Системность ТС и технические модели

А.А. Быстрицкий

Существующая практика применения принципов системности для анализа технических систем (ТС) требует определенной корректировки с целью повышения их инструментальности. Реализуемые в настоящее время подходы не позволяют формализовать решение задач прогноза развития ТС или описывать системный оператор в вепольных структурах.

Одной из причин, ограничивающих возможности применения системного анализа для раскрытия ТС, является определенное смешение, неразделенность философского содержания и физического объекта.

Широко используемое в литературе по ТРИЗ определение системы как "некоторого множества, совокупности элементов, взаимосвязанных между собой таким образом, что возникает определенная целостность, единство, не сводящееся к свойствам отдельных элементов", не дает возможности определить на реальном техническом объекте элементный состав модели, ее структуру. Целесообразно для повышения инструментальности системного оператора (СО) разделить понятие системы как абстракции технической модели (ТМ) и физический объект анализа - техническую систему.

Абстрактная техническая модель ТС должна обладать рядом системных признаков, таких, как

- структурированность;

- взаимосвязанность составляющих ее частей;

- подчиненность организации всей системы определенным целям.

Таким образом, мы можем определить функциональную техническую модель как структуру, состоящую из рабочего органа, трансмиссии, двигателя -аккумулятора (источника энергии) и средства управления, взаимосвязанную сквозным потоком энергии и являющуюся средством достижения заданной цели. При этом рабочий орган (РО) обеспечивает передачу энергии от ТМ к изделию, то есть внешней среде. Трансмиссия (ТР) осуществляет передачу энергии от двигателя-аккумулятора к РО, имея на входе и выходе один и тот же вид энергии. Двигатель-аккумулятор (ДА) накапливает энергию от внешней среды и трансформирует ее в вид, принимаемый ТР. Средство управления (СУ) обеспечивает внутреннюю адаптацию элементов ТМ друг к другу и в целом к надсистеме.

При подробном подходе мы должны рассматривать ТС как объект, могущий быть описанным несколькими эквивалентными техническими моделями, заданными через цели. Так, например, в процессе полета стрела, выпущенная из лука, выполняет ряд "поставленных перед ней целей", в том числе и такие:

- сохранять направление полета;

- сохранять убойную силу.

И в соответствии с разными целями разные технические модели, имея полную структуру, будут составлены из разных элементов ТС.

Для технической модели, заданной через цель "сохранять направление полета", рабочим органом будет совокупность элементов ТС, создающих момент сил между головной частью стрелы - наконечником и хвостовой частью стрелы - оперением. Оперение передает часть энергии окружающему воздуху через поле аэродинамического давления и, в свою очередь, принимает энергию от древка стрелы через механическое поле деформации. Древко стрелы является в этом случае трансмиссией. Поле деформации возникает в двигателе-аккумуляторе при преобразовании поля инерции. Если принять, что основная масса стрелы сосредоточена в наконечнике, то есть он - концентратор энергии, то в структуре технической модели наконечник выполняет функцию двигателя-аккумулятора. Задачу средства управления в модели решают свойства материала стрелы, обеспечивающие передачу всех видов энергии между наконечником и оперением.

Таким образом, зная структуру технической модели, мы можем представить ее в вепольной форме. В этом случае мы можем говорить о том, что средство управления (СУ) может быть оценено коэффициентом передачи энергии от ДА к надсистеме через РО. Любой из элементов структуры ТМ может быть рассмотрен как система, целью которой будет являться воздействие на надсистему полями, генерируемыми системой.

Так, мы можем развернуть в систему элемент, осуществляющий передачу поля деформации к оперению. В этом случае рабочим органом будет внутренняя структура вещества, образующего аэродинамическую поверхность оперения и подвергающегося микродеформации, воздействуя на воздух. Трансмиссией будут являться глубинные слои материала, испытывающие макродеформации под воздействием двигателя-аккумулятора.

Рассмотри модель, заданную целью "сохранять убойную силу", и определим, каким образом структура модели раскладывается на конструкционные элементы ТС. Рабочий орган ТМ определяем, исходя из следующего анализа. При выстреле убойная сила стрелы определяется параметрами массы и скорости. Параметр массы задан конструктивно и в процессе полета неизменен. Следовательно, цель "сохранять убойную силу" может быть переформулирована как "сохранять скорость полета". Эта цель достигается тогда, когда стрела в полете передает воздуху минимальную энергию, расходуемую на преодоление аэродинамического сопротивления.

