Законы эволюционного развития ТС

1. Закон соответствия функции и структуры. Закон соответствия между функцией и структурой на протяжении многих веков изучали на философском уровне. При этом отмечали и анализировали многочисленные факты соответствий между выполненными функциями любого органа живого организма и его структурой (строением, конструкцией, конструктивными признаками). Такие же соответствия отмечались в деталях и узлах машин, сооружений и других ТС.

Суть закона заключается в том, что в правильно спроектированной ТС каждый элемент от сложных узлов до простых деталей и каждый конструктивный признак имеет определённую функцию (назначение) по обеспечению ТС. Если лишить такую ТС какого-либо элемента или признака, то она, либо перестанет работать (выполнять свою функцию), либо ухудшит показатели своей работы. В сущности, это закон соответствия формы и содержания в технике.

Закон формулируется следующим образом: «Каждый элемент ТС или её конструктивный признак имеет хотя бы одну функцию по обеспечению реализации функций ТС, т. е. исключение элемента или признака приводит к ухудшению какого-либо показателя ТС или прекращению выполнения ею своей функции». Иногда этот закон формулируют короче: «Максимальное соответствие структуры реализуемым функциям обеспечивает максимальную эффективность системы».

Этот закон имеет несколько практически важных следствий - закономерностей. Так, человеко-машинные системы, предназначенные для обработки материального предмета труда (к которым относится практически вся буровая техника) состоит из четырёх подсистем, реализующих четыре функции:

  • 1) обеспечивается превращение исходного материала (сырья) в конечный продукт - технологическая функция;
  • 2) превращение вещества или извне полученную энергию в конечный вид энергии, необходимой для реализации первой функции - энергетическая функция;
  • 3) осуществляются управляющие воздействия на первые две подсистемы в соответствии с заданной программой и дополнительно полученной информацией о количестве и качестве получаемого конечного продукта - функция управления;
  • 4) собирает (получает) информацию о конечном произведённом продукте и определяет потребные качественные и количественные характеристики конечного продукта - функция планирования.

В современных буровых ТС третья и четвёртая функции в основном выполняются оператором, но по мере развития техники они должны передаваться машинам.

Другим следствием закона является закономерность минимизации

компоновочных затрат при создании ТС: «Функциональные элементы системы должны располагаться в пространстве по отношению друг к другу так, что бы компоновочные затраты были минимальными».

  • 2. Принцип взаимосвязи качественных показателей ТС. «Если под качеством системы понимать такие её основные параметры, как энергоёмкость, надёжность, эффективность, то для улучшения одного из показателей часто приходится прибегать к ухудшению других».
  • 3. Закон избыточности технических решений. «В любой момент времени для реализации той или иной функции число созданных технических решений на уровне предложений, патентов, чертежей, моделей и опытных образцов всегда больше серийно реализованных».

Наиболее ярко это проявляется в авиа- и автомобилестроении.

  • 4. Закон соотношения между долговечностями функции и техническим решением для её осуществления. «Функция имеет намного большую долговечность по сравнению с техническим решением, выполняющим эту функцию». Именно это является двигателем развития старых ТС.
  • 5. Закон эволюции технической системы при постоянной её функции. «Каждая ТС, имеющая постоянную функцию, развивается в направлении улучшения своих основных показателей». Справедливость этого закона вполне очевидна и соответствует здравому смыслу развития ТС.
  • 6. Закон увеличения вепольности технических систем. «Развитие современных технических систем идёт в направлении увеличения степени вепольности, те.:

невепольные и неполные вепольные системы превращаются в полные веполи;

увеличивается степень дисперсности частиц В2;

веполи переходят в феполи;

веполи и феполи переходят в двойные и цепные системы;

увеличивается количество управляемых связей в системах.

Смысл этого закона отражает тенденцию и указывает путь совершенствования технических систем через привлечение новых полей и веществ для реализации новых функций на более высоком уровне.

Вещество можно преобразовать, например, дроблением. Так мелкодисперсное вещество, как правило, более химически активно. Поэтому для активации, например, глины, её размельчают на дезинтеграторах, что обеспечивает более высокие характеристики буровых растворов.

> Дезинтегратор - (от фр. des...- уничтожение и лат. integer - целый) машина для мелкого дробления материалов. Состоит из двух вращающихся в противоположные стороны роторов, насаженных на отдельные соосные валы и заключеных в кожух. На дисках роторов расположены 2-4 ряда круглых цилиндрических пальцев для перемалывания и дробления материала .

Разделение на части вибрирующей массы позволяет избежать резонанса и, более того, гасит вибрацию. Известно также, что монолитное вещество, хорошо передающее усилия, становится поглотителем механической энергии после дробления на мелкие частицы.

Чтобы предать веществу новые нужные свойства нужно прибавить к нему новое вещество, скажем, «вкрапление» в дерево или пластмассу намагниченных частиц делает эти диэлектрики источниками магнитного поля и проводниками.

Пример. Для уплотнения больших масс бетона использование поверхностных механических вибраторов неэффективно. Если добавлять в бетон металлическую стружку и опилки или шлаки, то уплотнение бетона возможно за счет электромагнитного воздействия, что обеспечивает колебания металлических частей и соответственно уплотнение бетона.

