Что такое динамизация технической системы поясните данное

Что такое динамизация технической системы поясните данное

© Юрий Петрович Саламатов, 1991-1996г.
текст приведен по рукописи
ysal@mail.kts.ru

4.6. Закон динамизации технических систем

4.6.1. Формулировка закона и основные правила его применения.

С момента синтеза и на первых этапах развития ТС имеют обычно жесткие внутренние связи, в них отсутствуют подсистемы для изменения режима работы в зависимости от изменения внешних условий. Из-за этого системы легко уязвимы, часто выходят из строя, недолговечны. Поэтому этап динамизации (адаптации) неизбежен.

Для механических систем он начинается обычно с перехода от неподвижных частей к движущимся, жесткая связь (или конструкция) «ломается» и в этом месте вводится шарнир, жесткие элементы заменяются на гибкие, на гидро- и пневмоконструкции, используется вибрация, периодическое изменение формы и др.

Для последующих этапов динамизации характерно использование физических и химических эффектов и явлений, введение обратной связи, первые стадии самоорганизации, замена систем и подсистем идеальными веществами, «интеллектуализация» техники.

В основе динамизации лежат фундаментальные принципы организации природных процессов, вспомним, хотя бы, принцип Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий (температура, давление, концентрация), то равновесие смещается таким образом, чтобы уменьшить изменение. Система перестраивается, «уходит» от вредного воздействия внешнего фактора, повышает свою «живучесть» (разумеется, с помощью человека) приспосабливается к существующим условиям, к постоянно возрастающим потребностям человека и общества, в этом и есть главный смысл динамизации.
На законе основаны два стандартных направления решения изобретательских задач:

1) Динамизация вещества системы.

2) Динамизация поля

Обе цепочки динамизации отражают лишь наиболее характерные этапы изменений в системах. Не обязательно все этапы «проходят» системы и не все системы «доходят» в своем развитии до конца цепочек.

4.6.2. Использование закона в изобретательской практике.

Примеры на введение одного шарнира:

Вот рассказ одного из конструкторов самолета ЯК-50 о парадоксальном решении проблемы крепления к фюзеляжу тонкого, с большой стреловидностью крыла: «Надо сказать, что тогда мы довольно долго возились с этим узлом, добиваясь необходимой прочности. Несколько раз усиливали конструкцию, но она всякий раз разрушалась при статических испытаниях до достижения расчетных нагрузок. И вот в этот, прямо скажем, довольно критический момент Георгий Владимирович предложил оригинальное решение злосчастного узла, введя в него шарнирный элемент. Доработка упомянутого узла по предложению Г.В.Смирнова помогла, ЯК-50 вышел на летные испытания, показал хорошие результаты» (Козлов П.Я. Конструктор. М.: Машиностроение, 1989, с.45).

Примеры на введение многих шарниров:

Что представляет собой современный кран? В сущности, это древний ворот (лебедка) с пристроенной к нему укосиной (стрела). И как бы не поворачивалась эта укосина, как бы не наклонялась, кран может взять только груз, находящийся точно под роликами, через который перекинут грузовой канат с крюком. Даже самый современный кран с телескопической стрелой и гидравлическим управлением не может «заглянуть» в проем строящегося здания или взять груз из какого-нибудь строительного закоулка. Эта ущербность будет сохраняться у кранов до тех пор, пока стрела не станет гибкой, как лебединая шея.

Такая стрела изобретена: она состоит из шарнирно сочлененных элементов стальных дисков с постепенно убывающим диаметром. Стрела похожа на трубку от противогаза, а диски, находящиеся внутри, составляют упругий каркас, придающий стреле необходимую устойчивость. Каждый диск жестко соединен по всему периметру с эластичными стенками стрелы. Диски у противоположных стенок пронизаны стальными канатами. Если тянуть то за один канат, то за другой (для этого на поворотной платформе крана имеются гидроцилиндры и соответствующие механизмы), стрела будет изгибаться самым причудливым образом. Захват с грузом на такой стреле может проникнуть не только в окно, но даже в подвал строящегося дома («Новое в жизни, науке, технике». Серия «Техника», 1988, № 6, с.28).

Примеры на введение гибких элементов:

Типичный пример на динамизацию: а.с.1069662: рабочий орган центробежного разбрасывателя, в котором с целью повышения равномерности распределения удобрения путем регулирования угла установки лопаток, лопатки закреплены на эластичной камере с жидкостью; угол наклона лопаток меняется при изменении количества жидкости в камере.

А.с.675134: Штамп 1 бьет не по хрупкому стакану 2, а по мешку с песком 3, который и давление распределяет равномерно и торцы стакана защищает.

Вообще, надо помнить, что нет абсолютно жестких конструкций любую можно согнуть на определенный угол. Хороший прием: чтобы жесткий элемент сделать более гибким, увеличивают его длину. Например, при строительстве трубопроводов надо часто стыковать участки длиной в сотни метров. Но сварочные головки автомата действуют только в 1/4 окружности, повернуть весь трубопровод нельзя, поэтому низ стыка сварить невозможно (приходится применять ручную сварку). По а.с. 340495 предложено закручивать трубы на 180 град это никак не отразится на трубопроводе большой длины.

Тот же прием использован в а.с. 901377 создан путеукладчик (рис. 23), который одновременно снимает старые рельсы со шпалами и укладывает новые; длина заменяемых участков 800 м, поэтому их свободно изгибают спиралью, размещая на одних и тех же платформах.

В дозаторе сыпучих материалов шнек выполнен из эластичного материала. Это позволяет регулировать шаг шнека (а.с. 222 781).

Чем жестче требования к системе, тем быстрее она динамизируется. Например, требования к точности машин долгое время не менялись (до 20 века) и однажды найденные технические решения оставались неизменными, удовлетворяли потребностям, но как только потребовалось увеличение ГПФ, так и узлы станков начали интенсивно совершенствоваться.

