Справочники по развитию технических систем -(ЧАСТЬ1)

Размещено на сайте 24.09.2009.


ПРЕДИСЛОВИЕ КАФЕДРЫ ПРОГНОЗОВ

Добрый день, уважаемые читатели журнала «Методолог».

Представлять сегодняшнего гостя рубрики Кафедра Прогнозов нет большой необходимости.

Д.т.н., профессор и Мастер ТРИЗ Александр Тимофеевич Кынин, ТРИЗ - эксперт южно корейской компании Samsung SDI не впервые является нашим автором. Сферу его профессиональной компетентности можно посмотреть в составленной им краткой справке.

Представляемый сегодня проект называется «Справочники по развитию технических систем».

Проект задуман как открытая справочная база данных, в которую собраны описания технических характеристик самых разных по предназначению Технических Систем в их эволюционном контексте. С точки зрения КП это абсолютно правильный и закономерный шаг в развитии ЗРТС как научной дисциплины.

Основоположник ТРИЗ – Генрих Саулович Альтшуллер призывал всех своих последователей составлять картотеки примеров из патентных фондов и истории развития техники для проведения процессов исследования и выявления закономерностей в развитии техники.

Многие ученики следовали этому совету, однако далеко не многие готовы открыто предоставлять такие базы данных всем желающим.

C 2006ого года существует открытая картотека примеров по различным законмерностям развития техники, которой пользуется проект «Кафедра Прогнозов». Сегодня мы получаем развитие этой инициативы со стороны моего уважаемого коллеги.

Редакция КП получила уже 6 первых информационных пакетов из базы данных «Справочники по развитию технических систем»:

1. Источники энергии как ресурсы развития технических систем.

2 Развитие технических систем отображения информации ( мониторы)

3 Развитие технических систем отображения информации (принтеры)

4 Развитие транспортных систем ( междисциплинарный обзор)

5 Развитие транспортных систем (водный транспорт)

6 Развитие транспортных систем (наземный и рельсовый транспорт)

Редакция КП фактически в рамках заявленного сегодня проекта уже формировала похожие материалы, например: Обзор сценариев развития автомобилей в условиях кризиса (1.2.3.4.5.6.7.8.9.10,11) , который можно вполне объединить с пакетом 1 ( «источники энергии как ресурсы развития ТС).

Будем надеяться, что общая копилка знаний об эволюции технических систем в виде таких баз данных будет пополняться другими исследователями. Слияние картотек разных авторов в одну большую,- со временем позволит получить вполне работоспособные справочники по инноватике, которых сегодня не существует.

Благодарим автора и его помощников за проделанную трудную работу и вклад в формирование ЗРТС как инновационной дисциплины, создание для нее опоры на факты.

Приятного чтения,

Ведущий рубрики Кафедра Прогнозов,

Юрий Даниловский.

«Справочники по развитию технических систем»

А.Кынин

Введение

***

Никто уже давно не сомневается, в исключительной важности технического прогресса. Поэтому вполне естественным является желание предугадать, как именно будет развиваться та, или иная Техническая Система (ТС).

Кроме того, участники проекта уверены, что фундаментом всей Теории Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ) являются именно Законы Развития Технических Систем (ЗРТС).

Этое мнение изложено в статье "ТАК ЧТО ЖЕ ТАКОЕ ТРИЗ?":

"ТРИЗ - это теория, основанная на объективных закономерностях развития техники и описывающая процесс создания человеком ее новых образцов".

В качестве основного объекта рассмотрения были выбраны так называемые S-кривые, которые описывают жизненный цикл ТС. К сожалению, в большинстве работ по ТРИЗ отсутствуют четкие требования к выбору параметров для описания "линии жизни".

В то же время, от этого выбора зависит изменение положения системы

на "линии жизни", которое определяет характер действий, которые требуется совершить на пути её совершенствования. Поэтому корректность построения "линии жизни" влияет на правильность выбора этапа развития ТС.

Данная работа является логическим продолжением статьи об источниках света (А. Кынин РАЗВИТИЕ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА ) и предназначена для широкого круга читателей: преподавателей, технических экспертов и людей, изучающих ТРИЗ, как самостоятельно, так и в рамках различных обучающих курсов.

Именно этим объясняется наличие в Приложениях не только хронологических

данных, но и кратких описаний рассматриваемых систем.

Представленный цикл статей представляет собой подборку фактических материалов по развитию самых различных систем.

Его структура является открытой и, при наличии доброй воли, этот проект может со временем превратиться в сборник статей, своеобразную "Энциклопедию развития ТС", в которую можно помещать работы и других авторов.

Целями представленной здесь работы являются:

- демонстрация примеров развития реальных ТС;

- продемонстрировать на этих объектах использование основных инструментов ТРИЗ;

- ввести в обращение результаты из англоязычных источников, которые не всегда доступны специалистам из России.

- формирование общности используемой терминологии. Предположительно, на основе этой базы примеров и её анализа можно будет говорить с людьми на одном языке, исключающем не очень понятные "Л-образные кривые", которые подробно обсуждают наши читатели на форуме журнала «Методолог» и другие неподкреплённые примерами модели.

Автор искренне хочет поблагодарить за неоценимую помощь в подготовке и критическом обсуждении представленных материалов своих коллег и друзей

В. Леняшина и Н. Фейгенсона.

РЕСУРСЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Кынин А.Т.

СОДЕРЖАНИЕ - CONTENTS

2 РЕСУРСЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ... 1

2.1 Энергия в Технических Системах. 3

2.2 Источники Энергии. 4

2.2.1 Механическая энергия. 5

2.2.2 Тепловая Энергия. 5

2.3 Устройства для выполнения механической работы.. 7

2.3.1 Тепловые Двигатели. 7

2.3.2 Электрические Двигатели. 8

2.4 Устройства для хранения энергии. 9

2.4.1 Механические Аккумуляторы.. 9

2.4.2 Электрические Аккумуляторы.. 10

2.5 Передача энергии. 10

2.6 Материалы.. 11

2.7 Технологии. 13

2.8 Инфраструктура (Надсистема) 14

2.9 Заключение. 15

ПРИЛОЖЕНИЯ.. 16

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.1. Краткая хронология развития энергетики. 16

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.2. Краткая хронология развития двигателей. 18

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.3. Краткая хронология создания электрических аккумуляторов. 20

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.4. Краткая хронология открытия основных конструкционных материалов и технологий их получения и обработки. 22

Создание и развитие любой Технической Системы (ТС) происходит не на пустом месте. Необходимым условием для того, чтобы ТС появилась, является наличие определенных предпосылок: запроса общества на предназначение, которое выполняет данная система и неких внешних ресурсов.

Действительно, первая ТС появилась тогда, когда первый ЧЕЛОВЕК поднял с земли палку, или камень. Взяв с земли этот камень, он совершил превращение вещества камня в Материал используемого Рабочего Органа (РО). Этим РО он совершил какое-то полезное действие, направленное на Обрабатываемый Объект (ОО) например, расколол орех. В этой первой ТС Источником Энергии (ИЭ) была пища, Двигателем (Дв) - мышечная сила человека и Трансмиссией (Тр) - его рука. Но если это действие было спонтанным и не повторялось человеком сознательно, то данная ТС бесследно исчезала, как только человек бросал камень. Чтобы повторно использовать этот же самый (или другой) камень, человек должен был обладать определенной Информацией о том, что этим камнем можно сделать что-то полезное. Для того чтобы это мог использовать другой человек, эту информацию надо было донести до него в доступном для понимания виде. Сначала, это были визуальные повторения действий. Затем, с развитием языка, повторения частично заменились рассказами, о том, как это делать. Это была первая инструкция по эксплуатации.

