Süsteemi osade täielikkuse seadus. Süsteemi osade täielikkuse seadus Eric Drexler Nanotehnoloogia: tehnokraatlik utoopia ehk tehnoloogia arengu loomulik etapp

Tehniliste süsteemide arenguseadused, millel põhinevad kõik TRIZ-i leidlike probleemide lahendamise peamised mehhanismid, sõnastas esmakordselt G. S. Altshuller raamatus "Loovus kui täpne teadus" (M.: "Nõukogude Raadio", 1979, lk 122–127) ja neid täiendasid hiljem järgijad.

Uurides tehniliste süsteemide (arengut) ajas, sõnastas Heinrich Altshuller tehniliste süsteemide arenguseadused, mille tundmine aitab inseneridel ennustada võimalusi toodete võimalikuks edasiseks täiustamiseks:

Süsteemi ideaalastme suurendamise seadus.
Tehnosüsteemide S-kujulise arengu seadus.
Dünaamilisuse seadus.
Süsteemi osade täielikkuse seadus.
Energia läbimise seadus.
Tööorgani arenenud arengu seadus.
Üleminekuseadus "mono - bi - polü".
Makrotasandilt mikrotasandile ülemineku seadus.

Kõige olulisem seadus käsitleb süsteemi ideaalsust – TRIZi üht põhimõistet.

Süsteemi ideaalastme suurendamise seadus:

Tehniline süsteem on oma arenduses lähenemas ideaalsusele. Jõudnud ideaalini, peab süsteem kaduma, kuid selle funktsiooni täitmist tuleb jätkata.

Peamised viisid ideaalile lähemale jõudmiseks:

täidetavate funktsioonide arvu suurendamine,
"kokkuvarisemine" töötavasse kehasse,
üleminek supersüsteemile.

Ideaalile lähenedes võitleb tehniline süsteem esmalt loodusjõududega, seejärel kohaneb nendega ja lõpuks kasutab neid oma eesmärkidel.

Ideaalsuse suurendamise seadust rakendatakse kõige tõhusamalt elemendile, mis asub vahetult konfliktipiirkonnas või mis ise tekitab soovimatuid nähtusi. Sel juhul toimub ideaalsuse astme suurendamine reeglina probleemi tekkimise tsoonis olemasolevate varem kasutamata ressursside (ainete, väljade) kasutamisega. Mida kaugemale konfliktipiirkonnast ressursse võetakse, seda vähem on võimalik ideaali poole liikuda.

Tehnosüsteemide S-kujulise arengu seadus:

Paljude süsteemide arengut saab kujutada logistilise kõveraga, mis näitab, kuidas selle arengu kiirus aja jooksul muutub. On kolm iseloomulikku etappi:

"lapsepõlv". Tavaliselt võtab see üsna kaua aega. Hetkel käib süsteemi projekteerimine, viimistlemine, prototüübi tootmine ja seeriatootmise ettevalmistamine.
"õitseb" See paraneb kiiresti, muutub võimsamaks ja produktiivsemaks. Masinat toodetakse masstoodanguna, selle kvaliteet paraneb ja nõudlus selle järele kasvab.
"vanas eas". Teatud aja möödudes muutub süsteemi täiustamine üha keerulisemaks. Isegi suur assigneeringute suurendamine aitab vähe. Vaatamata disainerite pingutustele ei käi süsteemi areng inimeste üha suurenevate vajadustega sammu. Ta peatub, märgib aega, muudab oma väliseid kontuure, kuid jääb selliseks, nagu ta on, kõigi oma puudustega. Kõik ressursid on lõpuks valitud. Kui praegusel hetkel üritada süsteemi kvantitatiivseid näitajaid kunstlikult suurendada või selle dimensioone arendada, jättes endise printsiibi, siis satub süsteem ise vastuollu keskkonna ja inimestega. See hakkab tegema rohkem kahju kui kasu.

