Основы ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Издание 3-е, исправленное и дополненное

Окончательный переход на микроуровень произошел с появлением электронных часов, где исчезли все механические части. Циферблат в них работает или на светодиодах, или на жидких кристаллах.

Позже появились атомные часы, где в качестве источника колебаний используется сигнал перехода электрона между двумя энергетическими уровня атома.

Еще один яркий пример перехода с макро- на микроуровень является история развития вычислительных машин.

Пример 4.77. Вычислительная техника

Первая вычислительная машина (антикитерский механизм) была создана в Древней Греции. Она датируется 150—100 г. до н. э. Это механическая аналоговая вычислительная машина для расчета астрономических позиций. Машина также позволяла производить операции сложения, вычитания и деления.

Известны счетное устройство Леонарда да Винчи, суммирующая машина Паскаля и другие.

Принцип действия этих машин механический. Они состояли из валов и шестерен. Постепенно эти части уменьшались в размерах и был разработан арифмометр. Их заменили электромеханические вычислительные машины. Механические части двигались с помощью электрических двигателей.

На следующем этапе была разработана вычислительная машина на вакуумных лампах.

Далее были использованы транзисторы, а затем и микросхемы.

Сегодня процессор содержит миллиарды транзисторов. При их изготовлении используется нанотехнологии.

Это типичный пример перехода на микроуровень.

На мироуровень перешел рабочий орган компьютера – процессор, но до сегодняшнего дня еще остались части, использующие механику, например, жесткий диск, DVD Rom, вентиляторы. Это пример закона неравномерности развития систем.

Имеются тенденции перехода этих частей на микроуровень.

Используются жесткие диски с флэш-памятью. Все чаще используются не DVD диски, а флэш-память. Вентиляторы могут быть заменены элементом Пельтье и тепловыми трубами.

Пример 4.78. Микро-роботы

Инженеры из Университета Ватерлоо изобрели летающего микро-робота. Для перемещения из одной точки пространства в другую он использует магнитное поле Земли. Этот микро-робот весит 0,83 грамма. Робот оснащен несколькими крошечными электромагнитами, создающими вокруг робота трехмерное параболическое магнитное поле¹⁷.

Швейцарские ученые разработали устройства, способные уничтожать раковые клетки, не повреждая их здоровых «соседей». Более того, ботов можно запрограммировать на активизацию стволовых клеток разрядом электричества – такая технология позволит лечить поврежденные или разорванные мышцы¹⁸.

Американские и китайские биохимики создали нанороботов из нитей ДНК, способных опознавать раковые клетки и лишать их пищи, создавая тромбы в соседних кровеносных сосудах¹⁹.

Компания Ролс-Ройс представила проект разработки микророботов предназначенных для автоматизированной диагностики состояния авиационных двигателей и их ремонта. Таким образом Ролс-Ройс улучшает свои двигатели и оптимизирует затраты на ремонты и обслуживание²⁰.

Микро-роботы улавливают радиоактивные загрязнения.

Металлоорганические каркасы используют для захвата, отделения, удаления и извлечения радиоактивного урана из воды. Эти соединения способны удерживать внутри своих пор различные атомы и вещества, в том числе радиоактивный уран. К ним добавили «микродвигатель» ZIF-8 диаметров в 15 раз меньше человеческого волоса, позволяющий молекуле улавливать радиоактивные загрязнения и удерживать их внутри себя.

В структуру добавлены атомы железа и наночастицы оксида железа, чтобы стабилизировать ее и сделать магнитной. Размещенные на конце стержней каталитические наночастицы платины превращают перекись водорода в воду, выделяя при этом пузырьки кислорода. Они приводят в движение «микророботов», заставляя двигаться по течению и преодолевать расстояние в 60 раз большее их собственной длины.

Опыты показали, что за один час они удалили 96% урана в имитируемых радиоактивных сточных водах. После этого наночастицы собрали с помощью магнита и из них выделили чистый уран. По словам специалистов, эта разработка может помочь не только в устранении отходов, но и в их переработке²¹.

4.5.6. Закономерность перехода системы в надсистему

Закономерность перехода системы в надсистему является основным из законов эволюции систем (рис. 4.40).