Когда была создана первая полная ТС, т.е. система, где человек перестал выполнять роль двигателя, то выполнение этой функции было возложено на двигатель-устройство. Человек, в этом случае, сохранил для себя роль источника и хранителя информации, которая обеспечивала ему выполнение функций Системы Управления (СУ).

Таким образом, появление любой ТС обусловлено возможностями Надсистемы обеспечить возможность ее рождения и функционирования. Мы ограничимся теми, которые, с нашей точки зрения, наиболее важны. Это системы, которые, в соответствии с патентной классификацией называются материалы, устройства (ТС) и технологии.

Материалы включают в себя как вещества, непосредственно использованные для создания ТС, так и вещества, которые являются источниками энергии (различные виды топлива).

Устройства - это различные объекты искусственного происхождения, созданные для выполнения определённых функций [http://ru.wikipedia.org/wiki/Устройство].

Технологии - это совокупности методов и инструментов для достижения желаемого результата; метод преобразования данного в необходимое; способ производства [ http://ru.wikipedia.org/wiki/Технология ]. Технологии включают в себя описание различных Технологических Процессов (ТП), т.е. являются, в том числе, информационной базой развития техники.

Но есть еще один фактор, о котором часто забывают. Это инфраструктура (Надсистема), то есть то, что окружает ТС. Так, автомобиль не мог бы развиваться, если бы не было развитой системы дорог. Мобильные телефоны невозможны без сети ретрансляционных станций, и т.д.

Очень интересно отметить, что для таких важнейших составляющих ТС, как материалы, энергия и информация существуют некоторые общие подходы. Например, в работе [ Heebyung Koh, Christopher L. Magee / A functional approach for studying technological progress: Extension to energy technology /Technological Forecasting & Social Change (2007) ] предложена классификация технологических операций для работы с материалами, энергией и информацией, представленная в Table 1.

Действительно, можно видеть что, в казалось бы совершенно различных областях, наблюдается сходство выполняемых функций. Такое сходство поддерживает постулат ТРИЗ о том, что именно выполняемые функции являются базовым понятием для ТС и их развития.

Table 1. Примеры выполняемых функций для материалов, энергии и информации

Функция Материал (М) Энергия (E) Информация (I)
Преобразование Доменная печь Двигатели, электромоторы Калькуляторы, РС
Транспорт Грузовик Электрическая сеть Кабели, телефон, радио, Интернет
Хранение Склад Батареи, конденсаторы, маховики Книги, магнитная запись, оптические диски.
Изменение Торговля Рынок энергии WWW, Wiki
Контроль Медицинское обслуживание Комиссия по атомной энергии Комиссия по стандартам Интернет

Классификация, естественно, спорная. Так, вызывает удивление то, авторы объединили в одних и тех же колонках принципиально различные области техники. Но, с другой стороны, действительно, можно видеть что, в, казалось бы, совершенно различных областях, наблюдается сходство выполняемых функций. Такое сходство поддерживает постулат ТРИЗ о том, что именно выполняемые функции являются базовым понятием для ТС и их развития.

6.1 Энергия в Технических Системах

С самого начала использования преобразователей энергии изобретатели старались повысить долю энергии, которая преобразуется в полезную работу. К сожалению, законы термодинамики постулируют, что полное превращение энергии в работу невозможно. Поэтому используется понятие эксергия (эксэргия) (от греч. ek, ех - приставка, означающая высокую степень, и ergon работа), обозначающее максимальную работу, которую может совершить термодинамическая система при переходе из данного состояния в состояние равновесия с окружающей средой. Эксергией иногда также называется работоспособность системы [http://ru.wikipedia.org/wiki/ ]. В дальнейших рассуждениях под процессом использования энергии будем понимать именно ее работоспособность.

Такой подход полностью соответствует Закону Повышения Идеальности, который гласит, что идеальность любой ТС определяется отношением суммы выполняемых полезных функций к сумме затрат на их выполнение [ГСА]. Поэтому рассмотрение истории развития любой ТС иллюстрирует повышение доли энергии, преобразуемой в полезную работу, то есть повышение Идеальности системы, поскольку затраты энергии на выполнение аналогичной функции уменьшаются.

Весьма близкая точка зрения была высказана Эйресом [ R.U. Ayres / Empirical measures of technological change at the sectoral level / Technol. Forecast. Soc. Change 27 (2-3) (1985) 229-247 ] и продолжена в работе [ Mario Coccia / Technometrics: Origins, historical evolution and new directions / Technological Forecasting & Social Change 72 (2005) 944-979 ]. В этих работах различные системы были проанализированы с точки зрения их эффективности, которая определялась как отношение стоимости к физическому выходу из системы, т.е. выполняемым ею функциям.

Повышение эффективности различных ТС в процессе развития было показано Эйресом как на примере отдельных отраслей (отопление, освещение, транспорт и т.д.), так и в виде суммарного повышение эффективности в условных единицах (См. Рис. 1).

Действительно, утверждение о том, что изобретатели стараются создать все последующие системы более эффективными, кажется вполне очевидным. Однако на Рис. 1 видно, что эффективность использования энергии приближается к насыщению в районе 0,045-0,05.

Рис. 1. Повышение суммарной эффективности использования энергии во времени в относительных единицах (A) и распределение энергии по областям использования (В): обогрев (1), охлаждение и кондиционирование (2), приготовление пищи и мытье посуды (3), освещение (4), строительство (5), транспорт (6), машиностроение (7), промышленный нагрев (8), прочие (9) [ ROBERT U. AYRES / Technological Progress: A Proposed Measure / Technological Forecasting and Social Change 59, 213-233 (1998)].

При общей тенденции к росту эффективности различные составляющие потребляемой энергии существенно изменяют свои соотношения. Относительные затраты на отопление домов упали с 89% в 1800 году до 15% в 1991, а затраты на транспорт, напротив, возросли за этот же период с 3 до 28%. В то же самое время, расход тепла для нагревания в промышленности прошел свой пик в 1950 году и с тех пор уменьшается. Т.е. расход происходит замещение старой потребности новой, вновь сформированной. При этом количество энергии, используемой для удовлетворения различных потребностей, подчиняется тем же закономерностям, что и для прочих ТС.

Краткая хронология развития энергетики приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.1.

6.2 Источники Энергии

Прежде всего, рассмотрим Источники Энергии, так как именно они определяют всю дальнейшую цепочку энергетических преобразований в ТС. По сложившейся в ТРИЗ традиции ИЭ уделяется весьма малое внимание. Это можно понять, т.к. основное внимание сконцентрировано на самих Технических Системах в целом, а ИЭ являются только их составной частью, причем не обязательной.

Сначала определимся с типами ИЭ. Принято разделять их на возобновляемые и не возобновляемые.

Возобновляемыми источниками считаются ИЭ, которые воспринимают энергию солнца, и/или Земли, или непосредственно, или через небольшое преобразование. К таким источникам относятся ветра, которые образуются при неравномерном нагреве земной поверхности, реки, которые возникают при конденсации испаренной солнцем влаги, растения, связывающие углерод в процессе фотосинтеза, вулканическое тепло Земли и др.

К невозобновляемым относят ресурсы, созданные в результате того же фотосинтеза (уголь), или сложных физико-химических процессов (нефть) в течение миллионов лет существования Земли.

Table 2. Различные источники энергии

Воздействие Источник энергии
Механическое Ветер, течение воды, перепад высоты воды, мускульная сила людей и животных.
Тепловое Тепло солнца, тепло земли, теплота сгорания топлива.
Химическое Фотосинтез.
Электрическое Атмосферное электричество.
Магнитное Магнитное поле Земли.
Электромагнитное Солнечный свет.

Соответственно, можно классифицировать все эти источники в соответствии с принятыми в ТРИЗ техническими воздействиями (полями) (См. Table 2).

6.2.1 Механическая энергия

Самым ранним, и до сих пор наиболее распространенным типом воздействия, является механическое. Естественно, что в начальный период развития цивилизации в качестве источника механической энергии человек использовал свои мускулы.

