Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория технических систем и методы инженерного творчества в решении задач автоматизации технологических процессов. Учебное пособие
.pdf
управляются полями. Это одна из главных тенденций развития всех современных тех-
нических систем.
Понятия «макроуровень» и «микроуровень» являются в данном отношении ско-
рее условными и призваны показать уровни мышления человека, где первый уровень
– что-то физически соизмеримое, а второй – понимаемое. В жизни любой технической системы наступает момент, когда дальнейшее экстенсивное (увеличение полез-
ной функции за счет изменений на макроуровне) развитие невозможно. Дальше си-
стему можно развивать только интенсивно, за счет повышения организованности все
более низких системных уровней вещества.
В технике переход между макро- и микроуровнями хорошо демонстрирует эво-
люция строительного материала – кирпича. Сначала это была просто организация
формы глины для удобства. Но однажды человек забыл кирпич на пару часов на
солнце, а когда вспомнил о нем – тот затвердел, что сделало его более надежным и
практичным. Но со временем было замечено, что такой материал плохо держит тепло.
Было совершено новое изобретение – теперь в кирпиче оставляли большое количество воздушных капилляров – микропустот, что существенно понизило его теплопроводность.
Закон 10. Закон повышения степени вепольности. Развитие технических систем идет в направлении увеличения степени вепольности.
Г. С. Альтшуллер писал: «Смысл этого закона заключается в том, что невеполь-
ные системы стремятся стать вепольными, а в вепольных системах развитие идет в
направлении перехода от механических полей к электромагнитным; увеличения сте-
пени дисперсности веществ, числа связей между элементами и отзывчивости си-
стемы».
Веполь – (вещество + поле) – модель взаимодействия в минимальной техниче-
ской системе. Это понятие абстрактное, применяемое в ТРИЗ для описания некото-
рого вида отношений. Под вепольностью стоит понимать управляемость. Дословно
закон описывает вепольность как последовательность изменения структуры и элемен-
тов веполей с целью получения более управляемых технических систем, то есть си-
181
стем более идеальных. При этом в процессе изменения необходимо осуществлять со-
гласование веществ, полей и структуры. Примером может служить диффузионная
сварка и лазер для резки различных материалов.
В заключение отметим, что здесь собраны лишь описанные в литературе за-
коны, в то время как теоретики ТРИЗ говорят о существовании и других, открыть
и сформулировать которые еще предстоит.
10.5 Тенденции и линии развития технических систем
В технологиях развития систем можно выделить две разные концепции. Одна
связана с выделением, выбором и решением задач. Другая концепция связана с вне-
сением изменений в систему в соответствии с тем или иным приемом, законом или
линией развития, описывающим тенденции в развитии системы. В качестве примера
можно рассмотреть линию дробления и динамизации. Она соответствует приему ди-
намизации и закону повышения динамичности, о которых мы говорили выше.
Движение вдоль этой линии развития может быть описано следующими ша-
гами:
– выделить отдельный элемент, который рассматривается как целое;
– разделить элемент на две части (би-элемент) и соединить их между собой полем взаимодействия;
– сделать это поле взаимодействия более гибким, динамичным, управляемым,
адаптирующимся к ситуации;
– разделить элемент не на две, а больше частей (поли-элемент) и соединить их
между собой полями взаимодействия;
– сделать эти поля взаимодействия более гибкими, динамичными, управляемыми, адаптирующимися к ситуации;
– раздробить поли-элемент с динамичными полями взаимодействия до степени
возникновения принципиально нового элемента.
182
Линии развития систем содержат в себе значительный прогностический потен-
циал и требуют отдельного, детального изучения. Это опыт анализа развития многих
систем из разных областей деятельности человечества.
Очень важной для постановки задач и прогнозирования развития систем явля-
ется линия развития систем в соответствии с S-образными кривыми. Г. С. Альтшул-
лер писал: «Жизнь технической системы (как, впрочем, и других систем, например,
биологических) можно изобразить в виде S-образной кривой, показывающей, как ме-
няются во времени главные характеристики системы (мощность, производитель-
ность, скорость, число выпускаемых систем и так далее)».
При развитии систем, решении изобретательских задач необходимо знать осо-
бенности «жизненных кривых» систем. Это необходимо для правильного ответа на
вопрос, крайне важный для изобретательской практики: «Следует ли решать данную
задачу и совершенствовать указанную в ней техническую систему или надо поставить
новую задачу и создать нечто принципиально иное?» Чтобы получить ответ на этот
вопрос, надо знать, каковы резервы развития данной технической системы.
Если система находится на первом этапе развития (начало развития), то:
– необходимо максимально использовать уже существующие инфраструктурные ресурсы и потребности;
– рекомендуется объединить систему с лидирующими в данный момент системами.
Если система находится на переходном этапе от первого ко второму, то:
– необходимо максимально ускорить внедрение;
– требуется достичь минимально приемлемого значения основных параметров
и резкого опережения как минимум по одному из них;
– следует внедрять техническую систему в одной конкретной области, где соотношение ее достоинств и недостатков наиболее приемлемо, а параметр-«чемпион»
имеет особое значение;
– систему нужно приспособить к существующим инфраструктуре и источникам
ресурсов;
183
– допустимы серьезные изменения в составе системы и ее элементов. Принцип
действия самой технической системы (её ядро) менять не следует.