Рис. 4.40. Структура закономерность эволюции систем

Закон перехода системы в надсистему разработан Г. С. Альтшуллером [25, С. 90—96]. Он его сформулировал следующим образом:

«Исчерпав ресурсы развития, система объединяется с другой системой, образуя новую, более сложную систему».

Системы объединяются в надсистему не только, когда исчерпали ресурсы своего развития, поэтому мы переформулировали закон.

Системы объединяются в надсистему, образуя новую, более сложную систему.

Пример 4.79. Самолет

Были объединены двигатель, крылья, система управления, корпус (фюзеляж) и шасси. Появилась новая система – самолет. Каждая из указанных частей в отдельности летать не могла. Новая система – самолет получила системное свойство – возможность летать.

Это одна из возможностей перехода системы в надсистему. Другая возможность:

Переход системы от монофункцинальной к полифункцинальной.

Пример 4.80. Смартфон

Первоначально телефон представлял собой монофункциональную систему. Функция телефона – передача звукового сигнала на расстояние. Смартфон – это многофункциональная (полифункциональная) система, которая выполняет практически все функции компьютера и телефона.

Еще больше функций у Smart Watch.

Такой вид перехода в надсистему первоначально осуществляется выявлением более общей функции, а затем придания дополнительных функций, при этом часто использует новые технологии.

Пример 4.81. Классная доска

Существует классная доска, на которой пишут мелом. Основная ее функция – оставлять на доске изображения мелом. Более общая функция – оставлять на доске изображения чем угодно.

Существуют классные доски, на которых пишут фломастерами. Можно писать на больших листах бумаги, например, фломастером.

Затем появились доски, которые печатают на бумагу, все, что изображено на доске.

Можно проектировать изображение на экран с помощью проектора, соединенного с компьютером. Сегодня существуют электронные классные доски или интерактивные доски (interactive whiteboard), представляющие собой сенсорный экран со встроенным компьютером, динамиками, веб-камерой, встроенной библиотекой, Интернетом. На них можно писать пальцем и передавать это изображение на другие компьютеры, кроме того, можно видеть и человека, пишущего на этой доске.

Опишем тенденцию объединения систем (рис. 4.41).

Рис. 4.41 Тенденция объединения систем

Первоначально имеется одна – моносистема. Далее объединяют две исходные системы, при этом получатся бисистема. На следующем этапа объединяют три и более систем, образуется полисистема. Следующий этап развития, когда би- и/или полисистемы образуют новую единую систему (моносистему), которая выполняет все функции, входящих в нее систем. Эта операция называется свертывание.

Переход «моно-би-поли» – неизбежный этап в развитии всех технических систем.

После объединения систем в би- или полисистему происходит некоторое изменение новой системы, требующие согласования (п. 4.5.7) составных частей и параметров системы. При этом сокращаются вспомогательные элементы, и устанавливается более тесная связь между отдельными системами. Такие системы называются частично свернутыми. Дальнейшее развитие приводит к полностью свернутым системам, в которых один объект выполняет несколько функций.

Полностью свернутую систему можно представить, как новую моносистему. Ее дальнейшее развитие происходит по новому витку спирали. Иногда в качестве новой моносистемы может выступать частично свернутая система.

Механизмы объединения элементов

Создание надсистемы путем объединения в би- и полисистему может включать следующие виды элементов или систем (рис. 4.42):

1. Однородные:

1.1. Одинаковые;

1.2. Однородные элементы со сдвинутыми характеристиками.

2. Неоднородные:

2.1. Альтернативные (конкурирующие);

2.2. Антагонистические – инверсные (элементы с противоположными свойствами или функциями);

2.3. Дополнительные.

Рис. 4.42. Схема механизма тенденции перехода МОНО-БИ-ПОЛИ

Полностью схема закона перехода системы в надсистему представлена на рис. 4.43.

Рис. 4.43. Общая схема объединения систем

Объединение производится таким образом, что полезные (необходимые) качества отдельных элементов складываются, усиливаются, а вредные взаимно компенсируются или остаются на прежнем уровне. Объединение такого типа возможно, как для достаточно высокоразвитых систем, как и для простых элементов.

Приведем примеры.

1. Создание системы из однородных элементов/систем.

1.1. Одинаковые системы.

Этот вид предусматривает объединение полностью одинаковых систем.

