят три этапа: синтез, массовое применение, развитие составляющих ее веществ и подсистем. Последние два этапа совмещены во времени и оказывают друг на друга взаимное влияние. Период синтеза ТС, имеющий в своем начале только общественную потребность, протекает в постоянном противоборстве факторов внешней и внутренней сред. Этот период заканчивается созданием моно-ТС, т.е. калссического типа ТС для данной ГПФ. Характерными признаками такой ТС являются: наличие идеального вещества [3] и пограничного слоя [2]; высокое значение ГПФ; приближение к пределу физических возможностей принципа, на котором основана работа системы; образование закономерно организованных в пространстве компонентов, связанных энергопотоками в единое целое, т.е. представляющее собой минимально работоспособную управляемую ТС с набором необходимых функций.

В период массового применения ТС происходит одновременно два противоположно направленных процесса:

1. Процесс постепенного "растворения" в других ТС, при этом моно-ТС поглощается системой, выполняющей главный производственный процесс.

2. Процесс "кристаллизации", увеличения одновременно действующих ТС, переход в надсистему по цепочке "моно-би-поли-сложные ТС" (рис. 1).

Параллельно с массовым применением происходит процесс выявления новых функций и обеспечение их полезно-функциональными подсистемами. Процесс развертывания ТС диалектичен: одновременно с "обрастанием" ТС подсистемами идет их поглощение веществои. При этом идеализация вещества осуществляется по этажной схеме [3] путем постепенного увеличения ГПФ за счет вытеснения лишних свойств, лишних веществ, лишних подсистем и т.д. (рис. 3).
Последовательность процесса: 1) образование моно-ТС; 2) появление новых функций, увеличивающих ГПФ, и подсистем, обеспечивающих их выполнение; эти подсистемы являются как бы "черновиками" будущих идеальных веществ (ИВ); 3) появление новых ИВ, заменяющих подсистемы (ИВ¹ - первого порядка); 4) взаимопроникновение и слияние нескольких ИВ в одно ИВ² (второго порядка), которое выполняет функции всей ТС; 5) появление новой моно-ТС - моно'-ТС, представляющей из себя минимальную работоспособную ТС с ИВ²; 6) то же для надсистемы и т.д.

Необходимым условием введения новых веществ и подсистем в ТС является их высокая вещественно-полевая и функциональная совместимость между собой и существующими элементами (максимального значения этот фактор достигает у ИВ).

Универсальной причиной изменения и развития ТС является борьба и единство противоположностей. Причем изменение и развитие происходит в силу взаимодействия и противоречия между внешней средой (ВС) и ТС. При попытке увеличения ГПФ (т.е. общественной потребности) претензии ВС проникают в иерархическую структуру ТС. Глубина их проникновения определяет степень тех или иных изменений в ТС.

Одним из объективных механизмов действующих при изменении (развитии) ТС является динамизация одного из уровней или ТС в целом [4]. Под динамизацией понимается направленное приспособление (адаптация) к меняющимся претензиям ВС без ухудшения ГПФ. Любая ТС, развиваясь, проходит следующие этапы динамизации: 1) пассивную адаптацию, когда организация ТС принимает организацию ВС; 2) активную адаптацию, когда организация ТС соответствует или несколько выше организации ВС; 3) управляемую адаптацию, когда организация ТС намного выше организации ВС и управляет последней.

Процесс динамизации сопровождается переходом ТС с макро- на микроуровень по стадиям, которые образуют цепочки динамизаций, составляющих вцелом схему динамизации ТС (рис. 4).

Литература:

1. М.Г.Карпунин, Б.И.Майданчик. Функционально-стоимостной анализ в отраслевом управлении эффективностью. М.: Экономика, 1983, с.29-44.

2. Ю.П.Саламатов, И.М.Кондраков. Некоторые особенности идеальных технических систем. В сб.: Методология и методы технического творчества. Тезисы докладов и сообщений к научно-практической конференции 30 июня - 2 июля 1984 г., с.66-68.

3. Ю.П.Саламатов. Эволюция вещества в технических системах. Там же, с. 64-66.

4. И.М.Кондраков. Динамизация технических систем. Там же, с. 70-72.

Рисунки:

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ТРТС
(на примере измерительных систем)

© Ю.П.Саламатов

Нами продолжается работа над законами развития технических систем. В 1989 здесь проводился семинар по ЗРТС. В 1990 быланаписана книга по ЗРТС, которая выходит в Петрозаводске. Была предпринята попытка составить АРТС, но без подробной разработки законов попытка оказалась неудачной.

В чем трудности составления АРТС? - В слабой базе знаний по ЗРТС:

1. Явная количественная недостаточность законов, правил и эвристик; для такой огромной области знаний как "Технические Системы" на сегодня имеется всего лишь 9 законов.

2. Сильная качественная неоднородность законов, часть из которых декларативны (закон неравномерности развития), другие неконструктивны (закон увеличения степени вепольности), третьи - лишь указывают направление развития (в надсистему, с макро- на микроуровень).

3. Отсутствие методики определения этапа развития данной ТС; чтобы развивать дальше, надо установить где ТС находится сейчас.

Коротко говоря, база знаний по ЗРТС неполна и плохо структурирована.

Главная трудность в развитии базы знаний - необходимость охвата огромного (необъятного!) объема информации по техническим системам. Во-первых, такой анализ никто не ведет, во-вторых, нет методики обработки информации, нет способа анализа.