Источник

Линия 8. Динамизация

В общем случае динамичность конструкции предполагает изменение каких-то параметров системы: температуры, давления, скорости, степени подвижности и т.п. В простейшем случае можно говорить о динамизации системы за счёт увеличения подвижности её элементов. Динамизация позволяет сделать систему управляемой, приспособленной к изменению условий её функционирования. Появляется возможность настраивать элементы системы на оптимальный режим работы, точнее согласовывать её параметры с изменяющимися требованиями со стороны окружающей среды.

Именно на этом этапе преобразований системы необходимо проверить, есть ли возможность изменять параметры её элементов. Степень динамичности параметров элементов выбирается в зависимости от конкретных условий работы элемента системы. В случае необходимости жёсткие связи заменяются подвижными, гибкими, поля заменяются более динамичными. Например, постоянное магнитное поле можно заменить на изменяемое, создаваемое электромагнитом.

Чтобы обеспечить подвижность частей системы, необходимо иметь для этого ресурсы, то есть если система состоит из одного объекта, то динамизировать его можно, только меняя какой-то параметр, характеризующий работу всего этого объекта.

Дополнительные возможности для динамизации появляются, когда в системе есть несколько объектов и можно обеспечить их подвижность друг относительно друга. Таким образом, динамизация системы, наряду с обеспечением оперативного управления, — важнейшее действие в иерархии преобразований, непосредственно подготавливающее полное согласование всех частей системы между собой и самой системы с окружающей средой.

Напомним иерархию действий при преобразовании системы на примере обыкновенной двери. Чтобы получить дверь, нам можно действовать так: отделить от стены её кусок (Дробление), равный по размеру будущей двери, и сделать его более тонким и лёгким (Согласование формы, размеров и расположения элементов). Если мы прикрепим дверь к образовавшемуся проёму при помощи жёстких связей, открываться она не будет. Следовательно, нам надо выполнить собственно динамизацию, т. е. предусмотреть крепление двери при помощи шарниров.

Далее нужно предусмотреть способ легко открывать и закрывать её (Управляемость) и продумать, когда дверь должна быть открытой, а когда закрытой (Согласование работы элементов системы).

Первый шаг линии «Динамизация» соответствует варианту системы, в котором её части жёстко скреплены между собой. Линия может включать следующие шаги:

Для конкретизации выполнения каждого перехода проектировщику необходимо постоянно собирать информацию о связях различных типов. Например, для варианта преобразования «гибкая связь» это могут быть связи как с различной степенью гибкости, так и с различными степенями свободы.

Шаги линии развития “Динамизация”

Пример. Динамизация зубной щётки

Крепление головки зубной щётки к её ручке, бывшее ранее монолитным, жёстким, заменяется шарнирным, которое допускает изгиб в небольших пределах.

Следующий вариант – два шарнира, которые значительно повышают подвижность. Следующий шаг – «гармошка» – гофрированный участок пластмассы, увеличивающий гибкость соединения. Чтобы в углублениях гармошки или шарниров не собиралась грязь, участок соединения делают монолитным, гладким, но из гибкого, эластичного материала.

Динамизация крепления головки зубной щётки к ручке

В качестве финального шага этой линии можно представить головку щётки, физически отделённую от ручки, но удерживаемую и управляемую магнитным полем. Такая головка будет наиболее приспособляемой и подвижной. На первый взгляд применение магнитного поля для крепления головки зубной щётки выглядит нереалистичным. Тем не менее, такие щётки известны, они обеспечивают мягкое, щадящее воздействие на зубы. Аналогичное магнитное сцепление чистящего и управляющего элементов применяется в устройстве для мойки окон на верхних этажах здания. Мойщик водит рукояткой, в которой спрятан магнит, по внутренней стороне стекла, а по наружной его поверхности синхронно двигается моющая губка, снабжённая таким же магнитом.

220053, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Урожайная, д.9, офис 6

Источник

Что такое динамизация технической системы поясните данное

С первых моментов «жизни» ТС она начинает испытывать на себе воздействия природной среды. Но кроме них она испытывает на себе и потребности, которые предъявляет к ней общество, человек. Вот в этот период и начинается для «молодой» технической системы великая «драма идей» (изобретательства с целью «ухода» от претензий). Она «ломается», вначале поддаваясь и приспосабливаясь к силе окружающей среды, затем, используя ее силу, направляет ее против самой же среды, и, наконец, «ломает» саму среду, изменяя её так, как это нужно ТС или человеку. В противном случае она не проходит отбор, производимый человеком, и «погибает», не успев развернуться в сложную систему и дать многообразие своего вида.

Этот этап в жизни технических систем называется динамизацией [1]. Для современных технических систем эта тенденция является определяющей и главной [3].

Поясним это на примерах.

4.2. ОБЩАЯ СХЕМА ДИНАМИЗАЦИИ

4.2.1. Эмпирическая схема динамизации.

Итак, рано или поздно все технические системы неизбежно должны пройти этап динамизации [3]. Само по себе введение подвижных связей между частями ТС становится тривиальным, оно известно из курса теории машин и механизмов. Но ТС многоранговые системы и могут находиться как на макро-, так и на микроуровне. Это было показано на примерах в предыдущем разделе. Очевидно, что на разных уровнях динамизация должна иметь свои особенности.

Сравним несколько изобретений.

«Было» до динамизации

«Стало» после динамизации

Свая, состоящая из жесткого железобетонного или металлического ствола

Опора для шпалерных насаждений, выполненная в виде столба для крепления шпалерной проволоки.

Устройство для защиты плавучего дока от битого льда содержащее заградительный экран, смонтированный между башнями у торца дока и приводной механизм.

Способ получения рельефных изображений на ферромагнитных металлических изделиях путем удаления незащищенных шаблоном участков металла, например, режущим инструментом.

А.с. СССР 472 821 (БИ: 21-1975). отличающийся тем, что, с целью повышения производительности труда, изделие помещают в магнитное поле, а удаление незащищенных шаблоном участков осуществляют ферромаг-нитным абразивным порошком, при этом изделие и магнитное поле перемещают одно относительно другого.