Пример 4.82. Карандаш

Наличие одинаковых карандашей позволяет не тратить время на заточку каждого карандаша. Эту операцию можно проделать заранее.

Пример 4.83. Винтовка

Раньше винтовки или мушкеты были однозарядными, чтобы убыстрить стрельбу использовали две или больше одинаковых винтовок. Из одной стреляли, другую в это время заряжали.

Пример 4.84. Электростанция

Электростанции объединяются в единую энергетическую систему. Тогда мощности этих электростанций можно использовать оптимально, распределяя нагрузку в соответствии с нуждами потребителей.

Пример 4.85. Вагон

Вагоны объединяются в железнодорожный состав.

Пример 4.86. Лихтеровоз

Буксир, как правило, везет одну баржу. Создали судно – лихтеровоз (рис. 4.44), которое перевозит много барж (лихтеров).

Рис. 4.44. Лихтеровоз

Пример 4.87. Обработка тонкого листа

Обработка торцевых поверхностей хрупких деталей (например, из тонкого листового стекла) достаточно сложна, и деталь легко сломать. Для того чтобы этот процесс сделать проще, бездефектным и более производительным детали объединили, склеивая их в единый блок. После обработки клей растворяют

1.2. Однородные системы со сдвинутыми характеристиками.

Элементами со сдвинутыми характеристиками называются однородные элементы с неодинаковыми параметрами, свойствами, характеристиками.

Объединение элементов в систему происходит аналогично объединению однородных элементов.

Пример 4.88. Карандаш

Карандаши разной жесткости или разного цвета. Аналогичный пример, набор шариковых ручек разного цвета объединение стержней или разного цвета чернил в капиллярных авторучках.

Пример 4.89. Винтовка

Использовали две или более винтовок с разными калибрами.

Пример 4.90. Обувь

Пара обуви или пара перчаток – типичный представитель элементов со сдвинутыми характеристиками. Первая обувь не имела специальной формы для левой и правой ноги. Они были полностью одинаковы.

Пример 4.91. Биметалл

Объединение металлов с различными коэффициентами температурного расширения в биметаллической пластине.

Пример 4.92. Катамаран

Объединение корпусов разных размеров и форм в катамаране и полимаране.

2. Создание системы из неоднородных элементов (систем).

2.1. Конкурирующие (альтернативные) системы.

Конкурирующая (альтернативная) система – это система, выполняющая одну и ту же функцию.

Такое объединение систем применяется в тех случаях, когда для выполнения той или иной функции имеется несколько разных путей, несколько физических принципов, а, следовательно, и систем. Объединение, также и в предыдущих случаях, производится таким образом, что недостатки каждого из элементов компенсируется, а преимущества складываются.

Пример 4.93. Карандаш

Для карандаша альтернативным элементом может быть авторучка (перьевая, шариковая, капиллярная), кисточка с красками и т. д.

Пример 4.94 Винтовка

Альтернативой винтовки может быть пистолет, гранатомет, арбалет и т. д.

Пример 4.95. Телескоп

Телескоп Максутова, объединяет линзовые и зеркальные оптические системы. У каждой из этих систем есть свои погрешности, когда эти системы были объединены, то погрешности взаимно компенсировали друг друга.

Пример 4.96. Турбовинтовой двигатель

Турбовинтовой двигатель, объединил преимущества реактивного и винтового двигателя.

Этот вид объединения систем часто применяется в тех случаях, когда одна система достигла своего потолка развития, а другая, более совершенная, еще не может заменить ее полностью.

2.2. Дополнительные системы

Дополнительные системы / элементы – это системы/элементы, выполняющие разные функции. Рассмотрим дополнительные элементы.

Пример 4.97. Карандаш

Дополнительными для карандаша являются: точилка и колпачок.

Карандаш объединяется с точилкой. Вместо колпачка делается убирающийся грифель.

Пример 4.98. Винтовка

Раньше для винтовки дополнительными были: емкость с порохом (пороховница), набор пуль, пыжи, шомпол и т. д. Теперь это: магазины с пулями, штык-нож, оптический прицел.

Пример 4.99. Мебель

Различного рода предметы, объединенные в мебельном гарнитуре.

Пример 4.100. Мотоцикл

Мотоцикл объединила велосипед, двигатель, баки и т. д.