Затем появились ТС, которые использовали домашних животных, чья мускульная сила заменила человека. Домашние животные использовались в качестве транспортного средства и приводов различных устройств, например колес для подъема воды или мельничных жерновов.

Примером использования энергии ветра можно считать создание первых парусных судов в IV тысячелетии до Р.Х., но она использовалась только для перемещения транспортного средства. То есть парус заменял человека только в качестве гребца, но не мог выполнять любые другие виды механической работы вместо человека. Использование других ресурсов, например энергии воды, началось существенно позже. Первые водяные мельницы появились не ранее II века до Р.Х., а ветряные только в Х веке. С небольшими изменениями такие двигатели дожили до ХVIII века.

Попытки заменить эти источники механической энергии на более мощные делались давно. Но они не имели успеха, потому, что для их эксплуатации не было необходимых ресурсов, например материалов и технологий обработки. Так, например, паровая турбина Герона, созданная в I веке до Р.Х. [П. Джеймс, Н. Торп - Древние изобретения Минск, "Попурри", 1997, стр. 305] так и не нашла себе применения.

И только с созданием первой промышленной паровой машины Томасом Сейвери в 1698 году [Википедия http://ru.wikipedia.org/wiki Паровая машина] началась эпоха тепловых Двигателей (Дв), в которых исходным материалом, т.е. Источником Энергии для получения механической энергии, служат различные виды топлива. На смену паровому пришли двигатели внутреннего сгорания и дизели. И до сих пор именно тепловые Дв являются самым массовыми. Более подробно этот вопрос буде рассмотрен в разделе ‎2.3.1.

6.2.2 Тепловая Энергия

Не подвергается сомнению, что из различных видов энергии (по терминологии ТРИЗ - технических полей) первым сознательно использованным было тепловой поле. Именно использование огня дало возможность сделать первый шаг к развитию цивилизации. Огонь, взятый от зажженного молнией дерева, использовался для обработки пищи (приготовления и сохранения), для согревания и для отпугивания хищников.

Основным источником энергии были дрова. Именно древесина десятки тысяч лет служила единственным источником тепловой энергии. Несомненно, что при этом увеличивалась эффективность ее использования. Так обычный костер превратился в очаг, а затем в камин и печь. Затем печь обзавелась системой дымоходов и т.д.

Параллельно велись поиски более эффективных видов топлива. Так, вначале использовались дрова. Конечно, в условиях дефицита ресурсов заменой древесине становились солома, сушеный навоз и другие суррогаты. Однако, общая тенденция применения все более эффективного (калорийного) топлива сохранялась. На Рис. 2 представлен график увеличения эффективности топлива. Эффективность выражена в количестве топлива, необходимого, чтобы заставить гореть 100W лампу накаливания в течение года (876 kWh, or 3153.6 MJ) при 100% превращении тепловой энергии в электрическую. В данном случае известен теоретический предел данной зависимости, так как для получения указанного количества энергии может быть израсходовано 1,75*10-5 кг антиматерии.

Рис. 2. Повышение эффективности различных видов топлива: древесины, угля, керосина, метана и урана [http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_of_combustion].

Потребление энергии растет. Растет, соответственно, и количество потребляемого топлива. Например, на Рис. 3 представлены данные по увеличению мирового производства угля и нефти.

Рис. 3. Рост мирового производства угля и нефти [Birgitte Andersen, Vivien Walsh / Co-evolution of technological systems, blurring of industry boundaries and broadening of competencies in the chemical industry].

Причем, в потреблении различных видов топлива также наблюдается картина, аналогичная традиционным ТС: новый, более удобный для использования вид топлива постепенно вытесняет предыдущий.

Рис. 4. Соотношение различный источников энергии: дерева, угля, нефти, газа, ядерной и прочих источников энергии [Dmitry KUCHARAVY, Roland DE GUIO / Application of S-shaped curve / ETRIA TRIZ FUTURE CONFERENCE 2007, Frankfurt, November 7 / 2007].

Пример такого вытеснения представлен на Рис. 4, где данные для древесины, угля, нефти, газа, ядерной энергии и альтернативных источников энергии (solfus) выражены в долях от общего потребления энергии.

Эти зависимости имеют колоколообразную форму, аналогичную кривым, описывающим процесс вытеснения старых ТС более новыми. То есть, ИЭ эволюционируют точно так же, как "традиционные" ТС.

В настоящее время нефть, уголь и газ занимают ведущие позиции в энергетике (См. Рис. 5).

Рис. 5. Современный баланс различных источников энергии [ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ Мартыненко О.Г.].

Так, уголь не только был более эффективен, чем дерево, но и использовать его было более удобно, чем дрова. В то же время, применение жидкого и газообразного топлива несравненно удобнее, чем применение твердого угля. Так, именно нефть позволила отказаться от кошмаров «бункеровки» кораблей и, в настоящее время, практически вытеснила уголь из транспорта, оставив для него нишу в производстве электроэнергии на больших электростанциях. То есть, выбор ИЭ шел в соответствии с трендом:

& Вещество: твердое- жидкое- газ.

Дальнейшее развитие энергетики, видимо, связано с использованием атомной энергии, где на смену сгоранию топлива приходят реакции атомного деления, или синтеза, что соответствует тренду перехода на микроуровень.

Краткая хронология развития энергетики приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.1.

6.3 Устройства для выполнения механической работы

Важнейшим фактором, обеспечивающим нормальное существование других систем, являются различные устройства для выполнения какой-либо полезной функции за счет преобразования энергии. Устройства, которые преобразуют любой другой вид энергии в механическую, называют Двигателями. Двигатель (Дв.) - это составная и неотъемлемая часть ТС. Более того, для многих систем (например, транспортных) именно двигатель определяет основные параметры системы.

Как правило, механическая энергия Дв не может быть непосредственно использована для движения. В эти случаях, дополнительно вводятся Трансмиссия и Рабочий Орган. В случае транспортных систем РО называется Движителем. Движитель - это устройство, преобразующее энергию двигателя либо внешнего источника в полезную работу по перемещению транспортного средства. Например: [ Википедия http://ru.wikipedia.org/wiki Движитель ]. Примерами Движителей являются колеса автомобиля, винт судна и т.д.

6.3.1 Тепловые Двигатели

Как уже было сказано, тепловые двигатели сейчас являются наиболее распространенным типом Двигателей. Естественно, что начиная с создания первой паровой машины, изобретатели старались повысить их эффективность. История совершенствования паровых Дв описана в [ Сто великих изобретений Паровая машина http://savelaleksandr.narod.ru/IZOB/page32.html]. Графики изменения удельной мощности и эффективность различных двигателей представлены на Рис. 6.

Зависимость удельной мощности паровых двигателей от времени имеет ступенчатую форму. То есть, мощность паровых двигателей практически не изменялась в течение 40 лет. И вновь начала расти лишь с созданием в 1876 машины тройного расширения.

На Рис. 6 В также видно, как появление конкурента (турбины) заставило паровую машину интенсивно развиваться. Но к 50 годам ХХ века паровая машина исчерпала ресурсы развития и, в настоящее время, практически исчезла из употребления.

Рис. 6. Удельная мощность (А) и эффективность (В) двигателей. А: 1 - ДВС (Автомобили), 2 - ДВС (Самолеты), 3 - Электромотор, 4 - Турбина (Самолеты), В: 1 – Паровая машина, 2 – Газовая турбина [ Heebyung Koh, Christopher L. Magee / A functional approach for studying technological progress: Extension to energy technology /Technological Forecasting & Social Change (2007) ].