Если система находится на втором этапе развития (бурное развитие), то:
– рекомендуется адаптировать систему к новым видам применения;
– адаптировать имеющиеся инфраструктурные ресурсы к нуждам развивающейся системы.
Если система находится на третьем этапе развития (стабилизация, прекращение
роста), то:
– на ближнюю и среднюю перспективы следует решать задачи по снижению
затрат и развитию сервисных функций;
– в далёкой перспективе следует предусмотреть смену принципа действия системы или ее компонентов, разрешающую тормозящие развитие противоречия;
– очень эффективны глубокое свертывание, объединение альтернативных систем и другие способы перехода в надсистему.
Если система находится на четвёртом этапе развития (спад), то:
– на ближнюю перспективу следует решать задачи по снижению затрат и разви-
тию сервисных функций;
– на среднюю и дальнюю перспективы следует предусмотреть смену принципа
действия системы, разрешающую тормозящие развитие противоречия.
Анализ на основе линии развития систем в соответствии с S-образными кривыми – неотъемлемая часть анализа при постановке задач и выполнения прогнозных
проектов.
Еще одна универсальная линия развития систем: линии коллективно-индивиду-
ального использования систем. Можно выделить три основных состояния, характе-
ризующие взаимосвязь системы и ее пользователя и направления его развития:
– если имеется система индивидуального пользования, то происходит постепен-
ное увеличение степени коллективного применения системы;
– если имеется система коллективного пользования, то происходит постепенное
увеличение степени индивидуальности применения системы;
184
– система индивидуального или коллективного пользования с развитием становится системой индивидуально-коллективного пользования, совмещаю преимущества той и другой системы.
Приведем несколько примеров:
1 Первые часы, например, были часами коллективного пользования, так как
были очень дорогими. Каждый новый тип часов проходил стадию появления кон-
струкции для индивидуального пользования: солнечные, водные, песочные, механи-
ческие, электронные. Сейчас мы фактически имеет систему коллективно-индивиду-
ального пользования: есть очень точные коллективные часы, которые «раздают» пра-
вильное время всем индивидуальным часам.
2 Интернет является системой коллективного пользования. Постепенно можно
наблюдать процессы индивидуализации Интернет: в поисковых программах учиты-
вается, в каком городе Вы находитесь, какие запросы Вы до этого уже делали, какие
разделы информационных потоков Вас больше интересуют. Уровень индивидуализа-
ции сети Интернет будет повышаться. Появился, например, военный Интернет, могут
возникнуть и другие варианты специализации сети Интернет.
3 Редакторы текста появились как программа индивидуального пользования.
Сейчас начали появляться редакторы текста общего пользования. Компания Google
планирует выпустить оффлайновую версию своего текстового редактора Google
Docs. Вместе с тем онлайновый вариант программного обеспечения также сохранится
и будет развиваться в дальнейшем. Google предложит систему WebOffice, которая
объединит в себе как онлайновые, так и настольные офисные приложения. «Мы смо-
жем заполнить пробел, образовавшийся сегодня между онлайновыми и оффлайновыми программами», – говорят в Google.
Технологические операции и состоящие из них системы, в первую очередь,
технологические процессы, могут быть выполнены за счет энергии только людей или
при совместном использовании энергии людей и энергии неживой природы,
получаемой в результате действия сил тяжести, электрических, магнитных и ядерных
сил и так далее, либо при использовании только энергии неживой природы.
185
Основные термины и определения, относящиеся к механизации и
автоматизация технологических процессов в машиностроении и приборостроении
указаны в ГОСТ 23004-78.
При установлении понятий «механизация технологического процесса» и
«автоматизация технологического процесса» определяющим признаком является
обязательное применение энергии неживой природы в процессе изменения состояния
или положения в пространстве предмета труда, независимо от участия людей, но при
сохранении за людьми управления (частичном или полном исключении людей из
управления) процессом.
При механизации (автоматизации) технологического процесса происходит:
– изменение или замена средств технологического оснащения с выполнением
требований безопасности труда;
– изменение, обычно сокращение, объемов труда людей.
Поэтому при анализе и оценке механизации или автоматизации
технологического процесса рассматривают каждый компонент:
– механизацию (автоматизацию) средств технологического оснащения,
– механизацию (автоматизацию) живого труда.
При установлении понятий «механизация живого труда» и «автоматизация
живого труда» определяющим признаком является обязательное частичное или
полное освобождение людей от выполнения процесса изменения состояния или
положения в пространстве предмета труда в результате использования энергии
неживой природы при сохранении (исключении) участия людей в управлении
процессом.
Пример 1. Ручное пропиливание шпоночного паза во втулке заменено
долблением паза на станке.
В результате применения на некоторых переходах электрической энергии
произошла частичная механизация процесса, в том числе механизация живого труда,
поскольку ручная работа на части переходов оказалась исключенной.