Любое транспортное средство – это как минимум набор двигателя, движителя, системы управления и корпуса.

2.3. Антагонистические системы.

Антагонистические системы/элементы – это системы с противоположными свойствами или функциями. Объединение систем с противоположными функциями позволяет повысить управляемость надсистемы, произвольно менять ее параметры в широком диапазоне и наделить систему новыми функциями.

Пример 4.101. Карандаш

Функции, противоположные карандашу, выполняет резинка или типикс, позволяющие стирать или замазывать текст.

Пример 4.102. Память компьютера

У памяти имеются две противоположные функции – запись и стирание.

Пример 4.103. Кондиционер

В кондиционере имеются нагреватель и холодильник.

Пример 4.104. «Тормоз»

У транспортных средств имеются устройства, которые разгоняют и останавливают их.

У наземных транспортных средств функцию остановки выполняют тормоза. У воздушных и водных – это переключение тяги в противоположную сторону, у самолетов это может быть и парашют.

Развитие би- и полисистем

Дальнейшее развитие новых систем идет путем повышения их эффективностив двух направлениях:

1. Увеличением различия между элементами системы.

2. Развитием связей между элементами.

2.1. Система из практически самостоятельных, не связанных между собой элементов, не изменяющихся при объединении.

2.2. Система из частично измененных, согласованных между собой элементов, которые функционируют только вместе и только в данной системе. Это частично свернутая система.

2.3. Система полностью измененных элементов, которые работают только в данной моносистеме и отдельно применяться не могут.

Приведем примеры.

1. Увеличение различия между элементами системы.

Эффективность новых систем может быть повышена увеличением различий между элементами системы. Движение идет от однородных элементов к элементам со сдвинутыми характеристиками, к альтернативным элементам; к дополнительным элементам, а затем – к инверсным и, наконец, объединению всех возможных вариантов.

Продемонстрируем эту цепочку на примере карандаша, обобщив все описанные ранее варианты.

Пример 4.105. Карандаш

Объединение однородных элементов.

Одинаковые карандаши стоят на письменном столе в стакане. Мы их частично свернули, объединив в стакане.

Элементы со сдвинутыми характеристиками. Карандаши разной жесткости или разного цвета. На рис. 4.45 показаны полностью свернутые конструкции карандашей со сдвинутыми характеристиками. В одном карандаше имеется два цвета (красный и синий) рис. 4.45а (свернутая би-система) или много цветов рис. 4.45б (свернутая поли-система).

Рис. 4.45. Полностью свернутый карандаш со сдвинутыми характеристиками

Объединение разнородных элементов.

Альтернативные элементы. Авторучка. Частичное свертывание – набор авторучки и карандаша. Дополнительные элементы. Точилка и колпачок. Свертывание – выпускались автоматические цанговые карандаши с точилкой. Колпачок слал ненужным (свернутым) – грифель убирается. Инверсные элементы. Резинка и штрих (корректирующая жидкость). Свертывание – карандаш с резинкой. При объединении происходит свертывание элементов.

Выпускаются автоматические карандаши с тонкими грифелями. Эти грифели не нужно затачивать. Не нужен колпачок (грифель убирается). Функции точилки и колпачка полностью свернуты. В этом карандаше могут меняться и грифели (разной жесткости и разного цвета). Кроме того, в нем имеется и резинка. Это полностью свернутая система, включающая карандаш, резинку, отсутствующие точилку и колпачок.

Наконец все указанные элементы были полностью свернуты в моно-систему компьютер, который выполняет и многие другие функции.

2. Развитие связей между элементами.

Эффективность новых систем повышается развитием связей между элементами. Связь элементов изменяется от «нулевой», отсутствующей связи, т. е. от несвязанных между собой элементов системы, до сильных межэлементных связей. Дальнейшее развитие связей во многих системах происходит в соответствии с цепочкой дробления.

Кроме того, при объединении систем может происходить дальнейшее их развитие по линии упрощения. В результате возможны следующие варианты:

2.1. Система из практически самостоятельных, не связанных между собой элементов, не изменяющихся при объединении.

Пример 4.106. Винтовка

Отдельные винтовки. Один человек стрелял и другой в это время заряжал другую винтовку.