Мишенная установка для стрельбы из лука, содержащая мишень, мат-поглотитель и опорную стойку.

А.с. СССР 1 068 693 (БИ, 3-1984). отличающаяся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик установки, мат-поглотитель выполнен в виде кольцевого электромагнита, заполненного сыпучим ферромагнитным материалом.

Изготовление деталей, например, отражательных элементов автомобильных фар путем последовательной многоступенчатой штамповки.

Мишень: щит, прикрепленный к стойке, шарнирно закрепленной к опоре.

Пат. США 3 859 123 (1975) Мишень: в вертикальной восходящей воздушной струе удерживается шарик, находящийся напротив центра выпуклой поверхности. Рис. 96. Динамизация мишени

Ветроэлектрический агрегат, содержащий колеблющуюся лопасть, соединенную с электрогенератором.

Термоконтактор (см. ТТ-48) тепловой трубы.

А.с. СССР 383973 (1973) см. ТТ-48, с. 32. Рис. 98. Термоконтактор ТТ

Ограничительный элемент для электрохимической обработки поверхности стекла, содержащий струны, покрытие веществом, ионы которого мигрируют в стекло, и механизм их натягивания.

А.С. СССР 578 531. Вихревая труба, содержащая гофрированный конец (для закручивания газа).

А.с. СССР 1 035 356 (БИ, 30-1983). отличающаяся тем, что. с целью повышения эксплуатационной надежности, гофрированный конец выполнен из материала, обладающего «памятью формы».
Труба по п. 1, отличающаяся тем, что для обеспечения саморегулирования горячий конец выполнен секционированным из никелида титана, причем каждая секция имеет различное процентное содержание титана и никеля (меняется температура срабатывания эффекта «памяти формы»). Рис. 100. Динамизация вихревой трубы

Конденсатор переменной емкости, содержащий две обкладки с расположенными между ними диэлектриком и узел регулирования температуры диэлектрика.

В приведенных примерах ТС динамизированы на разных уровнях, но в них четко заметна тенденция направленная на повышение степени динамичности систем. Сначала динамизируется структура системы, затем, когда исчерпываются возможности динамизации структуры на макроуровне, происходит переход к динамизации вещества элементов системы на микроуровне. Причем каждый такой переход является разрешением противоречия между ТС и претензиями ОС.

4.2.2. Теоретическая схема динамизации.

Сила любой теории, любых теоретических построений определяется прежде всего возможностью выводить основные положения из посылок теории и прогнозировать те или иные тенденции в развитии объектов исследования, основываясь на положениях и следствиях теории. Кроме того, любая эмпирически найденная закономерность, проверенная на большом фактическом материале, должна вытекать из предлагаемой теории. Это в полной мере относится к ТРИЗ и ТРТС.

Рис. 102. Динамизация технических систем

Модель эволюции ТС, описанная в главе 2, отражает процесс развития ТС от моносистемы к моносистеме’ (штрих). В этот период происходит и динамизация ТС. Следовательно, основываясь на вышесказанном, из модели эволюции должна вытекать описанная выше схема динамизации ТС.

Рис. 103. Место динамизации в процессе свертывания (идеализации) систем

Рис. 104. Динамизация на иерархической схеме волны идеализации

Теперь, если рассмотреть любую область (по моно-, би-, поли- и сложным системам) и провести линию, по которой происходит поглощение ТС идеальным веществом и переход с макро- на микроуровень, то получим основные точки более полной (теоретической) схемы динамизации (рис. 105).

Рис. 105. Теоретическая схема динамизации

Кратко разберем полученную схему.

Переход ТС с макро- на микроуровень проходит три крупных этапа: макро-, мезо- и микро-. Многочисленные взаимодействия сочетаний разных зон мезоуровня наиболее ярко демонстрируют интенсивный поиск новых функций и подсистем ТС (точки: ПЖ, ПГ, ЭГ и т.д.), которые затем воплощаются в вещество на микроуровне. То же самое можно сказать и о макроуровне. «Ломка» ТС также нужна для поиска новых функций и подсистем ТС (точки: 2, 3, 4), которые затем воплотятся в ТС, ПС или вещество на мезоуровне. Также и «дробление» вещества ТС на микроуровне нужно для поиска новых функций и свойств вещества, как и в предыдущих уровнях, чтобы потом применяться в измененной системе на макроуровне.

Анализ патентного фонда, отражающего динамизацию на мезоуровве показывает, что каждое из сочетаний имеет цепочку динамизаций, направленную с макро- на микроуровень, за счет «дробления» композита.

Особенности динамизации ТС на разных уровнях вызваны особенностями самих уровней. Так, на микроуровне: исходная ТС делится на части, каждая из которых после объединения их в систему (би, поли- и сложные ТС) должна иметь смещенные друг относительно друга физические, химические или геометрические характеристики. То же частично относится и к мезоуроввю и в самом общем виде к макроуровню. Однако для всех уровней характерно то, что обязательной операцией при динамизации является деление ( дробление ) системы на части или отделение оперативной зоны от системы, изменение их при необходимости и объединение их в систему с помощью подвижных (вещественных, полевых) или жестких связей.

Динамизация ТС при переходе с макро- на микроуровень требует не только увеличения степени подвижности вещественной составляющей ТС, но и ее полей. Привлечение полей в ТС повышает степень управляемости системы, именно с помощью динамизированных полей осуществляется возможность управлять изменением вещества. Например, переход от «жидкой» системы к системе с управляемой магнитной жидкостью.

Из схемы также следует, что при определенной степени динамизации возможна и динамизация полей полями. Но интересные решения в этой области, по всей видимости, дело будущего, когда удастся достичь такого уровня организации материи, при котором на воздействия претензий ОС в виде поля ТС будет откликаться полем с более высокой организацией.

На приведенной на рис. 105 схеме динамизации почти для каждой точки приведен свой пример, текст которого в работе не приводится.

