Закономерности развития технических систем Закономерности тенденции развития ТС

Закономерности развития технических систем Закономерности тенденции развития ТС – выявленные устойчивые последовательных изменений характеристик функционирования или строения ТС, ведущие к улучшению потребительских свойств ТС Закономерности развития ТС могут быть использованы для определения перспективных направлений развития ТС, а также непосредственной генерации конкурентоспособных решений на всех этапах жизненного цикла ТС (изготовления (производства), эксплуатации, хранения, утилизации и захоронения) Слайд 1

Перечень основных закономерностей развития технологий, техники, изделий 1. Закономерность изменения свойств поверхностей объектов 2. Закономерность перехода на новые виды преобразуемых энергии или поля 3. Закономерность перехода на новые виды механического движения и изменения числа степеней свободы движения 4. Закономерность изменения геометрических характеристик механического контакта объектов 5. Закономерность перехода на новые виды функциональной структуры Слайд 2

Перечень основных закономерностей развития технологий, техники, изделий (продолжение) 6. Закономерность изменения геометрических характеристик и свойств симметрии 7. Закономерность изменения пространственного распределения свойств вещества объекта и их анизотропии 8. Закономерность изменения характеристик пустого пространства и внутренней структуры вещественных объектов 9. Закономерность перехода на новые виды соединения структурных элементов Слайд 3

Закономерность качественного совершенствования конструктивнотехнологических свойств ТС при изменении свойств поверхностей объектов Этапы закономерности: [1. 1] Гладкая поверхность [1. 2] Поверхность с неровностями произвольной формы, расположенными хаотично, или шероховатая поверхность [1. 3] Поверхность с неровностями определенной (заданной) формы, расположенными хаотично, или неровностями произвольной формы, расположенными упорядоченно [1. 4] Поверхность с неровностями определенной (заданной) формы, расположенными упорядоченно [1. 5] Поверхность с углублениями или сквозными отверстиями неправильной или правильной формы, расположенными по поверхности хаотично или упорядоченно [1. 6] Поверхность c контактными свойствами, определяемыми химическим составом и молекулярной (или нано-) структурой вещества поверхности (антифрикционными, адгезионными, адсорбционными, отражающими и т. п. ) или характеристиками подповерхностного материала (намагниченность, высокая впитывающая способность, упругость и т. п. ) [1. 7] Поверхность с изменяющимися свойствами [1. 8] Поверхность с управляемыми свойствами [1. 9] Полиповерхность (несколько непосредственно примыкающих или разделенных вырезами участков поверхностей с различными свойствами, образующих поверхность элемента) Слайд

Пример обобщенного описания закономерности развития ТС Закономерность развития (качественного совершенствования) ТС при изменении внешних или внутренних свойств рабочих поверхностей ТС, заключающаяся в том, что развитие ТС происходит при реализации в ней новых свойств поверхности, характеризующегося изменением сначала внешних свойств поверхности (сначала количественных, затем качественных характеристик, например, от повышения гладкости поверхности к использованию естественных, затем созданию на ней искусственных выпуклостей или углублений, сначала упорядоченных, затем неупорядоченных размеров и форм), затем изменением внутренних свойств материала поверхности (сначала с фиксированными параметрами, затем с произвольно настраиваемыми параметрами) Слайд 5

Закономерность качественного совершенствования конструктивно-технологических свойств ТС при переходе на новые виды преобразуемой энергии или поля Этапы закономерности: [2. 1] Преобразование биологической (мускульной) энергии [2. 2] Преобразование внутренней механической энергии (потенциальной, в т. ч. преобразование градиента гравитационного поля, и кинетической) [2. 3] Преобразование внутренней термодинамической энергии (градиента температуры) [2. 4] Преобразование градиента электромагнитного поля или градиента концентрации (химической энергии) [2. 5] Преобразование ядерной энергии [2. 6] Преобразование энергии (импульса) излучения Слайд