Следует отметить, что удельная мощность двигателей не всегда возрастала. На рисунке Рис. 6 В можно видеть, что в 70-х годах снижалась удельная мощность автомобильных двигателей, а в 90-х авиационных турбин. Это не удивительно, так как именно эти годы были отмечены всплесками энергетических кризисов, поэтому можно предположить, что конструкторы стали уделять большее внимание экономичности двигателей. Действительно, эффективность двигателей при этом продолжала непрерывно возрастать.

Смена паровых машин турбинами сопровождалась заменой типа движения с поступательного на вращательное, что соответствует трендам ЗРТС:

& Геометрическая эволюция: линия- плоскость- объем.

Кроме того, это было, по сути дела, возвращение на новом этапе к идее турбины Герона, что подтверждает предположение Ю. Даниловского о цикличности развития техники [http://blogs.mail.ru/mail/zrts7/3ABF99957CD25FC1.html].

Краткая хронология развития тепловых двигателей приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.2.

6.3.2 Электрические Двигатели

Электрические двигатели появились сравнительно недавно, но заняли очень важное место в технике. Они служат для преобразования электрической энергии в механическую, причем их эффективность может достигать 90%. По своей мощности электродвигатели практически достигла показателей для тепловых двигателей (См. Рис. 6 А).

Электрические двигатели, как правило, используют Источник Энергии, который находится вне рассматриваемой Системы.

& Тренд: переход в Надсистему.

Таким образом, реальная эффективность электромоторов может составить не более 90% эффективности тепловых двигателей, а с учетом транспортировки энергии еще меньше. Но преимущества электродвигателей в ряде использований настолько очевидны, что сфера их использования все более расширяется. Обзор развития электродвигателей приведен в работе [ В.Д.Бердоносов / Развитие электропривода (проявление законов развития технических систем в электроприводе) / www.trizland.ru/trizba/pdf-articles/razvitiee_electroprivoda.pdf ].

Краткая хронология развития электродвигателей приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.2.

6.4 Устройства для хранения энергии

Источники Энергии не обязательно являются каким-либо видом топлива. Очень важным требованием является возможность сохранения уже полученной энергии с целью её последующего использования и применения ее в требуемый момент. Такие устройства называются аккумуляторами. Аккумулятор (лат. accumulator собиратель, от лат. accumulo собираю, накопляю). В зависимости от вида накапливаемой энергии различают:

- Механические

o Упругие основанные на увеличении потенциальной энергии различных сред при их упругой деформации.

§ Пневматический аккумулятор

§ Пружинный аккумулятор

§ Резиновый аккумулятор

o Инерционные - основанные на способности тел накапливать кинетическую энергию (маховик, гироскоп).

o Гравитационные - основаны на накоплении потенциальной энергии взаимного положения тел (гидроаккумулирующая электростанция - ГАЭС, водонапорная башня).

- Тепловые

o Аккумулятор холода (физико-химические охладители)

o Аккумулятор тепла (физико-химическая грелка).

- Электрические

o Электрохимические аккумуляторы

o Конденсатор

- Световые (кристаллофосфоры).

По данным: [ http://ru.wikipedia.org/wiki ].

Наиболее распространены механические и электрические аккумуляторы.

6.4.1 Механические Аккумуляторы

Аккумуляторы механической энергии известны с незапамятных времен. Первым таким аккумулятором был, по-видимому, лук. Действительно, тетива собирала энергию человеческой руки, преобразовывала ее в энергию деформации лука, а затем возвращала запасенную энергию стреле. Однако, такое сохранение энергии возможно только на весьма короткое время. Поэтому лук еще не являлся полноценной ТС. Такой системой позже стал арбалет.

В некоторой степени аккумуляторами являются также водяные мельницы, расположенные у запруд, поскольку в запрудах в период половодья собиралась вода, которую можно было использовать для производства механической энергии в нужное потребителю время.

Своеобразным аккумулятором механической энергии в паровых машинах служил маховик, который за счет накопленной энергии вращения помогал преодолевать «мертвую точку». Современным продолжением линии механических аккумуляторов являются различные маховики, эффективность (удельное содержание энергии) которых соизмерима с показателями электрических аккумуляторов (См. Рис. 7).

6.4.2 Электрические Аккумуляторы

Принцип действия электрических аккумуляторов основан на обратимости химической реакции. Работоспособность аккумулятора может быть восстановлена путём заряда, то есть пропусканием тока в направлении, обратном направлению тока при разряде. Электрические и эксплуатационные характеристики аккумулятора зависят от материала электродов и состава электролита. Сейчас наиболее распространены следующие аккумуляторы (См. Table 3).

Table 3. Типы электрических аккумуляторов [ http://ru.wikipedia.org/wiki ].

Тип Область применения
Свинцово-кислотные (Lead Acid) автомобили, электропогрузчики, штабелеры, электротягачи, аварийное электроснабжение, источники бесперебойного питания
Никель-кадмиевые (Ni/Cd) замена стандартного гальванического элемента
Никель-металл-гидридные (Ni/MH) замена стандартного гальванического элемента, электромобили
Литий-ионные (Li-ion) мобильные устройства, электромобили
Литий-полимерные (Li-polemer) мобильные устройства

Для таких устройств также важно повышение их эффективности. Увеличение удельной энергии различных типов аккумуляторов, которое выражается в увеличении мощности на единицу массы в Ватт-час/Кг, представлено на Рис. 7.

Рис. 7. Повышение эффективности электрических аккумуляторов: свинцового (1), Ni-Cd (2), NiMH (3), Li-ионного (4), Li-полимерного (5); электрических конденсаторов (6) и маховиков (7) [ Heebyung Koh, Christopher L. Magee / A functional approach for studying technological progress: Extension to energy technology /Technological Forecasting & Social Change (2007) ].

Можно видеть, что в настоящий момент ресурс свинцовых акумуляторов практически исчерпан и дальнейшее развитие аккумуляции электрической энергии будет осуществляться с помощью других видов аккумуляторов.

Краткая история развития электрических аккумуляторов приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.3.

6.5 Передача энергии

Энергию недостаточно получить и сохранить. Необходимо передать ее от Источника Энергии к Двигателю и далее к Рабочему Органу. В полной ТС эта функция выполняется Трансмиссией.

Механическая энергия передается с помощью различных передач и редукторов, но достаточно трудно поддается транспортировке на большие расстояния. Первое, что бросалось в глаза на заводе ХIХ века - это огромное количество ременных передач от главной машины к станкам. Именно неудобство транспортировки было одной из причин вытеснения из промышленности тепловых машин электрическими.

Виды транспорта различных видов энергии представлены в Table 4.

Table 4. Транспорт различных видов энергии.

ЭНЕРГИЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ
Механическая Валы, ременные передачи, редуктора.
Тепловая Трубопроводы с теплоносителями
Химическая -
Электрическая Проводники
Магнитная Магнитопроводы
Электромагнитная Атмосфера (для радиоволн), зеркала (для света).

6.6 Материалы

Когда в работах по ТРИЗ идет речь о ТС, то, "по умолчанию", принимается, что ими являются только различные устройства и механизмы. Материалы обычно выступают в виде ресурсов, которые можно использовать для достижения поставленной цели. В то же время как бы "за кадром" остается очень серьезная проблема: а из чего именно эти устройства сделаны?

Материал - это то, из чего состоит используемый объект. Вещество (камень), стало материалом только тогда, когда человек включил его в состав системы. То есть, материал - это не просто вещество, а вещество, которое было обработано человеком. В таком случае материал - это искусственно созданное и обработанное человеком вещество, или комбинация веществ, из которых состоит рассматриваемый объект. Свойства материала должны быть достаточны для выполнения объектом его полезного предназначения. При использовании такого определения мы четко ограничиваем круг веществ, пригодных для изготовления того, или иного объекта, способностью обеспечивать его применимость.

Количественной характеристикой любого из используемых материалов является его количество, которое было произведено (или добыто). Примером такой зависимости является, например, производство стали (См. Рис. 8. ). Они описываются кривыми, форма которых достаточно близка к S - образной.