Следует также отметить, что данная схема приемлема для динамизации ТС на любом этапе усложнения. Например, Би-ТС или Поли-ТС также проходят все этапы динамизации, характерные для моносистемы. В зависимости от конкретных условий, претензий ОС, а также потребностей со стороны человека, ТС динамизируется по наиболее приемлемой ей цепочке.

4.2.3. Цепочки динамизации технических систем.

4.2.3.1. Динамизация ТС взаимодействующих с ОС

Говоря о динамизации как о неизбежном этапе развития ТС, можно отметить, что все ее особенности и закономерности (рис. 105) характерны и для развития конкретных ТС. В частности, это уже было проиллюстрировано на динамизации громкоговорителя и брони.

Претензии ОС действуют на определенных уровнях, поэтому динамизация начинается на тех уровнях, которые испытывают эти претензии. Вначале делается попытка динамизировать всю ТС, а затем и ее пограничного слоя. Иногда делается попытка динамизировать сразу всю систему.

Д-20. А.с. СССР 33 418 (1930). Движитель в форме рыбьего корпуса для судов, глиссеров и т.д., отличающийся тем, что представляет собой приводимые во вращение изогнутые стержни расположенные внутри эластичного корпуса; в целях сообщения этому корпусу при помощи шатунов, связанных со стержнями, волнообразного движения.

Интересна реакция экспертов по поводу этого изобретения: «Мы, судостроители, боремся с гибкостью судов, а вы ищете в ней какие-то динамические возможности. Смело до безумия, но фантастично и неактуально».

Д-21. А.с. СССР 880 870 (БИ, 42-1981, с. 99). Танкер, содержащий корпус с бортами и палубой, отличающийся тем, что, с целью улучшения проходимости, пожарной безопасности и упрощения очистки, нижняя часть бортов выполнена эластичной, при этом корпус выполнен открытым со стороны днища.
2. Танкер по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен подвижным днищем, установленным с возможностью вертикального перемещения относительно бортов.

Даже незначительная динамизация технической системы улучшает выполнение ее ГПФ за счет приобретения дополнительных полезных функций.

Д-22. А.с. СССР 474 457 (БИ, 23-1975). Гидроволновое устройство движущегося плавучего средства. отличающееся тем, что, с целью уменьшения гидродинамического сопротивления каждый из упругих элементов выполнен в виде чешуеобразного подпружиненного рычага и стойки, шарнирно связанных между собой.

Введение подпружиненных упругих элементов позволяет перейти от пассивной адаптации, когда ТС без «сопротивления» принимает организацию ОС, к активной, когда ТС делает попытки «сопротивляться» организации ОС. На первых этапах это неуправляемое сопротивление.

Д-23. А.с. СССР 115 326 (1944). Способ транспортирования жидких грузов, преимущественно нефтепродуктов, по реке и морю в мягких водонепроницаемых и нефтестойких оболочках, отличающийся тем, что, с щелью обеспечения следования заполненной грузом трубчатой оболочки-резервуара за изгибом волновой водной поверхности, заполнение грузом оболочки-резервуара производят с оставлением резервного объема грузовместимости неиспользованным.

Однако при такой гибкости оболочка не способна мгновенно приспосабливаться к быстроменяющейся среде. Нужно было повысить управляемость оболочки. На этом пути было предпринято несколько попыток.

Д-24. А.с. СССР 89 551 (1950). Устройство для изменения каплеобразной формы носовой части судна, отличающееся тем, что с целью изменения обводов носовой части соответственно различным скоростям движения судна и уменьшения волнового сопротивления, в наружной стальной обшивке по бокам носовой части вставлены резиновые диафрагмы, выпучиваемые изнутри давлением воды создаваемым принудительно в носовом отсеке.

Затем, после изобретения материала, имитирующего кожу дельфина, была предпринята попытка приспособить весь корпус судна к претензиям ОС. Материал состоял из двух эластичных упругих пленок, пространство между которыми было разделено поперечными диафрагмами на множество секций заполненных жидкостью. Однако и он был неуправляем и не мог быстро реагировать на все изменения среды. Поэтому был сделан еще один шаг.

Д-25. А.с. СССР 457 629 (БИ, 3-1975). Устройство для снижения сопротивления трения движущегося в воде объекта, например, судна, содержащее эластичную оболочку, охватывающую объект и образующую полости между его корпусом и эластичной оболочкой, которые разделены упругими перегородками и заполнены демпфирующей жидкостью, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности снижения сопротивления трения при движении объекта, на наружной поверхности корпуса объекта установлен индуктор с обмоткой, электрически соединенный с источником тока, а эластичная оболочка выполнена ферромагнитной, взаимодействующей с электромагнитным полем обмотки индуктора, возбуждающим в ферромагнитной оболочке бегущую механическую волну.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в полостях между ферромагнитной оболочкой и корпусом объекта размещены ферромагнитные частицы во взвешенном состоянии в демпфирующей жидкости.

В зависимости от того, на какую «глубину» проникают претензии окружающей среды или общества и определяется оперативная зона динамизации ТС. Рассмотрим это на примере динамизации остова судна, его структуры.

Судно, как одна из старейших систем уже «заполнила» значительную часть схемы диалектики развития ТС (см. рис.66) и динамизации (рис.105). Создано огромное количество изобретений, заключающихся в переходе от моносистемы к би-системе (катамаран), затем тримаран, поли-системе (полимаран) и, наконец, к сложным системам (многокорпусное судно).

Д-26. А.с. СССР 903 242 (БИ, 5-1982). Полимаран, содержащий подводные и надводные средние и крайние поплавки, соединенные между собой профилированными балками, отличающийся тем, что, с целью упрощения сборки-разборки полимарана, он снабжен дополнительными балками, установленными между серединами сечений ближайших пар надводных и подводных поплавков, при этом профилирующие балки, связывающие последовательно подводные и надводные поплавки, образуют в поперечном сечении полимарана замкнутый многоугольник с вершинами углов, направленных наружу.