Пример 4.107. Карандаш

Отдельные карандаши. Один грифель сломался берут другой

2.2. Система из частично измененных, согласованных между собой элементов, которые функционируют только вместе и только в данной системе. Это частично свернутая система.

Пример 4.108. Двустволка

Два ствола, два курка, но один приклад. Имеет возможность осуществлять два выстрела. Это могут быть и разные патроны. Например, в одном дробь, в другом пуля (сдвинутые характеристики).

2.3. Система полностью измененных элементов, которые работают только в данной моносистеме и отдельно применяться не могут.

Пример 4.109. Автоматическая винтовка (автомат)

Автоматическая винтовка – это полностью свернутая система.

Пример 4.110. Микросхема

Сначала использовали отдельные радиодетали (транзисторы, сопротивления, конденсаторы и т. д.). В дальнейшем их объединили в микросхеме – полностью свернутая моносистема.

Итак, мы рассмотрели цепочку МОНО-БИ-ПОЛИ-СВЕРТЫВАНИЕ.

Переход к би- и поли-системе осуществляется с использованием механизма, описанного раньше (рис. 4.43). Могут использовать однородные и неоднородные системы.

Среди однородных используют:

– одинаковые системы;

– со сдвинутыми характеристиками.

К неоднородным относятся:

– альтернативные;

– инверсные;

– дополнительные.

Свертывание может быть: частичное или полное.

4.5.7. Закономерность увеличения степени согласованности

Закономерность увеличения степени согласованности является основным из законов эволюции технических систем. Структура этих законов показана на рис. 4.46.

Рис. 4.46. Структура закономерности эволюции систем

Структура закономерности согласования

Согласование проводится для недопущения вредных явлений или усиления полезных.

Закономерности согласования, который будет изложен ниже, был сформулирован В. Петровым в 1975—78 гг. Рассмотрим структуру закона согласования.

1. Объекты согласования:

1.1. Потребности.

1.2. Функции.

1.3. Принцип действия.

1.4. Система:

1.4.1. Структура:

1.4.1.1. Элементы.

1.4.1.2. Связи.

1.4.1.3. Форма.

1.4.1.4. Вещество.

1.4.2. Параметры.

1.4.3. Потоки.

1.5. Надсистема.

1.6. Окружающая среда.

1.7. Поля:

1.7.1. Энергия.

1.7.2. Информация:

1.7.2.1.Данные.

1.7.2.2.Знания.

2. Способы согласования:

2.1. Во времени.

2.2. В пространстве.

2.3. По условию.

2.4. Статическое (постоянное).

2.5. Динамическое (переменное).

Принцип действия должен согласовываться с главной функцией, внешней средой, надсистемой и системой.

Процесс согласования принципа действия с главной функцией системы – это обеспечение этой функции, т. е. это выбор принципа действия рабочего органа.

Пример 4.111. Транспортное средство

Главная функция транспортного средства – это перемещать груз или людей из одного пункта в другой. Это может быть выполнено по поверхности земли, под землей, по воздуху, по поверхности воды, под водой и в космосе.

Первоначально выбирается направление. Это согласование с внешней средой. Например, выбрали перемещение по поверхности земли.

Затем выбирается принцип действия перемещения по поверхности земли. Например, это может быть: перемещение по дороге, по рельсам, по пересеченной местности и т. д.

Принципы действия могут принципиально отличаться: движение с помощью колеса, гусениц, воздушной подушки, ног и т. д. Это согласование с надсистемой. Например, выбрали надсистему – дорогу. Тогда один из принципов действия может быть перемещение с помощью колеса.

Далее этот принцип действия нужно согласовать с системой.

В качестве системы могут быть: автомобиль, автобус, грузовик, трактор и т. д., например, выбрали автомобиль.

Остальные согласования будут осуществляться в системе.

На системном уровне закон включает согласование:

– систем;

– подсистем;

– надсистем;

– внешней среды.

При согласовании систем, прежде всего, необходимо согласовать ее структуру. К структуре, в частности, относятся форма, расположение отдельных элементов и их взаимодействие.

Структура системы определяется элементами и связями.

Связи могут быть:

– вещественные;

– энергетические;

– информационные.

Системные понятия структуры, ее элементов и связей, и их видов (вещество, энергия, информация) относятся так же к подсистемам, надсистеме и внешней среде.