Закономерность качественного совершенствования конструктивно-технологических свойств технических систем при переходе на новые виды механического движения или при изменении числа степеней свободы движения Этапы закономерности (переход на новые виды механического движения): [3. 1. 1] Равномерное горизонтальное поступательное движение [3. 2. 1] Равномерное поступательное движение, отклоненное от горизонта [3. 3. 1] Равномерное горизонтальное вращательное движение [3. 4. 1] Равномерное вращательное движение, отклоненное от горизонта [3. 5. 1] Равномерное сложное движение в горизонтальной плоскости [3. 6. 1] Равномерное сложное движение в плоскости, отклоненной от горизонта [3. 7. 1] Равномерное сложное пространственное движение [3. 1. 2] Равноускоренное (равнозамедленное) горизонтальное поступательное движение [3. 2. 2] Равноускоренное (равнозамедленное) поступательное движение, отклоненное от горизонта [3. 3. 2] Равноускоренное (равнозамедленное) горизонтальное вращательное движение [3. 4. 2] Равноускоренное (равнозамедленное) вращательное движение, отклоненное от горизонта [3. 5. 2] Равноускоренное (равнозамедленное) сложное движение в горизонтальной плоскости [3. 6. 2] Равноускоренное (равнозамедленное) сложное движение в плоскости, отклоненной от горизонта [3. 7. 2] Равноускоренное (равнозамедленное) сложное пространственное движение [3. 1. 3] Неравномерное горизонтальное поступательное движение [3. 2. 3] Неравномерное поступательное движение, отклоненное от горизонта [3. 3. 3] Неравномерное горизонтальное вращательное движение [3. 4. 3] Неравномерное вращательное движение, отклоненное от горизонта [3. 5. 3] Неравномерное сложное движение в горизонтальной плоскости [3. 6. 3] Неравномерное сложное движение в плоскости, отклоненной от горизонта [3. 7. 3] Неравномерное сложное пространственное движение Слайд

Закономерность качественного совершенствования конструктивно-технологических свойств технических систем при переходе на новые виды механического движения или при изменении числа степеней свободы движения (продолжение) Этапы закономерности (изменение числа степеней свободы движения): [3. 0. 1] Отсутствует подвижность [3. 0. 5] Четыре степени свободы [3. 0. 2] Одна степень свободы [3. 0. 6] Пять степеней свободы [3. 0. 3] Две степени свободы [3. 0. 7] Шесть степеней свободы [3. 0. 4] Три степени свободы Слайд

Закономерность качественного совершенствования конструктивно-технологических свойств ТС при изменении геометрических характеристик механического контакта объектов Этапы закономерности: [4. 1] Точка [4. 7] Множество поверхностей [4. 2] Множество точек [4. 8] Комбинация линий и поверхностей [4. 3] Линия [4. 9] Объем [4. 4] Множество линий [4. 10] Множество объемов [4. 5] Комбинация точек и линий [4. 11] Комбинация поверхностей и объемов [4. 6] Поверхность [4. 12] Без контакта Слайд

Пример обобщенного описания закономерности развития ТС Закономерность развития (качественного совершенствования) ТС при изменении геометрических характеристик механического контакта человека или ТС со средой, или с другой ТС, заключающаяся в том, что развитие ТС происходит при увеличении количества точек контакта, причем количество точек контакта стремится от одной к бесконечности (сплошному контакту), а форма контакта усложняется от равномерно или неравномерно расположенных точек, геометрически правильных, а затем неправильных сплошных или прерывистых линий, до плоских или трехмерных поверхностей Слайд 10

Виды функциональных структур ТС Функциональная структура ТС – представление изделия в виде описания технических функций его элементов или подсистем и функциональных связей между ними Выделяют два типа функциональных структур ТС: 1) конструктивная, представляющая собой ориентированный граф, вершинами которого являются наименования элементов, а ребрами – их технически реализуемые функции; 2) потоковая, представляющая собой ориентированный граф, вершинами которого являются наименования элементов изделия или физических операций, а ребрами – входные и выходные потоки вещества, энергии, информации Слайд