Рис. 107. Полимаран из поплавков

Д-27. Пат. США 3 289 226 (1966). Плавсредство полимаранного типа, содержащее корпус, шарнирно связанный посредством штанг с поплавками.

Д-28. А.с. СССР 161 247 (БИ, 6-1964). Подводное транспортное судно, корпус которого имеет цилиндрическую корму, отличающееся тем, что, с целью уменьшения осадки судна при его полной загрузке, корпус выполнен из двух раскрывающихся шарнирно сочлененных полуцилиндров.

Для повышения приспосабливаемости к ОС судно делят на части, соединяя последние между собой подвижными связями.

Д-29. А.с. СССР 198 942 (БИ, 41-1977). Подводное транспортное судно (танкер) с корпусом цилиндрической или эллипсоидной формы, отличающееся тем что, с целью уменьшения осадки судна в надводном положении с полной загрузкой при проводке по небольшим глубинам, корпус судна выполнен разъемным на две части по горизонтальной плоскости с выступом в корме нижней части для размещения винта по оси судна.

Д-30. А.с. СССР 893 124 (БИ. 47-1981, с. 288). Морское судно, имеющее подводные торпедообразные корпуса, соединенные с надводным корпусом вертикальными обтекаемыми стойками, отличающееся тем, что, с целью уменьшения осадки судна при швартовке у берега, крепление вертикальных стоек к надводному корпусу выполнено подвижным по высоте с помощью штырей и замков, причем подводные корпуса снабжены балластными цистернами.

Д-31. А.с. СССР 524 728 (БИ, 30-1977). Катамаран, содержащий два корпуса, соединенных между собой шарнирно поперечными рычагами с силовыми цилиндрами, причем штоки силовых цилиндров связаны с шарниром, соединяющим поперечные рычаги, и соединительную платформу, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности прохождения узких фарватеров и повышения маневренности катамарана, каждый из поперечных рычагов шарнирно присоединен к борту корпуса, а платформа снабжена колесами, смонтированными на ее продольных краях, при этом платформа выполнена с поперечными пазами, а корпуса снабжены роллами, которые размещены в поперечных пазах платформы.

Рис. 108. Катамаран с подвижными связями.

Д-32. Пат. СССР 8 598 (30.03.1929). Цилиндрическое судно с острой кормой и закругленным носом, характеризующееся тем, что корпус его состоит из металлических цилиндров соединенных друг с другом посредством пружин и закрепленных в общую водонепроницаемую эластичную оболочку, допускающую изгибы корпуса.

Д-33. А.с. СССР 486 938 (БИ, 37-1975). Многокорпусное судно, содержащее базовую грузопассажирскую платформу с надстройкой, под которой в оконечностях и средней части судна размещены корпусы с рулями и движителями, отличающееся тем, что, с целью улучшения маневренных качеств, корпусы, расположенные в оконечностях судна, установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей.

Рис. 109. Многокорпусное судно.

Д-34. Пат. Великобритании 1 403 191. Морская транспортная система составлена из большого числа однотипных контейнеров, которые могут комбинироваться.

Ужесточение претензий окружающей среды на макроуровне, как правило, ведет к дроблению системы на подсистемы, каждая из которых выполняет в «миниатюре» ГПФ системы.

Д-35. А. с. 472 846 (БИ, 21-1975). Разборная лодка, корпус которой содержит разборный каркас обтянутый водонепроницаемой оболочкой и концевые части, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения веса и амортизационных свойств носовой и кормовой частей лодки при столкновении с препятствием, разборный каркас установлен в средней части лодки, а концевые части выполнена в виде надувных емкостей.

Переход к гибким конструкциям или системам см. Д-20, Д-21 и Д-23, а также рис.110.

Согласно схеме динамизации (рис.105) на определенном этапе развития ТС возможен переход к подвижной ТС в виде системы из «жидкости». Такие системы пока предлагаются только в научной фантастика.

Очевидно, эти особенности зеркальны относительно плоскости, лежащей между пограничными слоями ТС и ОС. Рассмотрим ряд примеров.

Д-37. А.с. СССР 85 781 (БИ, 8-1951). Глиссер для плавания с применением газовой прослойки, образуемой выпуском выхлопных газов в зареданное пространство, отличающийся тем, что выхлопные газы подводятся и под редан, причем поток газов за редан и под редан регулируется задвижками, установленными на газопроводах.

Д-39. А.с. СССР 318 501 (БИ, 32-1972). Судно с воздушной смазкой днища, выполненное с профилированным днищем и нагнетателем для создания реактивной тяги и подпора воздуха под днищем, отличающееся тем, что, с целью повышения пропульсивных качеств судна, его носовая часть выполнена с каналом, соединенным с днищем через реактивные насадки, а нагнетательное устройство выполнено в виде центробежного насоса, нагнетающего воду в реактивные насадки.

Д-40. А.с. СССР 1 030 238 (БИ, 27-1983). Способ снижения волнового сопротивления судна (и устройство для его осуществления) включающий воздействие на набегающий поток струёй воды, выпускаемой из носовой части судна ниже ватерлинии, навстречу натекающему потоку, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат и стабилизации течения, в месте выпуска струи воды на поток жидкости дополнительно воздействуют газообразным рабочим телом, например, воздухом.

Рис. 111. Способ снижения волнового сопротивления судна.

Д-41. А.с. СССР 954 304 (БИ, 32-1982). Устройство для снижения сопротивления воды движению судна, содержащее эластичную оболочку, прикрепленную с зазором к корпусу судна, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности использования энергии волн для создания воздушной смазки подводной части корпуса судна, оно содержит открытые снизу воздушные отсеки, размещенные на днище судна, и ресивер, сообщенный с этими отсеками посредством невозвратных клапанов по трубопроводу, при этом ресивер снабжен системой для раздачи воздуха по поверхности корпуса судна под водой, а каждый из воздушных отсеков перекрыт снизу частью упомянутой эластичной оболочки, которая выполнена в виде плоской замкнутой камеры, заполненной жидкостью, и снабжен напорным трубопроводом для подачи воздуха в этот отсек с невозвратным клапаном.