Vaatleme näiteks auruvedurit. Alguses oli üsna pikk katseetapp üksikute ebatäiuslike isenditega, mille sissetoomisega kaasnes lisaks ka ühiskonna vastupanu. Sellele järgnes termodünaamika kiire areng, paranemine aurumootorid, raudteed, teenus - ja vedur pälvib avalikkuse tunnustuse ja investeeringute edasiarendusse. Seejärel tekkisid hoolimata aktiivsest rahastamisest looduslikud piirangud: soojusliku efektiivsuse piiramine, konflikt keskkonnaga, võimetus suurendada võimsust ilma massi suurendamata - ja selle tulemusena algas piirkonnas tehnoloogiline stagnatsioon. Ja lõpuks asendati auruvedurid säästlikumate ja võimsamate diiselvedurite ja elektrivedurite vastu. Aurumootor saavutas oma ideaali – ja kadus. Selle funktsioonid võtsid üle sisepõlemismootorid ja elektrimootorid – algul samuti ebatäiuslikud, seejärel kiiresti arenevad ja lõpuks jõudsid oma loomuliku arengupiirini. Siis ilmub teine uus süsteem- ja nii lõputult.

Dünaamilisuse seadus:

Süsteemi töökindlus, stabiilsus ja järjepidevus dünaamilises keskkonnas sõltuvad selle muutumisvõimest. Süsteemi arengu ja seega ka elujõulisuse määrab põhinäitaja: dünaamilisuse aste, st võime olla mobiilne, paindlik, kohaneda väliskeskkonnaga, muutes mitte ainult selle geomeetrilist kuju, vaid ka selle osade, eelkõige tööorgani liikumisvorm. Mida suurem on dünaamilisuse aste, seda laiem on tingimuste vahemik, milles süsteem oma funktsiooni säilitab. Näiteks selleks, et lennukitiib töötaks tõhusalt oluliselt erinevad režiimid lend (tõus, ristlemine, lend maksimaalsel kiirusel, maandumine), seda dünaamitakse, lisades klapid, liistud, spoilerid, pühkimise muutmise süsteem jne.

Alamsüsteemide puhul võidakse aga rikkuda dünaamilisuse seadust – mõnikord on tulusam alamsüsteemi dünaamilisuse astet kunstlikult vähendada, seeläbi seda lihtsustades, ning kompenseerida väiksemat stabiilsust/kohanemisvõimet, luues selle ümber stabiilse tehiskeskkonna, mis on kaitstud välised tegurid. Kuid lõpuks saab kogu süsteem (supersüsteem) ikkagi suurema dünaamilisuse. Näiteks selle asemel, et käigukasti dünaamiliselt saastumisega kohandada (isepuhastuv, isemäärimine, tasakaalustamine), võite selle asetada suletud korpusesse, mille sees luuakse liikuvate osade jaoks kõige soodsam keskkond ( täppislaagrid, õliudu, küte jne)

Muud näited:

Adra liikumistakistus väheneb 10-20 korda, kui selle osa vibreerib teatud sagedusega sõltuvalt pinnase omadustest.
Pöörlevaks rattaks muutuv ekskavaatori kopp sünnitas uue ülitõhusa kaevandussüsteemi.
Metallveljega kõvast puitkettast valmistatud autoratas on muutunud liikuvaks, pehmeks ja elastseks.

Süsteemi osade täielikkuse seadus:

Igal tehnilisel süsteemil, mis täidab iseseisvalt mis tahes funktsiooni, on neli põhiosa - mootor, käigukast, tööelement ja juhtseade. Kui süsteemil mõni neist osadest puudub, täidab selle funktsiooni inimene või keskkond.

Mootor on tehnilise süsteemi element, mis on vajaliku funktsiooni täitmiseks vajaliku energia muundur. Energiaallikas võib asuda kas süsteemis (näiteks bensiin mootoripaagis sisepõlemine auto) või supersüsteemis (masina elektrimootori jaoks välisvõrgust saadav elekter).

Käigukast on element, mis kannab energiat mootorist tööelemendile, muutes selle kvalitatiivseid omadusi (parameetreid).

Töötav keha on element, mis edastab töödeldavale objektile energiat ja täidab vajaliku funktsiooni.

Juhtseade on element, mis reguleerib energiavoogu tehnosüsteemi osadesse ning koordineerib nende tööd ajas ja ruumis.

Analüüsides mis tahes autonoomselt operatsioonisüsteemi, olgu selleks külmkapp, kell, teler või pastakas, näete neid nelja elementi kõikjal.

