2.5.7. Взаимосвязь информационного запас качества технологии и ресурса изделия наноинженерии

Атомную структуру изделия можно рассматривать как своеобразную матрицу памяти, в которой «записано» функциональное назначение изделия. Функциональное качество этой «записи» определяется начальной физической (конфигурационной) энтропией S_о = k H_t, где k – постоянная Больцмана.

В процессе эксплуатации изделия в нем непрерывно протекают процессы деградации на атомном уровне, что приводит к возрастанию физической энтропии изделия и, следовательно, к «стиранию» начальной функциональной памяти (процесс деградации можно рассматривать как процесс нежелательной «технологии» с энтропийными показателями, представленными в позиции № 6 табл. 2.7). В результате протекания процессов деградации происходит снижение степени упорядоченности как специфики пространственного расположения атомов в изделии, обеспечивающей появление функционального назначения (качества) изделия.

Скорость процесса деградации изделия (по критерию его функционального качества) всецело зависит от интенсивности протекания нежелательных элементарных ФХП, приводящих к изменению элементного состава и атомно-молекулярной структуры материалов в элементах конструкций изделия. В свою очередь интенсивность упомянутых элементарных ФХП всецело зависит от энергии активации и температурных режимов (если речь идет о деградации изделия по термическому механизму активации процессов) эксплуатации изделия. Подробнее вопросы кинетики протекания (по механизму термической активации) элементарных ФХП были представлены выше. Уместно отметить ключевую роль статистических факторов в вопросах кинетики протекания процессов деградации.

Для обеспечения длительного срока службы изделия необходимо, чтобы в изделии был изначально заложен определенный информационный запас качества, который будет расходоваться в процессе эксплуатации изделия.

Суммарное возрастание энтропии изделия S, имеющее место в процессе эксплуатации изделия, может быть определено с помощью параметра «скорости производства энтропии» [16]:

,

(2.43)

где  – длительность (срок службы изделия) процесса эксплуатации.

Введя в рассмотрение понятия о критических уровнях термодинамической и информационной энтропий , при которых наступает полная потеря функционального качества изделия, и используя условие

,

(2.44)

можно определить ожидаемый срок службы изделия в виде следующего уравнения интегрального типа:

.

(2.45)

Таким образом, параметр выступает в качестве информационного запаса качества изделия, обеспечивающего его функциональное качество на протяжении срока службы изделия.

Следует отметить, что в настоящее время практическое использование выражения (2.45) может быть распространено только на ряд достаточно простых частных случаев, для которых известны кинетические коэффициенты в рамках модели линейных неравновесных процессов [16]. В рамках этой модели скорость производства энтропии (в удельном представлении, т.е. отнесенном к единице объема вещества) определяется с помощью выражения:

(2.46)

где

(2.47)

Проблематика использования выражений (2.46) и (2.47) усугубляется тем немаловажным обстоятельством, что в настоящее время, как правило, конструктор изделия не располагает уверенными данными относительно пространственного распределения термодинамических сил в пределах объема изделия.

Рассмотренные выше представления относятся к случаю «постепенного отказа» изделия, характерной особенностью которого является непрерывное монотонное накопление микродефектов атомно-молекулярного масштаба. Помимо случая постепенных отказов, на практике принято рассматривать и - «внезапные отказы». Появление отказов этого типа обусловлено либо грубыми просчетами в конструкции или технологии производства изделия, либо существенным нарушением штатных режимов эксплуатации изделия. Характерной особенностью внезапного отказа изделия является его чрезвычайно высокая скоротечность ( – 10^-3 с), что обусловлено лавинообразным характером протекания процессов деградации изделия (наиболее впечатляющим примером внезапного отказа является электрический пробой конструкционных материалов в условиях воздействия сильных электрических полей).