Для создания измененного пограничного слоя из воздуха частично используется энергия претензий окружающей среды непосредственно воздействующих на динамичный пограничный слой (эластичную оболочку) ТС.

Это видно также из следующих примеров.

Делались также попытки управлять процессом образования пузырьков путем применения простейших физэффектов.

Д-43. А.с. СССР 390 999 (БИ, 31-1973). Способ снижения сопротивления воды движению судна. отличающийся тем, что тело нагревают в последовательно расположенных по его длине зонах до образования вокруг них паровых каверн, смыкающихся с кавитационными.

Или: применением более интересных эффектов, например, эффекта Томса, также позволяющего изменять свойства жидкости.

Д-44. Пат. США 3 435 796. В устройстве, уменьшающем сопротивление подводного аппарата, используется слабый раствор полимера, образующийся в пограничном слое забортной воды при смешении подогретой жидкой смеси либо гранулированного или порошкообразного полимера с морской водой. Подогретая жидкая смесь представляет собой дисперсию макромолекул полимера, растворимую в морской воде при температуре окружающей среды, но нерастворимую в воде при температуре выше 70°С. Когда подогретая жидкая смесь попадает в холодную воду при соответствующих условиях окружающей среды, микрочастицы набухают и растворяются, образуя клейкую массу. В пограничном слое обтекаемого потока они образуют молекулярный раствор макромолекул, препятствуя турбулизации потока.

Д-45. А.с. СССР 364 493. Способ снижения гидродинамического сопротивления движению тел, например, судов, путем уменьшения сил трения в пограничном слое, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения его эксплуатационной надежности путем исключения подачи в пограничные слои высокомолекулярных составов, в пограничном слое создают электромагнитное поле, генерирующее комплексы молекул.

Д-46. В.Н.Журавлева. «Снежный мост над пропастью» (1969). Предложено изменять вязкость воды (см. рис. 112).

К высокой степени динамичности и управляемости ОС человеком можно отнести переход к системе, описанной в карточке Д-36.

Итак, динамизация ТС, взаимодействующих с ОС, осуществляется в последовательности, отраженной схемой динамизации. Переход от одной характерной точки к другой зависит от конкретных условий и состояний ТС и ОС. Причем при пассивной адаптации, чем больше вводится в систему подвижных связей, тем сильнее адаптация, но меньше управляемость системы извне (из-за возросшей сложности системы при неизменных прежних органах управления). Это противоречие разрешается введением управляемых подсистем или идеального самоуправляющегося вещества.

4.2.3.2. Динамизация ТС взаимодействующих с технической средой.

В качестве системы динамизирующейся в технической среде проанализирован электрод-инструмент для электрохимической обработки. Это электропроводный стержень (электрод), имеющий определенную форму. Для обработки изделия в место обработки после установки электрод-инструмента подают электролит. При этом изделие обычно служит вторым электродом. Для непрерывного течения процесса электрохимической обработки необходимо постоянно обновлять электролит.

Д-47. А.с. 332 994 (БИ: 11-1972). Способ электрохимической обработки полостей с переменной площадью сечения, осуществляемый на прошивочных станках в открытой ванне с электролитом, перемещающимся электродом-инструментом, выполненным со щелями для подачи электролита, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности обработки, подачу электрода-инструмента регулируют подачей электролита в зону обработки путем последовательного раскрытия щелей в электрод-инструменте по мере углубления его в обрабатываемую полость.

Д-48. А.с. СССР 554 125 (БИ, 14-1977). Электрод-инструмент для электрохимической обработки полостей с переменной площадью сечения, включающий полый корпус со щелями и гибкую заслонку, перекрывающую щели, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фиксирования заслонки относительно щелей, в нем заслонка выполнена в виде эластичной ленты, прикрепленной к корпусу электрода-инструмента посредством сухарей, нижний из которых соединен с подпружиненным упором.

Д-49. А.с. СССР 841 891 (БИ, 24-1981). Катод-инструмент для электрохимической размерной обработки сложных поверхностей с малой кривизной с рабочей частью выполненной многослойной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, внутренний слой выполнен из материала с большим коэффициентом линейного расширения по сравнению с наружным токопроводящим слоем, а в местах перегиба внутреннего слоя установлены регулируемые источники тепла и датчики положения профиля.

Д-51. А.с. СССР 737 186 (БИ, 20-1980, с. 71). Электрод-инструмент для размерной электрохимической обработки поверхностей с переменной площадью сечения, включающий корпус со щелями для подачи электролита, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей инструмента, а также стабилизации гидродинамического режима, рабочая часть электрода-инструмента выполнена из одной или нескольких параллельных полос токопроводящих сплавов, обладающих эффектом памяти формы, причем в память сплавов предварительно задана требуемая форма полос, а к корпусу полосы прикреплены посредством серег.

Д-52. А.с. СССР 385 707 (БИ, 26-1973). Пластинчатый электрод-инструмент для обработки плоских поверхностей, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности изменения величины покрываемой им площади, он выполнен в виде нюргбергских ножниц, один ряд звеньев которых изготовлен из токопроводящего материала, а второй из диэлектрика.

Затем для лучшей адаптации к плоской поверхности, перешли к плоской гибкой ленте. Но такая конструкция не позволяла менять активную поверхность электрода-инструмента: для обработки различных поверхностей нужен был набор таких лент. Требовался следующий шаг по пути динамизации ТС. Здесь необходимо остановиться на одной особенности гибких динамичных систем (упругих). Для повышения полезно-функциональных свойств системы, а также увеличения ГПФ, используют различные геометрические эффекты, например, переход от ленты к спирали, кольцу, ленте Мёбиуса и т.д.

Д-54. А.с. СССР 212 403 (БИ, 9-1968). Бесконечный ленточный электрод-инструмент с двухсторонней режущей кромкой, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости электрода-инструмента и производительности процесса резания, концы ленты соединены так, что у нее не различаются наружная и внутренняя поверхности, вследствие чего каждая кромка ленты становится продолжением другой, т.е. при неизменной длине ленты длина режущей кромки увеличивается вдвое (лента Мебиуса(.