Freespink. Töökorpus: frees. Mootor: masina elektrimootor. Jõuülekandeks võib pidada kõike, mis jääb elektrimootori ja lõikuri vahele. Juhtimisvahendid - inimoperaator, käepidemed ja nupud või programmijuhtimine (arvutiga juhitav masin). Viimasel juhul "tõrjus" tarkvara juhtimine inimoperaatori süsteemist välja.

Energia läbimise seadus:

Seega koosneb iga töötav süsteem neljast põhiosast ja mis tahes neist osadest on energia tarbija ja muundur. Kuid muundamisest ei piisa, see energia tuleb ka mootorist ilma kadudeta tööelemendile ja sealt töödeldavale objektile üle kanda. See on energia läbimise seadus. Selle seaduse rikkumine toob kaasa vastuolude tekkimist tehnilise süsteemi sees, mis omakorda tekitab leiutusprobleeme.

Tehnosüsteemi efektiivsuse peamiseks tingimuseks energiajuhtivuse osas on süsteemi osade energia vastuvõtmise ja edastamise võimete võrdsus.

Saatja, feederi ja antenni takistused peavad olema sobitatud – sellisel juhul kehtestatakse süsteemis liikuva laine režiim, mis on energia edastamiseks kõige tõhusam. Mittevastavus põhjustab seisulainete ilmnemist ja energia hajumist.

Süsteemi energiajuhtivuse esimene reegel:

Kui elemendid omavahel suheldes moodustavad kasuliku funktsiooniga energiat juhtiva süsteemi, siis selle jõudluse tõstmiseks peavad kokkupuutepunktides olema sarnase või identse arengutasemega ained.

Süsteemi energiajuhtivuse teine reegel:

Kui süsteemi elemendid koosmõjul moodustavad kahjuliku funktsiooniga energiat juhtiva süsteemi, siis selle hävimiseks peavad elementide kokkupuutepunktides olema erineva või vastupidise arengutasemega ained.

Kõvenemisel kleepub betoon raketise külge ja seda on hiljem raske eraldada. Need kaks osa sobisid omavahel hästi aine arengutasemete poolest - mõlemad olid tahked, karedad, liikumatud jne Tekkis normaalne energiat juhtiv süsteem. Selle moodustumise vältimiseks on vaja ainete maksimaalset mittevastavust, näiteks: tahke - vedel, kare - libe, liikumatu - liikuv. Disainlahendusi võib olla mitu - veekihi moodustamine, spetsiaalsete libedate katete pealekandmine, raketise vibratsioon jne.

Süsteemi energiajuhtivuse kolmas reegel:

Kui elemendid moodustavad üksteisega suhtlemisel kahjuliku ja kasuliku funktsiooniga energiat juhtiva süsteemi, siis elementide kokkupuutepunktides peavad olema ained, mille arengutase ja füüsikalis-keemilised omadused muutuvad mõne kontrollitava aine mõjul. või põld.

Selle reegli järgi tehakse enamus tehnikas seadmeid seal, kus on vaja süsteemis energiavooge ühendada ja lahti ühendada. Need on erinevad sidurid mehaanikas, klapid hüdraulikas, dioodid elektroonikas ja palju muud.

Tööorgani arenenud arengu seadus:

Tehnilises süsteemis on põhielemendiks töötav keha. Ja selle funktsiooni normaalseks täitmiseks ei tohi selle energia neelamise ja edastamise võime olla väiksem kui mootoril ja käigukastil. Vastasel juhul see kas laguneb või muutub ebaefektiivseks, muutes olulise osa energiast kasutuks soojuseks. Seetõttu on soovitav, et töötav keha oleks oma arengus ülejäänud süsteemist ees, st omaks suuremat dünaamilisust aines, energias või organisatsioonis.

Sageli teevad leiutajad vea, arendades pidevalt jõuülekannet ja juhtimist, kuid mitte töötavat osa. Selline tehnoloogia ei anna reeglina märkimisväärset majanduslikku efekti ja efektiivsuse olulist suurenemist.

