Законы и закономерности развития техники

 Если же рассматривать  все переходы от поколения к поколению, т.е. всю историю конструктивной эволюции определенного класса техники, то можно наблюдать следующие закономерности иерархического исчерпания возможностей конструкторско-технологических решений на трех уровнях.

Сначала на 1-м уровне улучшаются параметры используемого ТР. Когда изменение параметров мало что дает, изменения осуществляют на 2-м уровне путем перехода к более эффективному техническому решению (ТР) без изменения физического принципа действия (ПД). Затем, при исчерпании параметров, переходят на новое, более прогрессивное ТР. Указанные циклы на 1-м - 2-м уровнях происходят до тех пор, пока в рамках используемого принципа действия уже не находят новых технических решений, обеспечивающих улучшение интересующих показателей. После этого наступает революционное изменение на 3-м уровне - переход на новый, более прогрессивный принцип действия и т.д. При этом в каждом случае перехода от поколения к поколению действуют весьма определенные частные закономерности изменения конструкций, которые с большой вероятностью конкретизируют направление и характер изменения технического объекта в следующем поколении.

Следует иметь в виду, что в законе прогрессивной эволюции иерархическое исчерпание конструкции не действует формально: «Пока не будут достигнуты глобально оптимальные параметры, не может произойти переход к новому техническому решению, или пока не будут исчерпаны возможности наилучшего ТО (в рамках определенного принципа действия), не может произойти переход к новому принципу действия».

Закономерность иерархического исчерпания конструкции действует при соблюдении следующего условия: если при наличии необходимого научно- технического потенциала переход к новому техническому решению или принципу действия обеспечивает получение дополнительной эффективности, существенно превышающей дополнительные интеллектуальные и производственные затраты на его реализацию.

Для некоторых классов ТО в будущем, по-видимому, станут более частыми случаи указанных скачков к новым техническим решениям или принципу действия без исчерпания возможностей предыдущих. Этому способствует создание мощных систем автоматизированного проектирования, включающих подсистемы поискового конструирования с выбором глобально оптимальных решений. При этом циклы а; а—*б; а—>б^-в будут происходить в основном с использованием компьютерных технологий, а автоматизированные системы научных исследований и гибкие автоматизированные производства позволяют без чрезмерных затрат производить доводку и изготовление нового поколения ТО, значительно отличающегося от предыдущего. В этих случаях, можно сказать, закон будет использоваться для ускорения развития техники.

Прогнозирование с помощью S'-функции позволяет установить, насколько недоиспользованы возможности применяемого принципа действия. Если эти возможности имеют значительные резервы (точка А на рис. 3), то на основе прогнозирования можно сформулировать реальное задание на улучшение интересующих главных показателей. Если же прогноз покажет, что возможности принципа действия практически исчерпаны (точка В на рис.3), то будет сделан обоснованный вывод о необходимости перехода. на новый физический принцип действия. В связи с этим возникает задание на поиск и разработку более перспективного принципа действия.

Это тем более важно, что суммарное действие закона прогрессивной конструктивной эволюции даже за короткое обозримое время часто приводит к поразительным результатам.

Так, например, только за 50 лет с 1910-х до 1950-х годов XX века удалось облегчить дизель-мотор в 250 раз при сохранении одной и той же мощности; расход металла на 1 л.с. мощности двигателя уменьшился в 80 раз; паросиловые установки на электростанциях облегчены в 25 раз и т.д.

Исследования прогрессивной конструктивной эволюции отдельных классов ТО позволят не только объяснить такие удивительные результаты, а главное - извлечь в полной мере, обобщить и использовать в последующем ценный инженерный опыт.

Закон прогрессивной эволюции представляется полезным использовать на начальных стадиях проектирования новых поколений технических объектов при выполнении работ по анализу и осмысливанию истории0 техники, прогнозированию развития техники.

             6) Закон соответствия между функцией и структурой

Суть закона заключается в том, что в правильно спроектированном техническом объекте каждый элемент от сложных узлов до простых деталей, каждый его конструктивный признак имеют вполне определенную функцию (назначение) по обеспечению работы ТО. И если лишить такой ТО какого-либо элемента или признака, то он либо перестанет работать (выполнять свою функцию), либо ухудшит показатели своей работы. В связи с этим у правильно спроектированных технических объектов нет «лишних деталей».

Эта суть соответствия между функцией и структурой лежит в основе всей познавательной деятельности, связанной с анализом и изучением существующих технических объектов и всей проектно-конструкторской деятельности по созданию новых ТО.

            Закон соответствия между функцией и структурой ТО имеет следующую формулировку: «Каждый элемент технического объекта или его конструктивный признак имеют хотя бы одну функцию по обеспечению реализации функции ТО, т.е. исключение элемента или признака приводит к ухудшению какого-либо показателя ТО или прекращению выполнения им своей функции».

Совокупность всех таких соответствий в техническом объекте представляет собой функциональную структуру в виде ориентированного графа, который отражает системную целостность ТО и соответствие между его функцией и структурой (конструкцией).

Выражение закона соответствия между функцией и структурой в количественной форме обеспечивает, во-первых, формализованное описание функций элементов через компоненты D, G, Д которые могут иметь также количественные характеристики, во-вторых, представление функциональной структуры ТО в виде ориентированного графа, у которого вершинами являются элементы ТО, а ребрами могут быть функции элементов по обеспечению работы других элементов или (и) потоки вещества, энергии или сигналов, передаваемых между элементами.

На основе закона соответствия между функцией и структурой разработаны методики построения функциональных структур конкретных ТО. Эти методики используются в различных подходах и методах проектирования.

Данный закон имеет несколько практически важных следствий - закономерностей, отражающих обобщенные функциональные структуры широких классов ТО. Изложим эти закономерности применительно к обрабатывающим (технологическим) машинам (оборудованию).

Рассмотрим закономерности функционального строения обрабатывающих (технологических) машин.

Технические объекты или соответствующие человеко-машинные системы, предназначенные для обработки материального предмета труда, состоят из четырех подсистем (элементов) S\, S2, £3, S4 (рис.4), реализующих соответственно четыре фундаментальные функции:

Ф1 — технологическая функция - обеспечивает превращение исходного материала (сырья) А о в конечный продукт Ак;

Ф2 - энергетическая функция - превращает вещество или извне полученную энергию W0 в конечный вид энергии WK, необходимый для реализации функции Фь'

Ф3 - функция управления - осуществляет управляющие воздействия Ui, U2 на подсистемы Su S2 в соответствии с заданной программой Q и полученной информацией V°\, if 2 о количестве и качестве выработанного конечного продукта Ак и конечной энергии WK;

Ф4 - функция планирования - собирает (получает) информацию Q0 о произведенном конечном продукте Ак и определяет потребные Q качественные и количественные характеристики конечного продукта.