Процессом долбления на станке управляет человек в виде периодических
воздействий.
186
Пример 2. Ручное сверление отверстия с помощью коловорота заменено
сверлением электродрелью.
Вследствие применения электрической энергии произошла механизация
процесса обработки отверстия, при этом управление оставлено за человеком.
Механизации живого труда не произошло, поскольку, несмотря на применение
электрической энергии, не произошло исключения человека из процесса сверления.
Операция сверления с применением энергии неживой природы и энергии
человека характеризуется механизированно-ручным методом ее выполнения.
В зависимости от потребностей производства и поставленных технологических
задач состояние механизации (автоматизации) технологического процесса или
операции может изменяться в трех направлениях, поскольку доля неперекрытого
машинного времени в штучном времени относительно начального положения может
возрастать, оставаться неизменной, уменьшаться.
При каждом из трех возможных изменений состояний механизации могут быть
достигнуты рост производительности труда, повышение качества продукции,
улучшение условий производства и так далее.
При ручном методе технологические операции и процессы выполняют люди
без применения средств технологического оснащения и, следовательно, без
использования энергии неживой природы или животных. Например, навинчивание
(«наживление») гаек или переноска деталей вручную, визуальный контроль
невооруженным глазом.
При кооперированно-ручном методе технологические операции и процессы
выполняют люди с применением средств технологического оснащения, приводимых
в действие энергией людей или животных. Например, сверление деталей
коловоротом, нарезание резьбы метчиком вручную, перевозка деталей на ручной
тележке, перевозка деталей с помощью лошадей, шитье на ручной или ножной
швейной машине.
При механизированно-ручном методе технологические операции и процессы
выполняют при одновременном использовании энергии людей и неживой природы,
187
например, операция сверления электродрелью или фрезерования заготовок деталей,
закрепленных в приспособлении на столе станка, подаваемом вручную.
При этом управление выполняют люди.
Если применяется автоматизированно-ручной метод, то технологические
операции и процессы выполняют при одновременном использовании энергии людей
и неживой природы и частичном участии людей в управлении, например, совмещение
ручных приемов базирования и закрепления заготовок деталей на загрузочной
позиции станка-полуавтомата с обработкой без участия людей на других его
позициях ранее установленных заготовок.
При механизированном (автоматизированном) методе технологические
процессы и операции выполняют при использовании энергии неживой природы с
сохранением (частичным сохранением) людьми функций управления.
Примером применения механизированного метода может служить операция
точения на станке заготовки детали при ее вращении и подаче резца с помощью
электрической энергии, с сохранением управления человеком.
Примером применения автоматизированного метода является выполнение
операции точения дисков турбин, устанавливаемых на станок с числовым
программным управлением (ЧПУ) при помощи механизированных подъемников и
закрепляемых в пневмопатронах, обработка происходит без участия людей, которые
выполняют часть функций наблюдения и управления.
При автоматическом методе технологические процессы или операции
полностью, включая управление, выполняются без участия людей. Например,
операция шлифования деталей типа втулки методом «на проход» на бесцентрово-
шлифовальном станке, оснащенном автоматическим загрузочным устройством и
автоподналадчиком, периодически возобновляющим режущие свойства инструмента
и выставляющим его после правки в требуемое рабочее положение.
Таким образом, конечным этапом развития технических систем является –по-
этапное вытеснение человека из процесса управления. Техника постепенно берёт на
себя функции человека, приближаясь к полным системам, функционирующим безучастия человека. Подведём итоги.
188
Основной закон развития технической системы выражается в высвобожде-
нии человека из технической системы.
Процесс высвобождения человека можно разделить на три этапа.
Первый этап. Высвобождение человека при выполнении технических
функций:
– увеличение выполняемых полезных функций;
– усиление полезных функций;
– повышение технологичности изготовления и использования.
В результате реализации первого этапа создаются жизнеспособные функцио-
нальные цепочки подсистем.
Второй этап. Расширение функциональных возможностей технической
системы:
– развёртывание – свёртывание технической системы;
– рассогласование – согласование технической системы;
– повышение устойчивости работы технической системы.
В результате реализации второго этапа расширяются функциональные возможности технической системы и область её применения.
Третий этап. Вытеснение человека из процесса управления.
– вытеснение из исполнительного уровня;
– вытеснение из уровня управления;
– вытеснение из уровня принятия решения.
10.6 Вопросы для самоконтроля
1) Что такое линия развития технических систем «моно-би-поли-
свертывание»?
2) Что такое перенос свойств?
3) Какие альтернативные и конкурирующие системы вы знаете?
4) Что такое закон перехода в надсистему?
5) Какие тенденции содержит закон перехода в надсистему?
189
6) Что такое системный оператор?
7) Какую схему системного оператора вы можете изобразить?
8) Что такое онтогенез и филогенез?
9) Что такое закон развития технических систем?
10) Какие этапы развития технических систем вы знаете?
11) Какие три закона Статики вы знаете?
12) Какие тенденции и линии развития технических систем вы знаете?
190
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]