Esitus treipink ja tema tehnilised kirjeldused püsis aastaid peaaegu muutumatuna, kuigi jõuülekannet, jõuülekannet ja juhtseadiseid arendati intensiivselt, sest lõikur ise kui töötav keha jäi samaks, st makrotasandil fikseeritud monosüsteem. Pöörlevate tassilõikurite tulekuga suurenes masina tootlikkus järsult. See suurenes veelgi, kui lõikuri aine mikrostruktuur oli kaasatud: mõju all elektrivool lõikuri lõikeserv hakkas võnkuma kuni mitu korda sekundis. Lõpuks saavutati tänu gaasi- ja laserlõikuritele, mis muutsid täielikult masina välimust, metalli töötlemisel enneolematu kiirus.

Üleminekuseadus "mono - bi - polü"

Esimene samm on üleminek bisüsteemidele. See suurendab süsteemi töökindlust. Lisaks ilmneb bisüsteemis uus kvaliteet, mis ei olnud monosüsteemile omane. Üleminek polüsüsteemidele tähistab evolutsioonilist arenguetappi, kus uute omaduste omandamine toimub ainult kvantitatiivsete näitajate kaudu. Laiendatud organisatsioonilised võimalused sarnaste elementide paigutamiseks ruumis ja ajas võimaldavad nende võimalusi ja keskkonnaressursse senisest täielikumalt ära kasutada.

Kahemootoriline õhusõiduk (bisüsteem) on töökindlam kui selle ühemootoriline õhusõiduk ja sellel on suurem manööverdusvõime (uus kvaliteet).
Jalgratta kombineeritud võtme (polüsüsteem) disain on toonud kaasa märgatava metallikulu vähenemise ja mõõtmete vähenemise võrreldes üksikute võtmete rühmaga.
Parim leiutaja – loodus – on dubleerinud inimkeha eriti olulisi osi: inimesel on kaks kopsu, kaks neeru, kaks silma jne.
Mitmekihiline vineer on palju tugevam kui samade mõõtmetega lauad.

Kuid mingil arenguetapil hakkavad polüsüsteemis ilmnema tõrked. Rohkem kui kaheteistkümnest hobusest koosnev meeskond muutub juhitamatuks, kahekümne mootoriga lennuk nõuab meeskonna mitmekordset suurendamist ja seda on raske juhtida. Süsteemi võimalused on ammendatud. Mis järgmiseks? Ja siis muutub polüsüsteem taas monosüsteemiks... Aga kvalitatiivselt uuel tasemel. Sel juhul tekib uus tase ainult siis, kui süsteemi osade, eelkõige töökeha dünaamilisus suureneb.

Meenutagem sedasama rattavõtit. Kui selle töötav keha muutus dünaamiliseks, st lõuad liikusid, ilmus reguleeritav mutrivõti. Sellest on saanud monosüsteem, kuid samal ajal on see võimeline töötama paljude standardsuuruste poltide ja mutritega.
Arvukad maastikusõidukite rattad on muutunud üheks liikuvaks röövikuks.

Makrotasandilt mikrotasandile ülemineku seadus:

Üleminek makrotasandilt mikrotasandile on kõigi kaasaegsete tehniliste süsteemide arengu peamine suund.

Kõrgete tulemuste saavutamiseks kasutatakse aine struktuuri võimalusi. Esiteks kasutatakse kristallvõre, seejärel molekulide assotsiatsioone, üksikut molekuli, molekuliosa, aatomit ja lõpuks aatomi osi.

Kolviajastu lõpus kandevõimet taotledes varustati lennukid kuue, kaheteistkümne või enama mootoriga. Seejärel liikus tööelement - kruvi - sellegipoolest mikrotasandile, muutudes gaasijoaks.

Põhineb saidi wikipedia.org materjalidel

Selle idealiseerimissuuna tunnused:

M, G, E vähenemine miniaturiseerimise tõttu; mõõtmete (G) järsk vähenemine ja vastavalt M ja E vähenemine;
GPF-i suurenemine suurendades töö täpsust (ühenduste pikkus väheneb - vigade tõenäosus väheneb, vajalik võimsus väheneb, mõned kahjulikud tegurid kaovad);
süsteemi elementide arv jääb muutumatuks kuni viimase hetkeni – alamsüsteemide liitmine ühtseks funktsionaalseks monosüsteemiks.