Рис. 8. Рост количества выпуска стали в зависимости от времени для Англии, США, Германии и Японии [ http://www.ssc.wisc.edu/globalization_and_the_race_for_resources/materia... ].

Характер кривой в этом случае обусловлен непрерывным ростом потребностей человека и ограничен ресурсами производства. Такое поведение характерно, прежде всего, для материалов (например, продукты питания, сырье и т.д.). Подобные примеры также представлены в работах [ Birgitte Andersen, Vivien Walsh Co-evolution of technological systems, blurring of industry boundaries and broadening of competencies in the chemical industry DRUID SUMMER CONFERENCE COMPETENCE, GOVERNANCE & ENTREPRENEURSHIP, 9-11 June, Bornholm, Denmark 1998 http://www.druid.dk/index.php?id=21] и [ A.T. Kearney How Wireless changes the way we work http://www.atkearney.com/shared_res/pdf/WiFi_Monograph_S.pdf ], где приведены графики увеличения общего выпуска различных продуктов питания и химикатов.

При этом параметры (свойства) материалов также не оставались постоянными. Они росли в соответствии с ростом потребностей. Для последующего анализа определим критерий сравнения. Для конструкционных материалов это будет удельная прочность, то есть отношение прочности на разрыв к плотности материала. Действительно, всегда удобнее использовать более легкий инструмент. Этот параметр не является физической величиной, но часто используется в технике [ http://enc.mail.ru/article/1900459187]. На практике этот параметр настолько важен, что его называют даже коэффициентом качества конструкций [ http://www.architector.ru/spr/teploizol/33.asp]. Это позволило сравнить с единых позиций все основные материалы от камня до композитов [ А. Кынин МЕТОДЫ ТРИЗ В МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ // Журнал ТРИЗ 2 (15), 2006, С. -. TRIZ in MATERIAL SCIENCE. //Journal of TRIZ 2(15), 2006, P.64-74. ].

График повышения удельной прочности материалов в зависимости от времени приведен на Рис. 9.

Рис. 9. Повышение удельной прочности используемых материалов в зависимости от времени [http://www.unu.edu/unupress/unupbooks/uu24ee/uu24ee0k.gif

То есть, прочность материалов возрастала, в соответствии с ростом потребности техники в более прочных материалах. Когда резервы роста удельной прочности перестали отвечать запросам общества, появились новые материалы (нержавеющие стали, алюминий, титан).

Аналогичные зависимости мы можем наблюдать для свойств всех прочих старых конструкционных материалов, исчерпавших резервы роста, таких как медь и ее сплавы, сплавы алюминия и т.д. Однако, ни устройства, ни материалы не появляются сами по себе. Они являются результатом применения определенной Технологии, которая включает в себя информацию об используемых инструментах, последовательности выполнения операций.

При этом более прогрессивные материалы вытесняли традиционные материалы полностью, либо частично (См. ).

Краткая хронология открытия и создания основных конструкционных материалов приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.4.

Рис. 10. Смена относительной доли используемых материалов в зависимости от времени [ MATERIALS SELECTION IN THE DESIGN PROCESS / Reading: Ashby Chapters 1, 2, and 3.http://oregonstate.edu/instruct/me480/Lecture/W09/PDF_Files_W09/WeekOne.pdf ].

6.7 Технологии

Согласно определению: Технология (от греч. téchne - искусство, мастерство, умение и греч. логия - изучение) это совокупность методов и инструментов для достижения желаемого результата; способ преобразования данного в необходимое [ http://ru.wikipedia.org/wiki/Технология ].

Свое название эта важнейшая сторона человеческой деятельности получила от Иоганна Беккмана, который назвал так научную дисциплину, которую читал в германском университете в Геттинге с 1772 г. Несмотря на это, сама по себе технология возникла вместе с первыми орудиями производства. Так, уже на древнейших первобытных стоянках присутствуют некоторые формы каменных орудий, приготовляемых на основании заготовок. Это означает, что первый человек изобрел одновременно и ядрища, и заготовки, и орудия. Более подробно история развития инструментов изложена в [ Хронология изобретений инструментов http://talks.guns.ru/forummessage/42/255405-8.html ].

Именно знание о порядке обработки и должен был передавать один человек другому. Сумма и нужная последовательность операций и есть то, что мы сейчас называем технологией. Причем, схема работает только тогда, когда все операции расставлены в нужном порядке, поскольку выпадение любой операции делает всю схему бессмысленной.

Поскольку ТРИЗ создавался как результат обработки патентного фонда, то в нем, в соответствии с патентной классификацией, оказались искусственно разделены устройства, материалы и способы (технологии). Так, даже при рассмотрении ТС "за скобками" остался даже Объект Обработки. В то же время, технология незримо присутствует в ТРИЗ. Так, в перечне из 40 Принципов к конструкции устройства относятся 14 (1, 2, 3, 7 ,8 ,11, 14, 15, 17, 18, 24, 26, 29, 30), к используемым материалам и их характеристикам 8 (27, 31, 35, 36, 37, 38, 39, 40) а к способам (технологиям) - 13. Это принципы: 5. - ОБЪЕДИНЕНИЯ, 6. - УНИВЕРСАЛЬНОСТИ, 9. - ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО АНТИДЕЙСТВИЯ, 10. - ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ, 12. - ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНОСТИ, 13. - "НАОБОРОТ", 16. - ЧАСТИЧНОГО ИЛИ ИЗБЫТОЧНОГО ДЕЙСТВИЯ, 19. - ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ, 20. - НЕПРЕРЫВНОСТИ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ, 21. - ПРОСКОКА, 22. - "ОБРАТИТЬ ВРЕД В ПОЛЬЗУ", 25. - САМООБСЛУЖИВАНИЯ, 28. - ЗАМЕНЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ. Естественно, что такая классификация достаточно условна, однако она дает общее понятие о роли технологий в методике ТРИЗ.

Поэтому не удивительно, что Технологии подчиняются тем же общим закономерностям развития техники, что и другие системы: Устройства и Материалы. Так, на Рис. 11 представлен процесс замещения технологий производства сталей. Каждая новая технология вытесняла предыдущую, подобно традиционным ТС.

Так, пудлинговый метод выплавки стали, изобретенный англичанином Кортом в 1784 г., уступил место Бессемеровскому (конверторному), а тот, в свою очередь, Мартеновскому. Причем, процесс роста и спада производства стали по каждому из способов имеет форму, близкую к колоколообразной.

При этом развитие не идет однозначно. Так, электрический метод выплавки, который появился еще в начале ХХ века, до сих пор уступает по значимости кислородному дутью, но имеет шанс занять его место в будущем.

Рис. 11. Смена технологий производства стали в относительных координатах: пудлинговая, Бессемеровская, Мартеновская (open-hearth), электрическая и кислородная [ Application of S-shaped curve Presented at ETRIA TRIZ Future Conference 2007, Frankfurt by Dmitry KUCHARAVY and Roland DE GUIO, 7th November 2007].

Краткая хронологиия появления основных технологий обработки материалов приведена в ПРИЛОЖЕНИИ 2.4.

6.8 Инфраструктура (Надсистема)

Ни одна из созданных человеком технических систем не существует вне связи с окружающим миром. Все, что обеспечивает существование цивилизации называется Инфраструктурой и определяет многие требования к инновациям.

Особенно заметно влияние инфраструктуры на транспорт. Это очевидно, так как появление автомобиля было бы невозможно без наличия дорог. В свою очередь, именно автомобиль заставил не только развивать сеть дорог, но и улучшать их качество.

Важность и интенсивность использования элементов инфраструктуры также изменяется со временем. Особенно важна роль инфраструктуры для развития транспорта (См. Глава 3).