Д-55. А.с. СССР 304 104 (БИ, 17-1971). Ленточный электрод-инструмент для электрохимической обработки, выполненный из сетчатых металлической и диэлектрической лент, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, инструмент дополнительно снабжен второй диэлектрической сетчатой лентой, прикрепленной к металлической так, что последняя расположена между двумя диэлектрическими.

Вторая диэлектрическая сетчатая лента введена для устранения отрицательных эффектов излишней гибкости металлической ленты.

Приведенные цепочки динамизаций одного вида ТС показывают большое разнообразие электродов-инструментов предназначенных для обработки различных изделий и поверхностей.

Далее также приведены примеры этого многообразия.

Причем некоторые из электродов-инструментов еще не прошли этап динамизации, а другие прошли его, но на новом витке развития стали вновь «жесткой» моно’-ТС.

Д-58. А.с. СССР 297 250 (БИ, 25-1973). Станок для электроэрозионной размерной обработки поверхностей изделий. отличающийся тем, что, с целью компенсации износа электрода-инструмента и сохранения его формы, электрод-инструмент установлен на валу с возможностью упругого осевого перемещения, ограничиваемого в направлении на изделие.

Неравномерность развития частей ТС приводит к тому, что одновременно в одной ТС может идти процесс динамизации ее частей и идеализации путем совмещения функций в одной подсистеме за счет вытеснения из нее лишних веществ (подсистем).

Д-59. А.с. СССР 1 016 130 (БИ, 17-1983). Электрод-инструмент для электроэрозионной обработки отверстий, выполненный в виде стержня с установленной на нем пружиной, внутренний диаметр которой равен диаметру стержня, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и обработки за счет улучшения условий эвакуации продуктов эрозии из рабочей зоны, пружина выполнена полой.

Д-61. А.с. СССР 139 913 (БИ, 14-1961). Инструмент для электроэрозионной обработки с точечным контактом, отличающийся тем, что, с целью уменьшения влияния износа на точность копирования, он снабжен конусным наконечником, охватываемым движущейся металлической лентой, являющейся электродом.

Для повышения адаптации ТС к обрабатываемому изделию электрод-инструмент делят на части, соединяя их затем подвижными связями.

Д-63. А.с. СССР 144 719 (БИ, 3-1961). Фасонный электрод-инструмент для электроэрозионных станков, отличающийся тем, что, с целью его универсализации и снижения стоимости, он выполнен в виде пучка элементарных электродов произвольного сечения, обеспечивающего возможность протекания электролита между электродами пучка, и фиксируемых держателем таким образом, что торцовая рабочая поверхность пучка воспроизводит конфигурацию обрабатываемой поверхности.

Д-65. А.с. СССР 295 644 (БИ, 8-1971). Катод для электрохимической обработки деталей, преимущественно тел вращения, отличающийся тем, что, с цельно достижения его универсальности, он образован гибкой лентой, навернутой рулоном на конец трубы с натягом, допускающим деформацию рулона в осевом направлении для образования на торце необходимой формы.

Д-66. А.С. СССР 511 178 (БИ, 15-1976). Электрод-инструмент для электрохимического шлифования и полирования криволинейных поверхностей, выполненный в виде диэлектрического притира, укрепленного на токопроводящей головке, отличающийся тем, что, с целью сохранения постоянным межэлектродного зазора при обработке криволинейных поверхностей, токопроводящая головка выполнена в форме металлической пружинной подушки, а диэлектрический притир выполнен в виде сетки, натянутой на подушку.

Рис. 114. Электрод-инструмент для обработки криволинейных поверхностей.

Адаптация электрода-инструмента к изменению режима обработки путем динамизации параметров поля приведена в карточке ТТ-56.

Итак, динамизация ТС в технической среде в целом не отличается от динамизации ТС в окружающей (природной) среде. При динамизации технической системы-инструмента обязательным условием является превышении организации инструмента над организацией изделия. В других случаях взаимодействия ТС, когда это взаимодействие «неантагонистично», динамизация систем осуществляется в соответствии с законом согласования (соответствия) организаций ТС.

Как и при динамизации в ОС, ТС-инструмент или просто ТС, стремится максимально использовать те поля, которые имеются в системе и те, которые являются «отходами» имеющихся полей.

Отмеченные особенности можно проследить и на динамизации тепловой трубы (см. рис.115).

Формально это условие может быть записано в виде уравнения.

Рис. 116. Характер адаптации ТС в процессе динамизации.

Вот типичный пример.

По одному нефтепроводу нужно было перекачивать нефть с разными физико-химическими свойствами так, чтобы она не смешивалась. Обычно для этой цели применяют различные разделители с манжетами, дисковыми и щеточными уплотнителями и т.д. Но и они не предотвращают смешение нефти и плохо проходят через углы поворотов, насосные установки и т.п.

Эти условия задачи были опубликованы в «Комсомольской правде» 31.06.80 Один из НИИ Москвы предложил «новое» решение проблемы. Намечалось разработать конструкцию поплавка-разделителя и изготовить испытательный стенд, имитирующий условия нефтепровода. Бесперспективно, дорого, долго.

Эта задача была решена применением закона динамизации (тогда еще приема динамичности). Рассмотрим решение данной проблемы, с точки зрения предложенной схемы динамизации.

Таким образом, знание закона динамизации позволяет решать не только «ближние» задачи, но и прогнозировать их на несколько точек вперед. При этом направление динамизации технических систем определяется основными тенденциями их развития (динамизируется часть ТС испытывающая наибольшие претензии внешней среды). Местоположение оперативной зоны динамизации в иерархии ТС зависит от глубины проникновения в систему «претензий» окружающей среды (внешней и технической) и потребностей человека. Причем, в характерных точках динамизация основана на физических, геометрических и химических эффектах и их сочетаниях. Чем выше точка динамизации (на схеме), тем «тоньше» и управляемее используемый эффект.