Kõige tüüpilisem näide mini- ja mikrominiaturiseerimisest tehnikas on raadioelektroonika areng 20. sajandil. Selle protsessi kohta on laialt tuntud järgmine näide: „Kui 50ndate Rolls-Royce oleks arenenud arvutitehnoloogiaga samas tempos, siis see luksusauto maksaks nüüd kaks dollarit, sellel oleks poole kuupsentimeetrise töömahuga mootor. ja kulutada tuhande kuupmillimeetrit bensiini iga sõidukilomeetri kohta.

Elementbaasi areng kulges teravat rada vähenevad M, G, E piki ahelat: üksikud osad - sõlmed - mikrokoostud - integraallülitused (IC) - suuremahulised integraallülitused (LSI) - ülisuuremõõtmelised integraallülitused (VLSI). Pealegi ei muutunud kogu tee jooksul elemendid põhimõtteliselt: see oli endiselt sama takistuslike, mahtuvuslike, pooljuhtide ja induktiivelementide komplekt. Alles hiljuti, seoses monokristallide kujul elektroonikakomponentide kasvatamise ja biokiipide alusel kokkupanemise ideede väljatöötamisega, on ilmnenud märke üleminekust põhimõtteliselt uutele elementidele.

Areng pesumasin:

tünn aktivaatoriga (elektrimootor, otsik), voolik, kaas;
seejärel algas kasulike funktsionaalsete alamsüsteemide ühendamine - küte, pumpamine, aktivaatori modifikatsioonid, programmi juhtimine, tsentrifuugimine jne;
miniaturiseerimine - Malyutka masin jne;
äärmuslik juhtum: nõuanded jaotisest “Osavad käed” - lisaseadmega elektritrell ja mis tahes kraanikauss koos pesuga (pesumasinat pole, kuid selle funktsioon on täidetud);
mehaanilise aktivaatori asendamine ultraheliga (ideed on masinaehituses osade puhastamiseks pikka aega kasutatud); testid andsid suurepäraseid tulemusi: vajate mistahes anumat pesu, pulbri, veega ja asetage sinna väike kast (Ultraheli aktivaator);
pärast mehaanilisi ja füüsikalisi aktivaatoreid tuleks üle minna "keemilisele pesemisele" (aktivaator mikrotasandil).

Printimine voltimine: valitud raamat trükitakse kliendi juuresolekul otse raamatupoes. Tekst ja illustratsioonid loetakse optiliselt kettalt ja prinditakse laserprinteril välja mõne minutiga (umbes 10 tuhat prinditud lehte minutis) ning seejärel köidetakse automaatsele köitmisjoonele. ("Teadus ja elu", 1987, nr 6, lk 104).

Väga oluline lisand
punktile 4.11.4.2

Eric Drexleri nanotehnoloogia:
tehnokraatlik utoopia või tehnoloogia arengu loomulik etapp?

B. Ponkratovi artikkel (mõnede lühenditega) “Mida me teeme kolmandal aastatuhandel ehk viimasel tehnokraatlikul utoopial.” (“Tehnoloogia noortele”, 1989, nr 12, lk 18-22)

1977. aasta kevadel väljendas Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi üliõpilane Eric K. Drexler ideed vajadusest viia tehnilisi süsteeme üle makrotasandilt mikrotasandile, luues molekulaarmasinaid – tehnilisi sarnasusi. bioloogilised molekulid, mis töötavad elusrakkudes.

Alates 70ndate lõpust alustasid E.K. Drexler ja väike rühm entusiaste Stanfordi ülikoolis nanotehnoloogiaga tegelemist.

Esialgu tehti katseid biosarnaste struktuuridega: aminohapped, ensüümid (biokeemiliste reaktsioonide katalüsaatorid), looduslikud valgud ja kuded.