Закономерность качественного совершенствования конструктивно-технологических свойств ТС при переходе на новые виды функциональной структуры Этапы закономерности (переход на новые виды конструктивной функциональной структуры): [5. 1. 1] Исходный элемент [5. 1. 2] Добавление к исходному элементу другого элемента [5. 1. 3] Добавление к исходному элементу нескольких элементов [5. 1. 4] Изменение свойств одного или нескольких элементов [5. 1. 5] Удаление одного элемента и передача его функций другому элементу [5. 1. 6] Удаление нескольких элементов и передача их функций другим элементам Слайд

Закономерность качественного совершенствования конструктивно-технологических свойств ТС при переходе на новые виды функциональной структуры (продолжение) Этапы закономерности (переход на новые виды потоковой функциональной структуры): [5. 2. 1] Линейная структура [5. 2. 2] Разветвленная структура [5. 2. 3] Структура типа «звезда» [5. 2. 4] Сетевая структура [5. 2. 5] Структура с замкнутыми ветвями [5. 2. 6] Структура с управляющими элементами [5. 2. 7] Матричная структура [5. 2. 8] «Облачная» структура [5. 2. 9] Динамически изменяющаяся структура Слайд

Закономерность качественного совершенствования конструктивно-технологических свойств ТС при изменении геометрических характеристик и свойств симметрии Этапы закономерности (изменение геометрических характеристик): [6. 1. 1] Точка [6. 1. 2] Множество точек [6. 1. 3] Прямая линия [6. 1. 4] Изогнутая линия [6. 1. 5] Множество линий [6. 1. 6] Плоская поверхность [6. 1. 7] Искривленная поверхность [6. 1. 8] Множество поверхностей [6. 1. 9] Объем [6. 1. 10] Множество объемов Слайд

Закономерность качественного совершенствования конструктивно-технологических свойств ТС при изменении геометрических характеристик и свойств симметрии (продолжение) Этапы закономерности (изменение свойств симметрии): [6. 2. 1] Асимметричность [6. 2. 2] Двусторонняя симметрия [6. 2. 3] Трансляционная симметрия [6. 2. 4] Осевая (аксиальная, n-го порядка) симметрия [6. 2. 5] Центральная (сферическая) симметрия Слайд

Закономерность качественного совершенствования конструктивно-технологических свойств ТС при изменении пространственного распределения свойств вещества объекта и их анизотропии Этапы закономерности: [7. 1] Моносвойства равномерно распределенные [7. 2] Полисвойства с четкой границей и равномерно распределенными свойствами в пределах границ [7. 3] Полисвойства с четкой границей и равномерным распределением (чередованием) областей разных свойств [7. 4] Полисвойства с четкой границей и неравномерным распределением (чередованием) областей разных свойств [7. 5] Полисвойства с «размытой» границей [7. 6] Полисвойства с «размытой» границей и равномерным чередованием областей разных свойств [7. 7] Полисвойства с «размытой» границей и неравномерным чередованием областей разных свойств Слайд

Закономерность качественного совершенствования конструктивно-технологических свойств ТС при изменении характеристик пустого пространства и внутренней структуры вещественных объектов Этапы закономерности (изменение характеристик пустого пространства): [8. 1. 1] Сплошной объект [8. 1. 2] Область пустого пространства без прямого контакта с объектом [8. 1. 3] Область пустого пространства соприкасается с объектом [8. 1. 4] Область пустого пространства частично вклинивается в объект [8. 1. 5] Пустое пространство внутри объекта [8. 1. 6] Раздробленное (разделенное) пустое пространство внутри объекта [8. 1. 7] Сквозная область пустого пространства внутри объекта [8. 1. 8] Несколько сквозных областей пустого пространства внутри объекта [8. 1. 9] Пористая структура объекта [8. 1. 10] Капиллярная структура объекта [8. 1. 11] Цеолитовая структура Слайд

Закономерность качественного совершенствования конструктивно-технологических свойств ТС при изменении характеристик пустого пространства и внутренней структуры вещественных объектов (продолжение) Этапы закономерности (изменение характеристик внутренней структуры): [8. 2. 1] Единичный цельный объект [8. 2. 2] Объект, разделенный на части [8. 2. 3] Объект, разделенный до дисперсной структуры [8. 2. 4] Объект, разделенный до молекул [8. 2. 5] Объект, разделенный до атомов или ионов [8. 2. 6] Объект, разделенный до элементарных частиц [8. 2. 7] Объект, преобразованный в поля и энергию Слайд