Пример. Для изменения свойств вещества достаточно его активизировать излучением, например, гамма-лучами после бомбардировки нейтронами.

  • 7. Принцип переноса одних решений на другие. «Рациональные принципы действия и конструкций, опробованные в одних технических решениях, переносятся в другие при условии существенного совпадения их функций или функций их элементов». На справедливость этого закона указывает вся история развития техники. Почти во всех ТС имеются элементы общетехнического назначения, о них и идёт речь в этом законе. Например, когда потребовался монитор для ПЭВМ, то он был уже готов и опробован многими годами ранее. Его прототипом стал телевизор.
  • 8. Закон специализации систем. «Развитие технических систем идет в направлении дифференциации и увеличения их специализации».

Данный закон отражает процесс развития технической системы, при котором система специализируется для удовлетворения определенной узкой общественной потребности и стремится заполнить определенную «функциональную нишу» (рис. 2.9).

Логическая цепочка возникновения специализированных и интегрированных технических систем

Рис.2.9. Логическая цепочка возникновения специализированных и интегрированных технических систем

Примерами специализации могут быть различные виды и классы автомобилей (скоростные авто, грузовики различного класса по грузоподъемности - от 1-1,5 тонн до 100-200 тонн, боевые машины и др.), летательных аппаратов (различные виды самолетов, отличающиеся скоростью, грузоподъемностью, самолеты специального назначения, различные типы военных самолетов - истребители, штурмовики, торпедоносцы, бомбардировщики, самолеты стратегической авиации, вертолеты, самолет вертикального взлета и посадки), кораблей (океанские лайнеры, танкеры, боевые корабли различного класса и др.), мотоциклов (мопед, мотороллер, спортивный мотоцикл, транспортный мотоцикл, как интегрированная система - водный мотоцикл, снегоход).

В бурении подобная специализация наиболее наглядна на примере специализированных буровых агрегатов. Например, существуют буровые станки для алмазного высокочастотного бурения (частота вращения бурильной колонны 1500-2000 мин'1) и буровые станки для бурения твердосплавным инструментом, когда требуются высокие значения крутящего момента, но малые значения частот вращения колонны.

9. Закон интегрирования технических систем. «Развитие технических систем идет по направлению «специализация-универсализация». Циклы «специализация-универсализация» в процессе развития технической системы могут повторяться несколько раз».

Узкая специализация не противоречит развитию технической системы в направлении универсализации, ведь всегда заманчиво и выгодно иметь средство сильно развитое в различных направлениях. Здесь ощущается стремление системы к идеальности, ведь специализированное техническое средство не отвечает принципам идеальности. Пример можно привести из области автомобилестроения. На определенном этапе развития автомобилестроения появились вездеходы - внедорожники, которые имели усиленные характеристики проходимости, но уступали обычным легковым авто по скорости и комфорту. В последнее время можно отметить с одной стороны рост скорости и комфорта внедорожников до уровня легковых автомобилей, а с другой стороны появление у легковых автомобилей характеристик внедорожников (полный привод с возможностью подключения и отключения заднего моста, усиленная подвеска, увеличенный клиренс, более крупные шины). Например, у многих современных легковых автомобилей крутящий момент передается на оба моста через межосевой дифференциал, блокируемый вязкостной муфтой. В нормальных условиях на покрытиях с хорошим коэффициентом сцепления крутящий момент делится между передними и задними колесами в соотношении 90 % : 10 % . Если же «передок» начинает пробуксовывать, муфта привода автоматически блокируется и перебрасывает на задний мост до 40 % крутящего момента. После преодоления тяжелого участка дороги муфта разблокируется, и автомобиль опять становится почти переднеприводным.

Другой пример из автомобилестроения связан с созданием автомобилей для города. С точки зрения экологичности наиболее оптимален электромобиль, но эксплуатация электромобиля требует частой зарядки аккумуляторов, что не позволяет использовать автомобиль за чертой сети специализированных центров обслуживания. В последние годы появились автомобили Toyota,

Honda и других фирм, которые имеют двигатель внутреннего сгорания, электрогенератор и аккумуляторные батареи (гибридный двигатель). Двигатель внутреннего сгорания в рабочем режиме и, особенно при торможении производит зарядку мощного аккумулятора, который, включая электрогенератор в режим электродвигателя, в свою очередь на определенных участках дороги обеспечивает движение автомобиля. В данном случае автомобиль стал универсальным и «отвязался» от необходимых точек обслуживания по зарядке аккумулятора, которых значительно меньше, чем АЗС. В то же время выбросы в атмосферу продуктов сгорания снизились не менее чем на 2/3 (расход бензина 3 л на 100 км пути).

Буровые станки, например, фирмы Atlas Copco оснащаются сменными гидродвигателями с различными характеристиками, что позволяет использовать станки для бурения пневмоударниками и твердосплавными коронками в диапазоне низких частот вращения колонны и высоких значений крутящего момента, а также для бурения алмазным инструментом в диапазоне высоких частот вращения бурильной колонны и невысоких значений крутящего момента.

Два отмеченных закона образуют определенную логическую цепочку преобразования объектов техники в направлении специализации и последующей универсализации. Схематически данная цепочка может выглядеть так, как показано на рис. 2.9.

За период жизни технической системы могут наблюдаться многократные этапы специализации и интегрирования технических систем.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >