Закон гомологических рядов технических объектов

Закон гомологических рядов был открыт академиком Н.И. Вавиловым в 1920г. Суть его заключается в том, что у близких видов, принадлежащих одному роду, имеет место удивительный параллелизм одинаковых признаков. Закон является всеобщим и биологии играет ту же роль, что и закон Менделеева в химии. При этом поиски новых форм (разновидностей), видов и родов на основе данного закона становится направленным. Для переноса закона гомологических рядов в мир техники необходимо для ТО ввести понятие аналогичное генотипу. В качестве генотипа ТО А.И. Половинкин использует совокупное качественное описание его функции, физической операции и факторов окружающей среды, существенно влияющих на техническое решение ТО. Считается, что данный закон можно использовать для серьезного усовершенствования морфологического анализа-синтеза ТО, более обоснованно формируя морфологические таблицы (выбирать строки и столбцы), а также (еще важнее) по аналогии с живой природой – предсказывать новые эффективные комбинации признаков.

Закон соответствия между функцией и структурой ТО

С древних времен подмечено существование взаимно однозначного соответствия между функцией (назначением) и структурой (или формой) объектов окружающего нас мира. Это проявляется в том, что, работающие в одинаковых условиях ТО, приобретают одинаковую форму и структуру, ТО, имеющие одинаковые или близкие функции, имеют одинаковые структуры, целостность ТО проявляется в том, что его структура (с участием каждого элемента) реализует определенную (заданную) функцию.

Главная суть соответствия между функцией и структурой заключается в том, что в материальной структуре нормально работающего ТО каждый элемент имеет вполне определенную функцию по обеспечению работы ТО. В связи с этим у правильно спроектированных ТО обычно нет «лишних деталей», равно как и «лишних функций». Это положение является определяющим и может быть отражено в виде «конечного графа» - совокупности дуг и соединяющих их точек. Таким образом, можно отразить и математически обсчитать, так называемую, функциональную структуру ТО. Конкретные и обобщенные функциональные структуры сознательно или бессознательно широко используются при проектировании и конструировании ТО.

Кроме отмеченного весьма важного метологического принципа указанный закон имеет несколько не менее практически важных следствий. Одно из них заключается в том, что для нормального функционирования спроектированный ТО должен удовлетворять минимальному списку требований. Невыполнение хотя бы одного из требований этого списка приводит к ухудшению какого-либо показателя ТО или к прекращению выполнения им своей функции.

Все технологические (обрабатывающие) машины имеют четыре элемента (подсистемы), реализующие соответственно четыре фундаментальные функции:

- технологическая функция – превращение исходного материала (сырья) в конечный продукт; - энергетическая функция – превращает вещество или извне полученную энергию в конечный (рабочий) вид энергии, необходимый для реализации технологической функции; - функция управления – управляющие воздействия на подсистемы в соответствии с заданной программой и получаемой информацией о количестве и качестве выработанных конечного продукта и конечной энергии; - функция планирования – сбор (получение) информации о произведенном конечном продукте и определение требуемых качественных и количественных характеристик конечного продукта.

Кроме отмеченных следствий представляет интерес и такое следствие как – закономерность минимизации компоновочных затрат.

Г.С. Альтшуллер отмечает, что на видовом уровне все механизмы имеют следующий набор структурных элементов:

Рабочий (исполнительный) орган; Двигатель (привод); Трансмиссию; Движитель (механизм передвижения); Блок управления.

Так, систематизация технических комплексов горного профиля будет выглядеть следующим образом (Табл. 7.1). По аналогии можно представить видовое описание взрывных устройств, всех технологических комплексов горного или иного производства. (Табл. 7.2. и 7.3).

Таблица 7.1. Структурная систематизация буровых установок/машин, входящих в комплекс проходки выработок

СТРУКТУРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ	ВАРИАНТ ИСПОЛНЕНИЯ
1. Рабочий орган (по типу создаваемых напряжений)	а) ударного; б) режущего; в) сжимающего; г) изгибающего и т.д.
2. Привод (по роду/виду энергии)	а) электрический; б) пневматический; в) гидравлический
3. Трансмиссия	а) ременная; б) редукторная; в) фрикционная и т.д.
4. Движитель	а) переносное (установка); б) механическое (машина): 1. рельсовый ход;2. . гусеничный ход; 3. самоходный; 4. вибрационный и т.д.
5. Блок управления	а) ручное управление (непосредственное) б) дистанционное (автоматизированное)

Таблица 7.2. Систематизация конструктивно-технологического исполнения выпуска руды

СТРУКТУРНЫЙ ПРИЗНАК	ВАРИАНТ ИСПОЛНЕНИЯ
1. Состояние очистного пространства	а – выпуск в открытом очистном пространстве; б – выпуск под обрушенными породами; в – выпуск под разделяющим перекрытием
2. Конструктивное исполнение (конструктивный вид) истока	а – точечный (единичный, одиночный исток); б – линейный (совокупность линейно взаимосвязанных точечных истоков) в – площадной (совокупность по площади взаимосвязанных точечных истоков)
3. Режим выпуска (количество одновременно участвующих в работе выпускных отверстий - истоков)	а – точечный б – линейный в - площадной
4. Состояние истока во времени и пространстве	а – стационарный б - передвижной
5. Характер истечения (выпуска) руды	а – донный б – боковой (торцовый)
6. Характер регулирования истечения руды из отверстия	а – техническими средствами б – конструктивным исполнением
7. отсутствие/наличие боковых контактов с обрушенными породами	а – отсутствуют контакты б – торцовый контакт в – торцовый и один/ два боковых
8. Масштаб выпуска руды	а – этажный (на всю высоту этажа) б – подэтажный (на высоту подэтажа)

Не меньший интерес в указанном плане представляет и подмеченная закономерность развития технических объектов по принципу, условно названном, «точка - линия – плоскость». Пример см. – Табл. 7.2 и 7.3.

В реальном мире точечно исполненные объекты будут иметь соизмеримые параметры, т.е. отношение размеров: А/В/С = 1 (примерно). Для линейно ориентированных объектов соотношение размеров: А = В, А/С<< 1.Для плоскостных объектов размеры В и С соизмеримы, т.е. В/С = 1, а А<<В.

Характерно, что функцию линейных объектов могут выполнять точечные объекты, если они расположены на расстоянии взаимодействия. Аналогично, это правило сохраняется и относительно плоскостных и линейно ориентированных объектов.

Таблица 7.3. Структурная систематизация конструктивно-технологического исполнения зарядов ВВ

СТРУКТУРНЫЙ ПРИЗНАК	ВЫРИАНТЫ ИСПОЛНЕНИЯ
1. Положение единичного заряда относительно разрушаемого объекта (массива)	а) накладные, (наружные), б) углубленные (погруженные, внутренние)
2. Соотношение геометрических размеров единичного заряда (тип заряда)	а) точечный заряд (сосредоточенный), б) линейный заряд: 1 – шпуровой, 2 – скважинный, в) площадной заряд
3. Состав заряда	а) не совокупный (одиночный, единичный) заряд, б) совокупный заряд: 1 – совокупность двух элементарных зарядов, 2 – совокупность N элементарных зарядов
4. Внутренняя структура единичного заряда	а) сплошной, (массивный) заряд, б) рассредоточенный
4. Характер взаимодействия зарядов, составляющих совокупный заряд (зарядное устройство)	а) без взаимодействия, б) со взаимодействием: 1 – по линии, 2 – по площади, 3 – по объему
5. Характер работы взрыва	а) заряды дробления (разрушения), б) заряды выброса, в) заряды камуфлетные

В таком случае, точечные заряды могут выполнять функцию линейных, а линейные заряды - выполнять функцию плоских зарядов. Выпускные отверстия в днище блока могут работать в точечном, линейном и плоскостном режиме в зависимости от расстояния между ними. Более того, развитие работ в выемочном блоке и на месторождении тоже подчиняется указанной закономерности.

Краткие выводы

Любое системное образование складывается и действует в соответствии с реализуемыми принципамиее построения, функционирования и преобразования.

Совершенствование– это разовые улучшения определенных характеристик системы в пределах определенного способа (принципа) действия и в пределах определенного функционального качества.Развитие– это разворачивающийся во времени процесс перехода системы из одного состояния в другое, который характеризуется наличием качественных преобразований в целом. Вместе они формируют «линию жизни» технического объекта или системы.

Совершенствование-развитие идет в направлении достижения качества– когда не отнять, не прибавить уже ничего нельзя, т.е. в направлениидостижения меры.С достижением данного качества дальнейшее развитие продолжается за счет надсистемы а вернее других ее элементов. Общий ход развития приобретает ступенчатый характер. Пример: клетка – орган – организм - сообщество

Важным для технолога является и знание законов строения технических систем.

К законам и закономерностям строения технических объектов относят устойчивые признаки в конструктивной и потоковой функциональной структуре, в физической структуре принципа действия и технического решения, которые существуют и остаются неизменными на протяжении многих поколений в историческом развитии технических объектов.

Среди параметров ТО, как правило, имеется Главный функциональный параметр или Главный параметр, от которого зависят значения всех остальных параметров. Так для экскаватора это объем ковша, для взрывной скважины (как и для ружья) – калибр и т.п. Смысл гармоничного соотношения параметров ТО заключается в том, что для определенного значения Главного параметра существует и определенный набор значений остальных параметров, при этом функция реализуется наилучшим образом, другими словами в этом положении реализуется МЕРА, когда ни прибавить, ни убавить уже нельзя, ибо сделаешь только хуже.

Имеет место однозначное соответствие между функцией (назначением) и структурой (или формой) объектов окружающего нас мира. У правильно спроектированных ТО обычно нет «лишних деталей», равно как и «лишних функций».

Для нормального функционирования спроектированный ТО должен удовлетворятьминимальному списку требований. Невыполнение хотя бы одного из требований этого списка приводит к ухудшению какого-либо показателя ТО или к прекращению выполнения им своей функции.

Все технологические (обрабатывающие) машины имеют четыре элемента (подсистемы), реализующие соответственно четыре фундаментальные функции:- технологическая; - энергетическая функция;- функция управления;- функция планирования.

Имеет место наличие единообразия в строении машин. На видовом уровне все машины имеют следующий набор структурных элементов: Рабочий (исполнительный) орган; Двигатель (привод); Трансмиссию; Движитель (механизм передвижения); Блок управления.

Не меньший интерес в указанном плане представляет и подмеченная закономерность развития технических объектов по принципу, условно названном, «точка - линия – плоскость».

Все отмеченные положения и закономерности весьма полезны в познавательной деятельности, т.к. обладает эвристическим потенциалом.

Основные термины и понятия

Технический объект	Закон технических систем
Совершенствование - Развитие	«Линия жизни технической системы»
Главный параметр	Симметрия
Структура и Функция	Принцип «точка - линия – плоскость»
Видовое строение ТО	Состав функций Технической системы

«Как любопытство связано с приобретением материала для мышления, как представление связано с гибкостью и силой мысли, так организация деятельности, сама по себе в основе не интеллектуальная, связана с выработкой интеллектуальной силы последовательности».

Д. Дьюи