Закономерность качественного совершенствования конструктивно-технологических свойств ТС при переходе на новые виды соединения структурных элементов ТС Этапы закономерности: [9. 1] Жесткое неподвижное соединение [9. 2] Жесткое подвижное соединение (шарнирное) [9. 3] Упругое соединение [9. 4] Пластичное соединение [9. 5] Соединение жидкой и/или газовой средой [9. 6] Соединение полем [9. 7] Отсутствие соединения Слайд

Контакт в точке Контакт по линии Контакт по поверхности Контакт по объему ? Слайд 20

Новый движитель, способный преодолевать любое бездорожье (патент РФ на изобретение № 2280562) : в колесном варианте на асфальте (а), движется по воде (б), пересеченной местности (в). 1 – секция обода; 2 – пневматические шипы; 3 – ступица; 4 – устройство отклонения секций Слайд 21

Исследование закономерностей развития ТС Большая часть исследований относится ко второй половине XX века Основоположники в СССР: Г. С. Альтшуллер, Ю. С. Мелещенко, Е. П. Балашов, В. М. Петров, А. И. Половинкин США, ФРГ: Д. Манн, Г. Линде, Б. Хилл Анализ литературы показывает: • отсутствие единой системы закономерностей Бразилия, 2006 г. : • умозрительный характер некоторых гипотез • использование псевдонаучных терминов и понятий • отсутствие достаточной доказательной базы • многие систематики логически не полны • большинство закономерностей объективно устарели Слайд

Литературные источники, посвященные закономерностям развития технических систем • Мелещенко Ю. С. Техника и закономерности ее развития. – Л. : Лениздат, 1970, 248 с. • Балашов Е. П. Эволюционный синтез систем. – М. : Радио и связь, 1985, 328 с. • Каменев А. Ф. Технические системы: закономерности развития. – Л. : Машиностроение. Ленингр. отделение, 1985, 216 с. , ил. • Шпаковский Н. А. Деревья эволюции. Анализ технической информации и генерация новых идей. – М. : ТРИЗ-профи, 2006. – 240 с. : ил. (учебно-методическое пособие). • Башмаков А. И. , Жедяевский Д. Н. , Попов В. В. , Чикичев Д. Н. Методология использования законов и закономерностей развития технических систем как средство для интенсификации и повышения эффективности концептуального проектирования технологий, техники и изделий. - М. : Издательство "НЕФТЬ и ГАЗ", 2013 – 68 с. Слайд

Методика использования закономерностей развития ТС для поиска перспективных направлений совершенствования ТС Выбор технической системы (ТС) для проведения исследования Поиск информации об аналогах выбранной ТС Формирование цепочки развития ТС Выявление соответствий уровней развития ТС, ее аналогов в цепочке и их основных элементов межотраслевым этапам развития Выявление закономерного развития ТС Выявление и описание перспективных направлений совершенствования ТС Описание возможной конструктивно-технологической реализации вариантов совершенствования ТС Слайд 24

Пример выполнения Слайд 25

Методика исследования развития ТС Гипотеза существования закономерности Этап 1 Этап 2 Этап 3 Этап 4 Этап 5 Выявление взаимосвязей Цепочка развития ТС 1 Закономерность, подтвержденная на примере ТС 1. 1 ТС 1. 2 Этап 1 ТС 1. 3 Этап 3 ТС 1. 4 Этап 2 ТС 1. 5 ТС 1. 6 Этап 4 Слайд 26

Пример выполнения Слайд 27

Пример выполнения Слайд

Механизм использования закономерностей Совершенствуемая ТС Выявление соответствия Существует закономерность Стадия 1 Стадия 2 Стадия 3 Стадия 4 Стадия 5 Направление совершенствования ТС N ТС 3 ТС 1 Варианты совершенствования ТС 2 ТС 4 Слайд 29