Параметры могут быть:

– технические;

– эргономические;

– экономические;

– экологические;

– эстетические.

– социальные;

– политические;

– и т. д.

Согласование ритмики частей системы относятся к одному из видов параметрического согласования.

В общем случае согласование проводится по всем указанным выше структурным направлениям. Оно представляет собой комбинацию этих структурных направлений и поднаправлений закона согласования. Таким образом, может быть построена сложная морфологическая структура, в виде морфологической матрицы с подматрицами. Своего рода сочетание графа древовидной структуры и перебора всех вариантов на каждом из уровней графа в виде морфологической матрицы.

На системном уровне закон согласования относится как к группе законов организации технических систем (в виде минимального согласования), так и к группе законов эволюции технических систем.

Рассмотрим отдельные виды согласования на системном уровне.

Согласование структуры предусматривает согласование элементов и связей.

Согласование элементов.

Пример 4.112. Развитие радиоэлементов

В приемнике лампы заменили транзисторами, транзисторы – микросхемами.

Под согласованием элементов понимается и согласование материалов, формы и размеров.

1. Согласование материалов.

Согласование материалов проводится для недопущения вредных явлений и/или усиления полезных.

Материалы могут выбираться:

По качеству:

– однородные;

– разнородные.

По месту расположения:

– во всем объекте;

– в определенном месте.

Пример 4.113. Статическое электричество

Применение однородных материалов, чтобы не допустить появление статического электричества и обратное явление, когда необходимо использовать свойства статического электричества.

2. Согласование формы.

Согласование формы проводится для обеспечения необходимых свойств, например, придание оптимальной формы.

Пример 4.114. Обувь

В обуви больше всего изнашивается пятка и носок. В кроссовках сделали скошенную пятку и поднятый носок. Согласовали кривую движения ноги с формой подошвы обуви.

Пример 4.115. Боковое зеркало автомобиля

Боковое зеркало автомобиля предложено делать переменной выпуклости, например, с помощью гидравлики. Такое зеркало может быть ближнего и дальнего обзора.

Пример 4.116. Дизайн

Красивые эстетические формы не только используются в архитектуре и искусстве, они важны для предметов широкого потребления.

Согласование связей

Согласование связей осуществляется:

1. Устранением ненужных или вредных связей.

Пример 4.117. Помехи

Чтобы избавиться от помех в радио и электронной аппаратуре ставят экраны или различные фильтры.

2. Объединением (свертыванием) полезных связей.

Пример 4.118. Сотовый телефон

Первоначально электронная почта передавалась со стационарного компьютера по телефонной линии. В дальнейшем можно было использовать переносной компьютер и сотовый телефон. Современные сотовые телефоны объединили (свернули) эти функции. Теперь пользоваться электронной почтой можно, используя только сотовый телефон.

3. Расположением отдельных элементов и их взаимодействие.

Пример 4.119. Вредные связи

Вредные явления и взаимосвязи в системе могут быть устранены изменением расположения ее подсистем.

Согласование параметров

Согласование политических параметров осуществляется, например, по дипломатическим каналам или в виде встреч на высшем уровне. К таким параметрам, например, относятся территориальные претензии, сферы влияния, урегулирование политических конфликтов и т. д. Например, арабские страны часто диктуют цены на нефть.

Для согласования различных политических параметров в свое время были созданы ООН, НАТО и другие политические и военные организации.

Эстетические параметры согласовываются при архитектурных разработках, при создании интерьера, при разработке новой моды и т. д.

Социальные параметры согласовываются при определении минимальной заработной платы, минимальной пенсии, мероприятий здравоохранения и т. д.

Экологические параметры должны быть согласованы при разработке новых заводов, электростанций, других сооружений и технологий.

Экономические параметры согласовываются при любых видах деятельности.

Согласование эргономических параметров важно не только при создании новой техники, но и при разработке игрушек, спортивных снарядов и оборудования и т. д.

Приведем пример на согласование размеров.

Пример 4.120. Кукла

Некоторыми куклами ребенок играет несколько лет. Размеры куклы не меняется. Не плохо бы, чтобы и кукла росла вместе с ребенком…

В США выпускаются надувные игрушки из пластика, которые способны расти вместе с ребенком. Надо лишь подкачать сжатого воздуха.