Peagi saab aga selgeks, et bioloogiliselt sarnased struktuurid (ja kõik, mida nad suudavad luua) on orgaanilised, mis tähendab, et nende võimalused on piiratud. Nad kaotavad stabiilsuse või lagunevad kõrgemal temperatuuril ja rõhul, ei suuda suure täpsusega töödelda tahket materjali, töötavad agressiivses keskkonnas jne. Ja kõiki vajalikke nanomehhanisme ei saa biomolekulidest konstrueerida. See tähendab, et paratamatult on vaja kasutada anorgaanilisi aineid ja kristallilisi struktuure.

Lisaks eeldab biomasinate ehitamine bioloogilistest komponentidest tohutu hulga uute põhimõtete, meetodite, seadmete ja ainete leiutamist, mis tagaks soovitud funktsioonide saavutamise väljundis.

Seetõttu pole mõtet loobuda tohutust ideede ja tehnikate hulgast, mis tehnoloogia arendamise käigus välja arendatud on. See on kõik, millele loodus "ei mõelnud", alustades roolist ja lõpetades arvutiga. Seetõttu põhjendas Drexler oma töödes üksikasjalikult aatomitasandil laagrite ja hammasrataste konstrueerimise meetodeid, käsitles libisemishõõrdumise probleeme jne.

Samal ajal on ilma biosarnaste struktuurideta üksikute aatomite ja molekulidega väga raske manipuleerida. Seetõttu peavad nanomasinad ühendama elu- ja tehnosüsteemide omadused.

Põhiliseks masinatüübiks saab Drexleri sõnul nn komplekteerija, st. koguja. Mis tahes vajalikest aatomitest ja molekulidest peab ta suutma ehitada nanosüsteeme mis tahes eesmärgil - mootorid, "masinad", arvutusseadmed, side jne. See on universaalne molekulaarne robot, millel on eemaldatavad programmid "stantsitud lintidel", nagu RNA või DNA ahelad. Programmi muutmise protsess võib meenutada raku viirusega nakatamist.

Drexler usub, et oma ülesannete täitmiseks peab monteerijal olema vaid umbes 10 tuhat liikuvat ja statsionaarset seadet, millest igaüks on ehitatud keskmiselt sajast aatomist (kokku umbes miljon aatomit – suurus on ligikaudu üks kolmekümnendik aatomist). keskmine bakter).

Väliselt võib monteerijat ette kujutada kasti, millel on saja aatomi pikkuse “käe”-manipulaator. Manipulaator ise on lihtne, kuid võib kasutada mis tahes keerukusega vahetatavaid tööriistu. Vahenditeks on molekulid, millel on aktiivsed reaktsioonikeskused, st. alad, mis võivad moodustada tugevaid keemilisi sidemeid teiste molekulidega. Monteerija sees on seadmed, mis liigutavad manipulaatorit, asendavad selle haardes molekulaarseid tööriistu ja sisaldavad programmi kõigi toimingute jaoks.

Nagu ribosoomid rakus, töötavad monteerijad konteinerites spetsiaalne vedelik, mis on rikas lähtematerjalide, kokkupandavate molekulide, aga ka "kütuse" poolest - suure keemilise energiaga molekulid.

Ilmselt jääb "käsi" lihtsalt ootama, kuni soovitud molekul, läbinud selektiivdüüsi, oma kaootilises liikumises haaratsit tabab. Selle põhimõtte kohaselt töötavad kõigi ensüümide aktiivsed saidid. Nende struktuuris on painutusi, mis vastavad täpselt soovitud molekulile kuju ja suuruse poolest – ja mitte midagi muud. Kiirete ensüümide töötlemiskiirus on miljon osakest sekundis, kui nende kontsentratsioon söötmes on piisav.

Seega saab monteerija töötsüklit korrata ligikaudu miljon korda sekundis. Seda hinnangut võib kinnitada ka teine sõltumatu arutluskäik: monteerija “käsi” on ligikaudu 50 miljonit korda lühem kui inimese käsi ja seetõttu suudab see inertsiaalkoormuse ekvivalendi säilitamisel liikuda ligikaudu sama palju. kordades kiiremini.

