Законы развития технических систем (ЗРТС)
Канал об изобретательстве и ТРИЗ
- Закон полноты частей системы
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы (ТС) является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы. Каждая ТС должна включать 4 основные части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и средство управления. Двигатель – является накопителем (источником) энергии для выполнения требуемой функции. Трансмиссия – транспортирует энергию от двигателя к рабочему органу с преобразованием её качественных характеристик (параметров). Рабочий орган – передает энергию элементам окружающей среды (изделию) и завершает выполнение требуемой функции. Средство управления – регулирует поток энергии по частям ТС и согласует их работу во времени и пространстве.
2. Закон "энергетической проводимости" системы
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС является сквозной проход энергии по всем частям системы. 1. При синтезе ТС надо стремиться к использованию одного поля (одного вида энергии) на все процессы работы и управления в ТС. 2. Если ТС состоит из веществ, менять которые нельзя, то используют поле, хорошо проводимое веществами системы. 3. Если вещества частей системы можно менять, то плохо управляемое поле заменяется хорошо управляемым по цепочке: гравитационное - механическое - тепловое - магнитное - электрическое - электромагнитное.
3. Закон согласования ритмики (согласования-рассогласования) частей системы
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС является согласование (или рассогласование) параметров системы: частоты колебаний, а также материалов, форм, размеров, температуры и др.
«Порошковое молоко растворяется в воде во много раз быстрее, если на взвесь (смесь порошка и воды) воздействовать ультразвуком с часто той, величина которой приближена к частоте собственных колебаний крупинок порошка».
4. Закон увеличения степени идеальности системы
Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности. Идеальная ТС – это система, масса, габариты и энергоемкость которой стремятся к нулю, а ее способность выполнять работу при этом не уменьшается.
«В английской компании Pilkington создали первое в мире оконное стекло, которое само себя очищает от грязи, разрушая органическую грязь, используя солнечный свет и дождевую воду. Его назвали Pilkington Activ. Уничтожение грязи ведется непрерывно, а ее смыв происходит тогда, когда идет дождь, или при омовении стекла водой из шланга. В наружной поверхности стекла вмонтирована тонкая прозрачная пленка из двуокиси титана (диоксида титана - TiO2). Под действием света происходит фотокаталитический процесс, который разрушает грязь. ТiO2 - белый порошок, поэтому чтобы пленка была прозрачной ее сделали толщиной 15 микрон. Чтобы грязь не приставала к стеклу его поверхность сделали гидрофобной. Использован физические эффекты - фотокаталитический и гидрофобный. Стекло обладает эффектом зеркала и имеет синеватый отлив».
5. Закон неравномерности развития частей системы
Развитие частей системы идет неравномерно: чем сложнее система, тем неравномернее развитие ее частей.
Водоизмещение современных крупнотоннажных танкеров значительно возросло, и система торможения не может эффективно погасить скорость массивного судна. От начала торможения до полной остановки танкер проходит несколько миль.
6. Закон перехода в надсистему
Развитие системы, достигшей своего предела, может быть продолжено на уровне надсистемы (моно - би - поли). Главный смысл перехода – появление новых качеств (особенно при сдвинутых характеристиках ТС).
Иллюстрацией данного закона является развитие ружья. Из одноствольного ружья (моносистема) к двуствольному ружью (бисистема), затем к пулемёту Гатлинга (полисистема).
7. Закон перехода с макроуровня на микроуровень. Использование полей.
Развитие ТС идет в направлении перехода отдельных систем (частей) с макроуровня на микроуровень, с последующим использованием полей (повышение степени дробления вещества, смесь вещества с пустотой, его замена на поле).
Грубый механический способ разделения объекта на части с помощью топора (ножа, пилы) заменяется на разделение лучом лазера. Основной выигрыш – возможность выполнить очень тонкий и чистый разрез сложной формы, в том числе в твёрдом материале.
8. Закон увеличения степени вепольности
Развитие технических систем идет в направлении увеличения степени вепольности: невепольные системы стремятся стать вепольными, а в вепольных системах развитие идет путем увеличения числа связей между элементами, повышения отзывчивости (чувствительности) элементов, увеличения количества элементов.
9. Закон повышения степени динамичности и управляемости
Жесткие системы для повышения их эффективности должны становиться динамичными, т.е. переходить к более гибкой, быстро меняющейся структуре и к режиму работы, подстраивающемуся под изменение внешней среды. Направление динамизации вещества: один шарнир - много шарниров - гибкое вещество - жидкость - газ - поле, поля: постоянное - импульсное - переменное - с изменением фазы, частоты.
Динамизация подвески автомобиля - независимая подвеска, положение колес подстраивается под рельеф местности. Повышает плавность хода по бездорожью.
10. Закон развертывания-свертывания ТС
Повышение идеальности ТС осуществляется путем развертывания – увеличения количества и качества выполняемых полезных функций за счет усложнения системы, и свертывания – упрощение системы при сохранении или увеличении количества и качества полезных функций.
Пример на свертывание ручки зубной щетки изображен на рисунке ниже. Функцию ручки выполняет палец - элемент подсистемы. Щетка стала компактной. Это пример на свертывание трансмиссии (связи).
11. Закон вытеснения человека из ТС
Вытеснение человека из ТС приближает её к полной ТС. Направление вытеснения: 1 – исполнительный уровень (непосредственно рабочие органы, выполняющие основные функции); 2 – уровень управления (рабочими органами); 3 – информационный уровень (сбор, обработка информации и принятие решений).
На современных промышленных предприятиях большой объем работы выполняют роботизированные системы. Качество и точность зачастую на порядок выше ручной работы.
P.S. Конечно, производители не обязаны соблюдать эти законы, но тогда их продукция будет проигрывать по своим характеристикам конкурентам, которые соблюдают данные законы.