Преодоление сопротивления, т.е. обработку воздушного потока, выполняют конструкционные элементы - наконечник и оперение. Таким образом, они являются рабочим органом. К нему трансмиссией подводится энергия в виде поля деформации. Энергия поступает от двигателя-аккумулятора, который трансформирует поле инерции в поле деформации. И трансмиссия, и двигатель-аккумулятор накладываются на один и тот же конструктивный элемент ТС - древко стрелы и внутреннюю структуру вещества наконечника и оперения. Средство управления (СУ) производит взаимную адаптацию структурных элементов и физически существует как вещество древка, наконечника и оперения с их определенными физико- химическими свойствами. Таким образом, мы видим, что в данной ТС элементы структуры технической модели свернуты на физическом объекте и не существуют в виде отдельных конструктивных элементов, которые могут быть четко соотнесены с функциями РО, ТР, ДА или СУ.

Сопоставляя овеществление структур технических моделей на конструктивных элементах ТС, можно отменить то, что одни и те же элементы в разных моделях выступают в роли различных элементов структуры и, следовательно, имеют различные структурные цели. Это дает некоторые подходы к анализу сущности технического противоречия.

Так как любая ТС может быть отображена множеством технических моделей, то понятие "техническое противоречие" (ТП) раскрывает противоречие развития двух структур ТМ. И понятие ТП может иметь такую формулировку: "Техническое противоречие - несогласованность развития структур двух ТМ, воссозданных на совпадающих элементах технической системы".

ИКР развития ТС, ее идеализация, происходит тогда, когда цель технической модели выполняется, а техническая система для ее выполнения отсутствует, то есть не содержит конструктивных элементов, которые переходят в структуру вещества или поля. В свою очередь, иерархическое строение структуры технической модели дает возможность предполагать иерархичность структуры "технического противоречия". Тогда ФП можно рассматривать как ИКР технического противоречия, которое формулируется в виде: "А" должно быть связано с "Б" и "А" не должно быть связано с "Б". При этом эти требования должны быть отнесены к свойствам поля.

Вряд ли корректно рассматривать для ФП как взаимопротивоположные свойства "холодное - горячее" при единой Кельвиновской шкале температур, "электропроводное - неэлектропроводное" при отсутствии абсолютного диэлектрика. Эти свойства описываются параметрически, и записанные через них противоречия являются подсистемными ТП.

Одной из важных задач ТРИЗ является формирование системы законов развития (эволюции) технических систем. Используя подход к анализу ТС через технические модели, мы можем предполагать такую структуру законов эволюции:

Подсистема:

1. Условия существования

1.1. Полнота частей технической модели

1.2. Сквозной проход энергии

Система:

2. Форма развития

2.1. Динамизация (овеществление) структуры модели по механизму:

2.1.1. Конструкционные элементы - вещество

2.1.2. средство управления - самоадаптация

Надсистема:

3. Направление развития - идеализация

3.1. Исчерпание подсистемных вещественных, полевых и структурных

ресурсов ТС.

Данный принцип анализа ТС через технические модели позволит, вероятно, в дальнейшем уточнить структуру законов развития ТС и выявить зоны их действия. Это даст возможность работать с вепольными структурами в системном операторе при решении задач прогноза.

ЛИТЕРАТУРА

1.Альтшуллер Г.С., Злотин Б.Л., Зусман А.В., Филатов В.И. Поиск новых идей: от озарения к технологии. Кишинев, Картя Молдавеняскэ, 1989.

2. Саломатов Ю.П. Как стать изобретателем. М., Просвещение, 1990.

3. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. М., Высшая школа, 1989.

4. Краткий словарь по логике. (Д.П.Горский, А.А.Ивин, А.Л.Никифоров; под ред. Д.П.Горского) . М., Просвещение, 1991.

5. Шанс на приключение (сост. А.Б.Селюцкий) Петрозаводск, Карелия, 1991.

6. Иванов Г.И. И начинайте изобретать. Иркутск, Восточно-Сибирское книжное издательство, 1987.