Основное внимание мы уделим согласованию технических параметров.

Пример 4.121. Согласование параметров

При разработке электрических и радиоприборов согласуются сопротивления, конденсаторы, индуктивности, частоты и т. д.

Разработка сложных систем требует четкой согласованности входных и выходных характеристик соединяющихся блоков. Такое согласование идет по многим параметрам.

Пример 4.122. Космическая станция

Завершалась разработка космической станция «Венера-12». К конструкторам пришел ученый из Института геохимии и аналитической химии. Он попросил разместить в спускаемом аппарате станции еще один прибор весом 6 кг. Конструкторы только посмеялись над ним. Надо отметить, что в автоматических космических аппаратах очень плотная упаковка, где учитывается каждый грамм веса и кубический сантиметр пространства.

В спускаемом аппарате был центровочный груз, что бы он занимал строго определенное положение в пространстве. Конструкторы догадались заменить центровочный груз прибором, который одновременно выполнял свои функции и функции груза. Таким образом, была свернут (убран) центровочный груз, а его функция была передана прибору.

Пример 4.123. Шины самолета

В момент касания колеса шасси самолета посадочной полосы, колесо сильно истирается. Это происходит из-за очень большого трения, возникающей в результате разности скоростей движения самолета и неподвижной посадочной полосы. Как правило, такие колеса меняются после нескольких посадок. Это очень дорого.

Соответственно нужно было согласовать эти скорости и сделать разницу скоростей, как можно меньше или равной нолю. Следовательно, нужно или делать «бегущую» посадочную полосу или раскрутить колесо шасси. Естественно, значительно легче раскрутить колесо. Для этого нужно использовать имеющиеся ресурсы – набегающий поток. На боковой поверхности колеса сделали направляющие (лопатки). Набегающий поток раскручивал колесо, и оно крутится точно с той же скоростью, с которой движется самолет²².

Согласование ритмики

Этот вид параметрического согласования выделен, так как достаточно часто используется в технике.

Под ритмикой мы понимаем временную диаграмму, частоты и периоды работы системы. Эти параметры должны быть согласованы для повышения эффективности работы системы и отсутствия нежелательных эффектов.

Согласование временных характеристик может проводиться:

1. Заданием строгой определенной последовательности работы.

Пример 4.124. Ритм работы

Конвейерная линия, последовательность работы на различных автоматах, график работы и т. п.

2. Динамичный график работы. Последовательность действий меняется в зависимости от устанавливаемых критериев.

Пример 4.125. Виды воздействия

В сложных технологических процессах виды и режимы обработки меняются в зависимости от свойств, которые необходимо получить, от состояния и вида объекта и т. д.

В медицине виды и продолжительность воздействия на пациента зависят от его состояния. Воздействия автоматически изменяются в зависимости от изменения определенных показателей состояния пациента.

3. Процесс делается прерывистым (импульсным) и в паузы одного процесса вставляется другой процесс. Это может экономить время проведения процесса или проводить два и более взаимоисключающих процесса.

Пример 4.126. Телегазета

С экрана телевидения можно прочесть телегазету. Для этого не используется специальный канал. Информация, несущая текст газеты, распределяется между сигналами телепрограммы. Специальная приставка позволяет прочесть текст газеты слитным. В современных телевизорах такая «приставка» встроена внутри.

Согласование частоты работы системы:

1. Согласование частот работы системы.

Пример 4.127. Радиоаппаратура

Чтобы ликвидировать вредные воздействия отдельных блоков радиоаппаратуры, предварительно согласовывают частоты их работы.

Пример 4.128. Массаж

Предложено массаж тела делать в ритме сердечных сокращений²³.

Пример 4.129. Свисток для собак

В определенных условиях человек должен давать собаке различные команды, но их не должны слышать другой человек. Придуман «свисток», который излучает сигналы на высокой частоте, которые не может различить ухо человека, но собака слышит их.

2. Согласование работы, действий и с собственной частотой объекта.

Пример 4.130. Резка стекол

Для повышения эффективности резки стекла делают надрез на его поверхности и подают на стекло акустические колебания, с частотой равной частоте собственных колебаний стекла (а.с. 996 347). Стекло намного быстрее и точнее режется.