Для всех других ТС влияние инфраструктуры также очень велико. Например, развитие электроники было бы не возможно, если бы в квартирах не было источников электричества, которые появились там для обеспечения электрического освещения. А развитие портативных электронных устройств немыслимо без широкой продажи источников питания (батарей и аккумуляторов).

Естественно, что любая новая ТС будет успешной, если она сможет использовать уже существующую инфраструктуру. Этим был вызваны темпы успешного внедрения малогабаритных люминисцентных ламп, которые можно было вкручивать в имеющиеся патроны для ламп накаливания. Этим же объясняется развитие сетей Интернет, которые используют телефонные сети, сети кабельного телевидения и даже силовые сети [Power line communication (PLC). http://en.wikipedia.org/wiki/Power_line_communication ].

С другой стороны, инфраструктура может ограничивать развитие ТС. Так, создатели «Грейт Истерна» не учли возможности существующих причалов, что явилось одной из причин неудачи этого проекта.

Иногда причина особенностей инфраструктуры лежит очень глубоко. Например: «...По бокам космического корабля "Кеннеди" размещаются два двигателя по 5 футов шириной. Конструкторы корабля хотели бы сделать эти двигатели еще шире, но не смогли, потому что двигатели доставлялись по железной дороге, а расстояние между рельсами 5 футов (4 фута 8.5 дюйма). Почему? Железную дорогу в Штатах делали, как в Англии, а в Англии - по ширине трамваев, а трамваи - по образцу конки, которые делали так, чтобы колеса попадали в колеи, а расстояние между колеями в Англии - 5 футов. Потому что дороги в Великобритании делали римляне по размеру своих боевых колесниц, ширина которых была 5 футов, потому что в колесницу запрягали двух лошадей и 5 футов - это ширина двух лошадиных задов! Следовательно, размер космических двигателей зависел от размера лошадиного зада 2000 лет назад! ...» [Совпадения или закономерности? http://www.rb.ru/blog/kurtal/s=9da3e962d0a151dcbf1276f07a13d8f8&showentry=592834 ].

6.9 Заключение

При рассмотрении таких ресурсов развития Технических систем, как энергетические (топлива и двигатели), материальные (материалы) и информационные (технологии) было показано, что на эти ресурсы распространяются общие Закономерности Развития Технических Систем.

Примером использования прогноза развития ресурсов служит создание ракеты «Поларис». Первоначальный вариант, основанный на имевшихся в то время ядерных боеголовках, был слишком велик для установки ее на подводной лодке. Однако, руководитель проекта Э. Теллер решил, что конструкция ракеты должна базироваться на размерах будущей боеголовки, которая еще не создана. Действительно, прогноз оказался правильным и к окончанию работы размеры боеголовки соответствовали размерам ракеты [Дж. Мартино (JOSEPH P. MARTINO) -ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ (Перевод с английского Technological Forecasting for Decisionmaking NEW YORK - 1972)-1977, С.381].

То есть, создавая новую систему, изобретатель должен представлять не только ее характеристики, но и возможности имеющихся ресурсов. Причем, поскольку, как было показано, ресурсы также являются ТС и развиваются по сходным законам, возможно предсказание такого развития, что определяется «многоэкранным мышлением» и использованием Системного Оператора.


ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.1. Краткая хронология развития энергетики.

ДЕРЕВО (биомасса)
1885 До этого года дерево являлось основным источником для приготовления пищи, получения тепла, света и для паровых машин. Заготовка дерева было длительной, напряженной работой.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
1700 Бен Франклин показал, что природа статического электричества и молнии одинакова. Его правильное понимание природы электричества проложили дорогу для будущего использования.
1830 Майкл Фарадей построил динамо-машину, основанную на принципах электромагнетизма, и заложил основы для производства и передачи электроэнергии.
1860 1860 Опубликованав математическая теория электромагнитного поля . Максвелл создал новую эру в физике, когда он объединил магнетизм, электричество и свет. Одним из наиболее значительных событий, а, возможно, наиболее важным событием в 19-м веке было открытие Максвеллом четырех законы электродинамики ( "Уравнения Максвелла"). Это привело к появлению электроэнергии, радио и телевидения.
УГОЛЬ
1763 Откачки воды из угольных шахт является наиболее сложной и дорогостоящей проблемой. Паровой двигатель разработанный Джеймсом Уаттом решил эту проблему. Паровой двигатель Уатта остался в основном неизменным в течение следующего столетия и его использование изменило весь характер промышленности и транспорта.
1950 Уголь является самым важным топливом. Половина тонны угля производит энергии как 2 тонны древесины и стоит в вдвое дешевле. Но было трудно остаться чистым в домах с угольным отоплением.
1860 Использование угля дала большой импульс сталелитейной промышленности.
1982 На уголь приходится более половины всех поставок электроэнергии, но он мало используются для отопления домов. В национальном производстве электроэнергия, гидроэнергетика, природный газ и атомная энергетика занимают от 10 и 15 процентов каждая.
НЕФТЬ
1870 Нефть стала второй по величине статьей экспорта США в отрасли, которая была создана Эдвином Дрейком.
1890 Началось,массовое производство автомобилей, создавая спрос на бензин. До этого основным продуктом переработки нефти был керосин, используемый для освещения.
1951 До настоящего времени нефть дает большую часть энергии. Автомобили еще более увеличили спрос на нефть.
1960 Ираном, Ираком, Кувейтом, Саудовской Аравией и Венесуэлой была создана Организация стран-экспортеров нефти (ОПЕК) . Группа с тех пор выросла и включает 11 стран-членов.
1970 В США производство нефтепродуктов (сырая нефть и природный газ) достигла своего самого высокого уровня в 11.7 млн. баррелей в день. Производство в 48 штатах в целом снижается с 1970 года. Это снижение было компенсировано увеличением производства на Аляске после 1978 года.
1993 США впервые импортировали больше нефти и нефтепродуктов из других стран, чем произвели. Все больше и больше импорта, было необходимо из-за растущего спроса на нефть и снижение производства в США
АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ
1906 Создана специальная теория относительности. Альберт Эйнштейн создал новую эру в физике, когда он объединил массу, энергию, магнетизм, электричество и свет. Одним из наиболее значительных событий, если не наиболее значительным событием, в 20-м веке была формулы, записанная Эйнштейном в виде E = MC2: энергия = масса на квадрат скорости света. Это привело к созданию коммерческих ядерных электростанций.
1942 Ученые добились устойчивой ядерной реакции.
1957 Начал функционировать первая коммерческая АЭС .
1995 Атомная энергия производит около 20 процентов электроэнергии страны.
ТРАНСПОРТ
1781 Дилижанс во всем мире это стандарт пассажирского движения.
1800 Транспорта, каким мы его знаем сегодня, почти не существует. Железные дороги охватывается меньшие территории стран. Поезда также были намного меньше. Конные повозки перевозили продовольствия и другие предметов на земле, и баржи по реках.
1881 Паровые поезда стали во всем мире стандартом пассажирского движения.
1908 Генри Форд подготовил первый массовый автомобил Форд-T (модель была разработана для использования этилового спирта, бензина, или любого сочетание этих двух видов топлива).
1920 Ford Motor Company начала массовое производство модели Т.
1949 Транспорт в основном использует для движение нефти. Энергия для этих целей выросла более чем в три раза с 1949 по 2000 год, а на моторный бензин приходится примерно две трети от нее. Переработка нефти дает также мазут и авиационное топливо.
1950 До настоящее время открыта система скоростных дорог.
ИЗМЕНИЛИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ
1800 В жилом секторе потребляется большая часть американской энергетики.
1850 1850-1980 Средняя энергия, используемая частными лицами, неуклонно увеличивалась.
1979 1979-1982 Потребление энергии сократилось на десять процентов. В промышленном секторе потребление сократилось на 20 процентов. В жилом и коммерческом секторах потребления энергии остался примерно то же самое.
1950 Мазутом обогревается около 22 процентов американских домохозяйств. Более трети всего жилья США обогреваются уголем. Природный газ используется для обогрева около 25 процентов американских домохозяйств. Электричество используется для обогрева лишь 0,6 процента американских домашних хозяйств.
1978 Микроволновые печи находились в 8 процентах американских домохозяйств.
1990 16 процентов домашних хозяйств имеют один или несколько персональных компьютеров.
1997 Только около 11 процентов всех жилых домов США обогреваются мазутом.
1997 Только 0,2 процента всех домов обогреваются углем.
1997 Более 50 процентов всех домашних хозяйств США используется природный газ для отопления.
1997 Электроэнергия для отопления была использована в 29 процентах американских домашних хозяйств. 35 процентов американских домохозяйств имеют персональные компьютеры.
1997 Микроволновые печи используются в 83 проц американских домашних хозяйств. 99 процентов американских домохозяйств имеют цветной телевизор.
1997 47 процентов домов снабдены центральным кондиционером.
1997 85 процентов всех семей имеют один холодильник, остальные 15 процентов - два или более.