Мы начали такую работу. Встал вопрос: чем ограничивать поле поиска и анализа. Не ограничивать нельзя - можно утонуть в море информации. Но также опасно ограничивать поисковое поле:

• рассматриваемые ТС не должны быть ограничены одной отраслью техники (нельзя выводить ЗРТС только из комбайностроения);

• рассматриваемые ТС не должны быть ограничены одной областью физики или химии (только механика, только электроника, только биотехнология);

• рассматриваемые ТС не должны быть ограничены одним семейством принципов действия, лежащих в основе ТС (например, принцип аэродинамической подъемной силы, принцип качения колеса, принцип обработки резцом вращающихся деталей).

Системы должны быть максимально разнообразны, включать весь набор ФЭ, ХЭ, ГЭ, все стандарты, все приемы. У этих систем должна быть длинная и подробная история развития.. И, вместе с тем, они должны четко идентифицироваться, отделяться от других ТС, - область исследований не может быть размытой, не четкой.

В наибольшей степени этим требованиям отвечали измерительные системы. Их можно четко и надежно идентифицировать и классифицировать.

Сбор БД по измерительным системам очень трудоемок, но все-таки обозрим и конечен: что-то около 1 млн. единиц, 3 года, 5чел.

По собираемой базе данных ведется главная работа - анализ ТС и выявление эвристик.

Методика формирования базы знаний:

1. Подбирается блок информации из БД по одной ТС. Блок должен содержать исчерпывающую информацию обо всех особенностях развития данной ТС от момента возникновения ее прообраза, до момента синтеза классической схемы ТС (закон полноты частей системы, начало массового применения) и далее до самых последних патентов наших дней.

2. Отбор значимых единиц информации и выстраивание их в непрерывную цепочку целенаправленного плавного изменения ТС. Пояснения:
   • значимые единицы информации - только те, которые попадают на главную линию развития; тупиковые и боковые ветви не рассматриваются; "бумажные" патенты и технические решения не воплощенные в реальных ТС и не послужившие прототипом для таковых - отбрасываются;

   • непрерывная цепочка развития - технические решения выстраиваются не по датам их появления, а по очередности появления-исчезновения элементов в подсистемах ТС, т.е. выстраивается системная логика, а не шкала приоритетов;

   • целенаправленное изменение ТС - логика развития системы диктует единственное направление: увеличение ГПФ, это единственная цель, подчиняющая все остальные подцели и нюансы развития; требования к ГПФ всегда диктуются материальным производством и потребностями человека, следовательно, ГПФ должна постоянно увеличиваться от одного технического решения к другому; ТС с большим значением ГПФ ставится после ТС с меньшим значением ГПФ.

3. На линии развития с зафиксированными техническими решениями пишутся краткие формулы изменений в ТС при переходе от одного технического решения к другому: что сделано, техническая сущность сделанного, что это дало для увеличения ГПФ.

4. Формулы изменений укрупняются (в них включаются несколько последовательных технических решений); должна быть найдена обобщенная техническая формулировка изменений в ТС, которые привели к заметному увеличению ГПФ.

5. Технические формулировки заменяются эвристиками, т.е. формулировками творческих решений.

6. Эвристики обобщаются в приемы, принципы, операторы преобразований.

7. То же повторяется на другой ТС, с той же ГПФ, но работающей на другом физическом принципе (например, механические часы, электромеханические, электронные).

8. Выводятся наиболее общие эвристики.

9. Находятся эвристики высших уровней при анализе нескольких разных ТС - возможно это и будут законы развития технических систем.

Далее идет краткое изложение работы В.Е.Афанасьева по истории возникновения и развития систем измерения времени (см. фонд ЧОУНБ).

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

ПРИМЕРНЫЙ ПЛАН ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ ПО ТРТС

© Ю.П.Саламатов

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СИНТЕЗА И РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ (НА ПРИМЕРЕ ТС ПО ОБРАБОТКЕ МАТЕРИАЛОВ)

1. Момент возникновения системы по обработке материалов (1-я, 2-я и т.д. системы).
   1.1. Возникновение потребности, требуемой полезной функции, появление способа обработки (возникновение нового, развитие известного - через какиестадии?).
   1.2. Воплощение способа (приема) обработки в системе "инструмент-человек".
   1.3. Развитие инструмента как следствие непрерывной тенденции в увеличении ГПФ.

2. Вытеснение человека из системы и ее превращение в ТС: 1-й закон ЗРТС, последовательность появления элементов в ТС, рост ГПФ, момент возникновения структуры ТС, связи, потоки энергии, возникновение полной ТС. Самое важное: открытие принципов, шагов, стадий, законов синтеза ТС, причинно-следственные цепочки (физические, логические).

3. Начало периода развития ТС: превращение ТС из минимально необходимой и достаточной в более сложную, появление первых подсистем (дополнительных, вспомогательных, буферных, обслуживающих) - как они влияли на ГПФ? Проследить все стадии развития подсистем вплоть до исчезновения (слияния, замены на новую, идеализации) - что влияет на этот процесс? Орган управления - развитие. Рабочий орган - наиболее подробно. Трансмиссия, двигатель, источник энергии - что с ними происходит? Как менялись изделия? Количество функций, выполняемых ТС - рост, "расщепление" и "слияние", появление и исчезновение - за счет чего, в какие моменты?

4. Период "интеллектуализации" ТС - дальнейшее вытеснение человека из органа управления; куда,как, когда?

5. Процессы свертывания, идеализация, новые принципы обработки, новые материалы, программирование свойств материалов, способы формообразования без обработки, придание новых функций веществу, идеализация вещества. Что происходит с ТС - этапы, шаги, стадии, принципы, правила.