- •Минобрнауки россии__________________
- •И.А. Туркин, с.А. Суворов проблемно-целевое проектирование научного эксперимента в материаловедении высокотемпературных наноструктурированных материалов и изделий
- •1 Постановка и анализ задач проектирования научного эксперимента
- •1.1 Инвариантные понятия техники
- •1.1.1 Характеризация технических объектов и нанообъектов
- •1.1.2 Систематика задач поиска и выбора технологических
- •1.2 Критерии развития техники и технических объектов
- •1.2.1 Условия выбора и характеристики критериев
- •1.2.2 Функциональные критерии
- •1.2.3 Технологические критерии
- •1.2.4 Экономические критерии
- •1.2.5 Антропогенные критерии
- •1.3 Законы строения и развития техники
- •1.3.1 Закон прогрессивной эволюции техники
- •1.3.2 Закон соответствия между функцией и структурой
- •1.3.3 Закон стадийного развития техники
- •1.4 Списки недостатков и требований при разработке новых технических объектов
- •2 Функциональный анализ технических объектов
- •2.1 Описание функциональной структуры технического
- •2.1.1 Построение функциональной структуры технического
- •2.1.2 Описание физической операции, реализуемой с помощью технического объекта
- •2.1.3 Описание принципа реализации физико-химических
- •2.2 Методика постановки задачи по улучшению характеристик прототипа.
- •Системный выбор конкурентоспособных решений при разработке новых технических объектов
- •3 Проектирование научного эксперимента в материаловедении
- •Основные функции и критерии развития
- •3.1.1 Элементы функциональной наноструктуры
- •3.1.2 Физико-химические и размерные эффекты при изготовлении и эксплуатации высокотемпературных наноструктурированных материалов
- •3.1.3 Анализ технологических решений при разработке
- •3.2 Схемы экспериментального анализа наноматериалов
- •3.2.1 Порядок экспериментального анализа наноматериалов при заданной функции и прототипе
- •3.2.2 Порядок экспериментального анализа наноматериалов при заданной функции
- •3.2.3 Порядок экспериментального анализа при разработке новых
- •Заключение
- •190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26
1.3.2 Закон соответствия между функцией и структурой
На протяжении многих веков отмечали и анализировали многочисленные факты соответствия между структурой живого организма и выполняемыми им функциями. Главная суть закона заключается в том, что в правильно сконструированном ТО каждый элемент от сложных узлов до простых деталей и каждый конструктивный признак имеют вполне определенную функцию по обеспечению работы ТО.
В правильно спроектированном ТО нет лишних деталей.
Каждый элемент ТО имеет хотя бы одну функцию по обеспечению реализации назначения технического объекта. Исключение любого элемента приводит к ухудшению какого-либо показателя ТО или прекращению им выполнения своей функции. Совокупность таких соответствий в ТО представляет собой его ФС, которая отражает системную целостность объекта.
Рассматриваемый закон имеет несколько практически важных следствий.
Закономерность многозначного соответствия между функцией и структурой
Одна и та же функция может быть реализована ТО различной структуры. И, наоборот, у множества ТО и их элементов могут быть реализованы структуры, которые будут выполнять более одной функции. Например, одна из важных функций огнеупорных футеровок высокотемпературных агрегатов, снижение потерь тепла в окружающую среду, может быть реализована применением теплоизоляционных изделий различной микроструктуры: пористой, ячеистой, волокнистой. В то же время большинство огнеупорных изделий, имеющих близкие микроструктуры, обеспечивают выполнение нескольких функций: одновременно противостоять термическим, механическим, химическим воздействиям внешних факторов.
Наиболее высокий класс научного творчества связан с поиском новых более рациональных ФС. На основе закона соответствия проводят анализ ФС разрабатываемых материалов и процессов в следующей последовательности:
оценка ФС с позиции функциональной ценности каждого элемента ТО с точки зрения его исключения или введения новых элементов, например исключение из состава сырьевых материалов компонентов, способствующих образованию расплава, или введение в состав компонентов повышающих вязкость расплава;
оценка целесообразности изменения ФС и выбора более рациональной последовательности функциональных элементов, например использование многослойных футеровок, состоящих из плотных и пористых элементов;
оценка ФС с целью реализации комплекса взаимосвязанных функций.
Закономерность функционального строения технологических линий.
ТО, предназначенные для обработки материального предмета труда, состоят из четырех подсистем (элементов) S1 S2 S3 S4, реализующих соответственно четыре фундаментальные функции:
S1 – Ф1 – технологическая функция превращения исходного материала (сырья) А0 в продукт Ак ;
S2 – Ф2 – энергетическая функция превращения вещества или энергии W0 в конечный вид энергии Wk для реализации Ф1;
S3 – Ф3 – функция управления осуществляет воздействия на подсистемы S1, S2 в соответствии с программой и информацией о количестве и качестве конечного продукта Ak и конечной энергии Wk;
S4 – Ф4 – функция планирования собирает информацию о Ak и регулирует потребные качественные и количественные характеристики продукта, воздействием на подсистему S3.