Источники:

1 http://www.eia.doe.gov/kids/history/timelines/general.html


ПРИЛОЖЕНИЕ 2.2. Краткая хронология развития двигателей

Год Название Изобретатель, и/или Фирма Страна
-5000 Парус и корабль с двухногой мачтой.    
-300 Водяная мельница.    
-30 Герон из Александрии построил первую паровую турбину, названную aeolipile.    
200 Водяные мельницы   Китай
900 Появление ветряных мельниц   Афганистан
1593 Запатентована ветряная мельница с коленчатым валом   Голландии
1673 Проект "порохового двигателя", прообраз Д.В.С. Христиан Гюйгенс, Голландия
1690 Первая пароатмосферная поршневая машина и описание пароатмосферного цикла Д. Папен  
1698 Паровой насос для откачки воды из шахт. Томас Севери Англия
1702 Паровой двигатель Томас Севери Англия
1705 Пароатмосферная машина для откачки воды из шахт Томас Ньюкомен Англия
1711 Усовершенствовал паровую машину, отделив паровой котел от цилиндра Томас Ньюкомен Англия
1718 Паровая машина с автоматическим регулированием и предохранительным клапаном Г. Бейтон Англия
1765 Паровая машина, в которой цилиндр был изолирован от внешней среды и снабжен конденсатором Джеймс Уатт Англия
1768 *Первая действующая паровая машина Джеймс Уатт  
1769 Патент на конструкцию машины ?прямого? действия Джеймс Уатт Англия
1782 Паровая машина двойного действия. Джеймс Уатт Англия
1784 Патент на паровую машину двойного действия Джеймс Уатт Англия
1797 Патент на паровую машину высокого давления Эванс США
1801 Патент на двигатель внутреннего сгорания, работающий на светильном газе. Лебон Франции
1816 Изобретен двигатель Стирлинга Роберт Стирлинг  
1821 Первый электромотор Майкл Фарадей Англия
1824 Впервые показано, что эффективность теплового двигателя зависит от разницы температур между двигателем и окружающей средой. Николя Леонара Сади Карно  
1827 Первая практически пригодная гидравлическая турбина Б. Фурнерон Франции
1828 Паровой котел с дымогарными трубами. Сеген  
1832 Гидротурбина Фурнейрона. Фурнейрон  
1832 Электрический двигатель Уильям Стургеон Англия
1834 Электродвигатель постоянного тока. Б.С. Якоби Россия
1837 Первый американский патент на электродвигатель (Патент США 132)   США
1841 Синхронный электродвигатель переменного тока Уитстона. Уитстон Англия
1850 Проект паровой машины системы «Компаунд» Д. Никольсон Англия
1850 Первая формулировка первого и второго закона термодинамики Рудольф Клаузиус  
1856 Двигатель внутреннего сгорания Е. Барсанти и Ф. Мэтьючи Италия
1860 Электродвигатель с с вращающимся кольцевым якорем. Пачинотти Италия
1864 Газовый двигатель внутреннего сгорания Николаус Отто Германия
1872 Двухтактный газовый двигатель. Карл Бенц Германия
1876 Создан 4-тактный газовый двигатель внутреннего сгорания Николаус Отто Германия
1877 Патентуется четырехтактный двигатель внутреннего сгорания (US Патент 194047) Николаус Отто Германия
1879 Первый двухтактный мотор Карл Бенц Германия
1879 Индукционный двигатель с вращающимися магнитными полюсами. Бейли  
1879 *Двухтактный двигатель Карл Бенц Германия
1882 Джеймс Аткинсон изобретает цикл Аткинсона, который в настоящее время распространены в некоторых гибридных транспортных средств.    
1883 Паровая турбина Лаваля. Лаваль Швеция
1883 Первый бензиновый двигатель внутреннего сгорания Даймлера. Готлиб Даймлер Германия
1884 Гидротурбина Пельтона. Пельтон  
1884 Паровая турбина Парсона. Парсон  
1884 8-цилиндровый бензиновый двигатель для дирижабля И. Костович  
1885 Патент на двигатель - в половину лошадиной силы Готлиб Даймлер Германия
1886 Бензиновый д.в.с. на 4-колесную коляску Готлиб Даймлер Германия
1888 Патент на асинхронный двигатель (US Патент 381968) Никола Тесла США
1889 Паровая турбина с расширяющимся соплом. К. Лаваль Швеция
1889 Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. Доливо-Добровольский Россия
1892 Патент на Дизельный двигатель (US Патент 608845) Рудольф Дизель США
1893 Германский патент на дизель Рудольф Дизель Германия
1894 Карл Бенц (Karl Benz) получил патент на изготовление машин с двигателем внутреннего сгорания Карл Бенц (Karl Benz) Германия
1894 Первая работающая модель двигателя Дизеля. Рудольф Дизель Германия
1895 Двигатель Дизеля. Рудольф Дизель США
1897 Двигатель с самовоспламенением от сжатия Р. Дизель Германия
1905 Газовая турбина Г. Гольцварт Германия
1908 Прямоточный воздушно-реактивный двигатель Л. Лорен Франция
1909 Проект турбореактивного двигателя. И. Герасимов Россия
1926 Ракета с жидкостным реактивным двигателем. Роберт Годдард США
1929 Патент на роторный двигатель Ванкеля (US Патент 2988008) Феликс Ванкель  
1930 Первые огневые испытания экспериментального реактивного двигателя ("опытный реактивный первый" - ОР-1), работающего на воздушно-бензиновой смеси Ф.А. Цандер СССР
1936 Патент на модель турбореактивного двигателя. Ханс фон Охайн Германия
1937 Первый турбореактивный двигатель ?U?. Уиттл  
1937 Газовые турбины Ханс фон Охайн Германия
1939 Летные испытания воздушно-реактивных двигателей Н.Н.Поликарпов Россия
1939 Ракета с прямоточным воздушно-реактивным двигателем И.А. Меркулов Россия
1941 Турбореактивный двигатель НеS-8. Ханс фон Охайн Германия
1954 Первая в мире Обнинская атомная электростанция мощностью в 5 тыс. Квт.   СССР
1956 В Англии открыта атомная электростанция   Англия

Источники:

1 http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_motor_and_engine_technology
2 ВАЖНЕЙШИЕ СОБЫТИЯ В МИРЕ http://innov.spbu.ru/izobr.php
3 КРУПНЕЙШИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ОТКРЫТИЯ - ХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ТАБЛИЦЫ http://www.sciteclibrary.ru/spravochnik/08-3.htm


ПРИЛОЖЕНИЕ 2.3. Краткая хронология создания электрических аккумуляторов.