4.2.5. Физические, химические и геометрические эффекты на этапе динамизации технических систем.

Примеры применения ФЭ, ХЭ и ГЭ на этапе динамизации отражены в карточках: Д-15, 16, 17, 18, 19, 25, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 60.

4.2.6. Взаимосвязь динамизации с законами развития технических систем.

Динамизация, как один из механизмов идеализации технических систем, является сложным процессом связанным со многими тенденциями и законами развития ТС. Об этом говорилось во многих разделах данной работы. Поэтому здесь остановимся лишь на некоторых.

Одной из тенденций, проявлявшейся в процессе динамизации, является тенденция деления ТС на части и объединения их подвижными связями, затем дальнейшее деление системы на части, смещение характеристик этих частей и объединение их в новую систему. При этом перечисленные операции сопровождаются увеличением неоднородности объединяемых частей и переходом системы на микроуровень, который сопровождается идеализацией её вещества (см. гл. 3). Причем, на мезоуровне определяющей тенденцией является увеличение степени дисперсности и переход к композитам.

Проникновение претензий ОС на разную глубину иерархии ТС и взаимодействие их с разными частями системы приводит к неравномерному развитию частей технической системы. Это является отражением закона неравномерности развития частей системы на этапе динамизации.

4.2.7. Антидинамизация.

До сих пор речь шла о том, что с развитием технических систем повышается степень их динамичности. В систему вводятся гибкие, подвижные связи, позволяющие ей лучше приспособиться к взаимодействующей с ней средой. Но вот несколько примеров, когда для лучшей приспосабливаемости системы повышают ее жесткость.

Например, чтобы воздухо-опорное сооружение надежно противостояло натиску ветра, по а.с. СССР 528 373 к шатру крепят элементы жесткости в виде колец переменного сечения, накачанных подобно шинам велосипеда. А для управления жесткостью шланга по а.с. СССР 934 143 его гибкий изолирующий материал выполнен пористым и пропитан электрореологической суспензией.

Еще один пример.

А.с. СССР 479 871: стойка шахтной крепи, включающая пневматический баллон, соединенный с верхним и нижним основаниями, отличающаяся тем, что, с целью увеличения жесткости крепи, основания снабжены дисками с фиксаторами угла поворота и шарнирно укрепленными стержнями, которые расположены наклонно относительно оси стойки.

Борьба и единство двух тенденций сопутствуют развитию ТС на любом этапе динамизации. На макроуровне вначале растет динамизация структуры ТС, но сохраняется антидинамизация частей и вещества системы. При переходе на микроуровень, наоборот, на макроуровне система становится жесткой, а на микроуровне становится подвижной структура вещества и его подсистем.

4.3. ДИАЛЕКТИКА ДИНАМИЗАЦИИ.

Рис. 117. Диалектика динамизации: динамизация-антидинамизация ТС.

Возникающие при этом противоречия разрешаются следующими путями:

1. Уходом от претензий ОС путем изменения ТС таким образом, чтобы на измененную ТС эти претензии не действовали и отпала необходимость в согласовании организаций ТС и ОС. Обычно это достигается сменой уровня соответствия организаций ТС и ОС или объединением ТС с другой системой, при условии, что это нарушит соответствие организаций. Примерами этого является, в частности, гигантизм ТС (восьми ствольная винтовка и др.). Сюда же относится и путь изменения параметров ТС или диапазона ее действия.

Д-67. А.с. СССР 992 710 (БИ, 4-1983, с. 144). Способ подводного бетонирования, включающий подачу в воду бетонной смеси через трубу, отличающийся тем, что, с целью повышения качества бетонирования конструкций путем исключения расслаивания бетонной смеси при бетонировании, перед подачей бетонной смеси производят ее вспенивание посредством перемешивания с технической пеной.

Например, ледокол по а.с. СССР 560 788 разделен на две части, которые находятся над и подо льдом, а через лед движутся только режущие пилоны. Система еще не динамизирована, но следующим шагом может быть введение подвижной связи между над- подводной частью ледокола и пилонами, что позволит ему адаптироваться к различным условиям плавания.

Здесь следует отметить, что смена среды ТС приводит и к смене формы или структуры ТС, адаптированных к новой среде. Например, самолет имеющий скорость в 20 раз превышающую звуковую и, поэтому летающий в самых верхних слоях атмосферы, должен иметь форму усеченного цилиндра.

Д-68. А.с. СССР З12 788 (БИ-26-1971). Аппарат на подводных крыльях, содержащий корпус и попарно расположенные по бортам крыльевые комплексы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения сопротивления, одновременного получения подъемной и движущей силы и обеспечения стабилизации судна, каждый крыльевой комплекс выполнен в виде винта с несущими подводными крыльями-лопастями, диск вращения которого расположен наклонно к поверхности воды, шпангоута и имеет привод вращения.

Рис. 118. Аппарат на подводных крыльях-лопастях.

3. Изменением ТС или ОС путем изменения и приведения их организаций в соответствие между собой.

Д-69. А.с. СССР 812 281 (БИ, 10-1981). Устройство для реабилитации стопы при переломах, содержащее супинатор, отличающееся тем, что, с целью возможности лечения всех переломов костей стопы и исключения осложнений, супинатор снабжен соединенным с ним с помощью шарниров основанием, а между ними установлены цилиндрические пружины.

Такая конструкция позволяет адаптировать стопу к движению.

Если нет необходимости менять ТС, то изменяют ее пограничный слой или пограничный слой ОС.

Д-70. А.с. СССР 931 198 (БИ, 20-1982). Устройство для тушения пожаров, содержащее закрепленные на металлическом каркасе покрывало из огнестойкой ткани, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы и безопасности обслуживающего персонала, каркас состоит из гофрированных параллельных полос из материала, обладающего памятью формы.

Источник

• ← Что такое динамизация технической системы поясните данное понятие известными вам примерами
• Что такое динамизация технической системы поясните →