Год Название Изобретатель, и/или Фирма Страна
1800 Первый химический источник тока («вольтов столб») и открыл контактную разность потенциалов. А. Вольта Италия
1802 Открытие аккумуляторного эффекта Ритгер  
1854 Аккумуляторный эффект на свинцовых пластинах, опущенных в серную кислоту. Зинстеден  
1859 Аккумуляторная батарея Гастон Плант  
1899 Первый патент на Ni/Cd аккумуляторные ячейки со щелочью Вальдемар Джунгнер Швеция
1900 Патент на Ni/Fe аккумулятор. Томас Алва Эдисон США
1903 Щелочной аккумулятор Эдисон США
1909 Герметичный мокрый аккумулятор Beautey Франция
1934 Свинцово-кислотные аккумуляторе с загущенным содержимым ячеек Elektrotechnische Fabrik Sonneberg Германия
1941 Ag/ZnO (без Hg) элементы Анри Андре Франция
1944 Ag/Hg элементы Самюэль Рубен США
1947 Рекомбинантные Ni/Cd аккумуляторы, в которых газы, образующихся в химической реакции, рекомбинируют, а не уходят в атмосферу, что предотвращает потерю электролита. Нейман Франция
1957 Рекомбинантные Гель батареи ОАС или VRLA Отто Джаш Германия
1959 Запатентована первая щелочная батарея. Лью Урри Канада
1960 Li/I батарея для кардиостимуляторов Уилсон Гретбатч США
1967 Работ по герметизированным свинцово-кислотных (ОАС) аккумуляторам на технологии AGM   США
1972 Экспериментальный Na/S аккумулятор, действующих при температуре 350?C и мощностью 50kWh установлены на электрическом транспорте.    
1975 Развитие герметичных свинцово-кислотных (ОАС), или регулируемых свинцово-кислотных (VRLA) аккумуляторов    
1979 Li-Ion аккумуляторная батарея с использованием оксида кобальта (LiCoO2) и литий-диоксид марганца (LiMn2O4) Джон Б. Гуденох США
1986 Запатентованы Ni/MH аккумуляторы Стэнфорд Овшински. США
1990 Коммерциализации Ni/MH аккумуляторов    
1990 Внедрение Li батарей.    
1992 Использование щелочных/Mn аккумуляторов (RAM) аккумуляторных батарей Карл Кордеш Канада
1993 Zn-воздушный аккумулятор. Аккумулятор заряжается щелочным электролитом и гранулами цинка, которые потребляются в процессе виде оксида цинка и цинката калия. Отработанный электролит рециркулируются. Джон Купер США
1994 Литий-полимерные ячейки (PLI) с твердым полимерным электролитом. Bellcore  
1996 Пластиковые батареи, с использованием легированных полимерных, polypyrrole (пять membered кольцо структурированных органические молекулы, способные окислительно-восстановительных реакций). Батарея генерирует 2,5 Вольта, является гибой и работает в широком диапазоне температур с длительным циклом жизни. Теодор О. Похлер и Питер C. Серсон США
2000 Гидрино-гидридные батареи, для которой он утверждал, теоретическая плотность энергии 10000 Вт?ч /кг, а ячейки напряжение 70 Вольт. Ли Randell Миллс США
2003 Патент на аккумуляторную батарею Al/воздуха с использованием нанотехнологий для достижения очень высоких плотностей энергии. Райнер Партанен Финляндия

Источники:

1 http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_motor_and_engine_technology
2 КРУПНЕЙШИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ОТКРЫТИЯ - ХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ТАБЛИЦЫ http://www.sciteclibrary.ru/spravochnik/08-3.htm


ПРИЛОЖЕНИЕ 2.4. Краткая хронология открытия основных конструкционных материалов и технологий их получения и обработки

Год Название Изобретатель, и/или Фирма Страна
-5000 Люди, обитавшие в Малой Азии, обнаружили, что жидкая медь получается при обжиге малахита и лазурита и из нее можно отливать различные фигуры. Начало металлургии и открытие недр Земли как кладовой минералов. - Малая Азия
-3500 Египтяне впервые выплавили железо (видимо, в качестве побочного продукта рафинирования меди) и стали использовать его для изготовления украшений. Раскрыт первый секрет получения главного металла цивилизации. - Египет
-3000 Металлурги Ближнего Востока и Малой Азии обнаружили, что добавка оловянной руды к медной руде позволяет получать значительно более прочный материал, чем чистая медь или олово, - бронзу. Появилась концепция сплавления, идея о том, что смесь двух и более металлов дает вещество, свойства которого превосходят свойства каждого из компонентов. - Малая Азия
-1400 Способ получения железа и метод его поверхностной закалки   Армения
-800 Способ соединения металлических изделий пайкой вместо клепки Главк Хиос (Греция)
1450 Создан сплав системы свинец-олово-сурьма, из которого можно было отливать в медных формах наборные шрифты для типографии. Создана технологическая основа средств массовой информации. Иоганн Гутенберг Германия
1451 Разработан метод отделения серебра от свинца и меди, руды которых, как правило, перемешаны. Установлено, что операции добычи и переработки металлов позволяют получать нужный металл в качестве побочного продукта. Йохансон Функен Германия
1709 Использование кокса при выплавке железа Абрахам Дерби (старший) Англия
1713 Частично заменил древесный уголь на каменный в доменной плавке Абрахам Дерби (старший) Англия
1735 Применил кокс для доменной плавки А. Дерби (младший) Англия
1780 Совершенствование технологии передела чугуна в железо    
1783 Запатентовал способ прокатки на вальцах железа фасонного профиля Г. Корт Англия
1783 предложил способ передела чугуна в железо, близкий к пудлингованию П. Оньен Англия
1825 Открытие алюминия Х. Эрстэд Дания
1827 Выделен металлический алюминий, нагревая его хлорид с калием. Получен в чистом виде самый распространенный металл, составляющий земную кору. Фридрих Вёлер Германия
1829 На Александровском заводе впервые применено горячее дутье при выплавке чугуна   Росия
1854 Электролитический способ получения алюминия из расплава хлористого алюминия. Бунзен и Девилль  
1854 Промышленное производство алюминия по способу Велера А. Сент-Клер Девиль Франция
1856 Конвертерный («бессемеровский») способ передачи чугуна в сталь и агрегат для массового производства стали Г. Бессемер Англия
1886 Открыт способ получения алюминия с помощью процесса электролиза Чарльз Мартин Холл, Оберлин (шт/ Огайо) и Пьер Херо США, Франция
1889 Патентуется современный способ производства алюминия    
1904 Разработан состав первой нержавеющей стали. Начало использования стали в условиях высокой коррозии. Леон Жиллет  
1906 Обнаружено, что алюминиевые сплавы упрочняются за счет выделения мелких частиц. Появился первый высокопрочный алюминиевый сплав - дюралюминий. Альфред Вильм  
1926 Запатентовали добавку малого количества алюминия в сплав на основе никеля-хрома и получил первый жаропрочный сверхсплав. Стало возможным создание двигателей для реактивных самолетов, ракет и мощных турбин тепловых электростанций. Пауль Мерика  
1955 Электродуговая плавка молибдена в вакууме   США

Источники:

1 КРУПНЕЙШИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ОТКРЫТИЯ - ХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ТАБЛИЦЫ http://www.sciteclibrary.ru/spravochnik/08-3.htm
2 100 НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫХ СОБЫТИЙ И ЛЮДЕЙ, ОКАЗАВШИХ ЗНАЧИТЕЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ НА РАЗВИТИЕ НАУКИ http://www.metodolog.ru/00912/00912.html, www.materialmoments.org, "Химия и жизнь" 2006-10
3 ВАЖНЕЙШИЕ СОБЫТИЯ В МИРЕ http://innov.spbu.ru/izobr.php

В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Subscribe to Comments for "Справочники по развитию технических систем -(ЧАСТЬ1) "