Praktilise nanotehnoloogia jaoks on aatomite ja molekulide kaootilised termilised vibratsioonid väga ohtlikud. Need võivad takistada robotkätt osade käsitsemist ja positsioneerimist vajaliku täpsusega. Tõsi, teatud juhtudel on need kasulikud, näiteks siis, kui manipulaator “ootab” molekuli juhuslikku rünnakut, et seda kinni püüda. Kuid täppisoperatsioonide puhul on termilised kõikumised kahjulikud. Sel põhjusel konstrueeris Drexler väga "paksu" manipulaatori (30 nanomeetrise läbimõõduga ja 100 nanomeetri pikkune koonus), mis koosneb süsinikuaatomitest nagu teemantvõre. See annab sellele sellise jäikuse, et selle soojusliikumine ei ületa poolt aatomi läbimõõdust.

Kollektoreid käsitsi juhtida on loomulikult võimatu nende tohutu töökiiruse tõttu. Seda peaksid tegema nanoarvutid, mis on programmeeritud mõnes levinud keeles tööstusrobotite juhtimiseks.

Nende pisikeste masinatega suhtlemiseks saab kasutada nanoarvuti liidest või edastada käske raadio teel. Valgus võiks olla sobiv vahend nanomasinate juhtimiseks. Võimalik on kasutada kõiki teadaolevaid fotokeemilisi ja fotofüüsikalisi efekte. Näiteks võib valgus muuta teatud molekulide kuju. Aatomite liikumine toimub triljondikes sekundis. Lõpuks võib valgusest saada ka nanoseadmete energiaallikas.

Nanoarvutite osas soovitab Drexler kasutada mehaanilised põhimõtted. Ta töötas välja arvutusseadme kontseptsiooni, milles binaarkoodi rakendavad kaks fikseeritud asendit tugevate lineaarsete karbiini molekulide 7-8 ühikut pikkusega 1 nm. Need mikroskoopilised vardad libisevad läbi tahke maatriksi piki kanaleid, mis ristuvad täisnurga all, nii et üks varras võib teise teed blokeerida või mitte. Universaalse loogikaelemendi moodustamiseks piisab kolmest paralleelsest kanalist, mida ristub neljas. Selliste lahtrite komplekt võimaldab teil rakendada mis tahes arvutus- või teabetöötlusprotsesse.

Selles konstruktsioonis hõivab miljardi baiti mahutav salvestusseade bakteri mahu - ühe kuupmikroni. Arvutustsükli kestus, st aeg, mis kulub varda ühest asendist teise liikumiseks, arvestades selle tähtsusetuid mõõtmeid, on vaid 50 pikosekundit. Seetõttu on sellise mehaanilise süsteemi jõudlus kõrgem kui parimatel kaasaegsetel mikroarvutitel.

Kas Drexleri nanomasinate masstootmine on võimalik? Siiani tundub see lootusetult kahjumlik. Kuid seda ainult seni, kuni luuakse üks hea (ja võib-olla kohutav) päev isepaljunev nanoseade.

Drexler andis igat tüüpi sellistele seadmetele üldnime " replikaator" ehk koopiamasin. Kuulake seda sõna tähelepanelikult. Võib-olla tähistab see kunagi uut ajastut inimkonna elus. See algab siis, kui ehitatakse üksainus koopiamasin. Sellest piisab selliseks hiiglaslikuks revolutsiooniks kõigis valdkondades inimtegevusest, mida võib-olla ajalugu pole veel tundnud.

Kas see pole liiga tugev sõna? Vaatame.

Niisiis, üks koopiamasin on ehitatud. Oletame, et see on tuhat korda keerulisem kui monteerija, see tähendab, et aatomite arv selles on ligikaudu miljard. Seejärel, töötades sama enam kui mõõduka tootlikkusega - miljon aatomit sekundis, paneb koopiamasin oma koopia kokku tuhande sekundiga, see tähendab veerand tunniga. Jällegi kinnitab seda hinnangut sõltumatu kaalutlus: ligikaudu sama aja jooksul, soodsatel tingimustel, jaguneb mikroobirakk. Uus koopia hakkab kohe ise paljunema ning 10 tunni pärast hõljub ehitus- ja “energia” molekulidega lahenduses umbes 70 miljardit kopeerijat ning vähem kui ööpäevaga ületab nende mass tonni. See tonn ülikeerulisi seadmeid saadi sees päeva ilma inimtööta. Ja teise tonni saab kätte mitte päevaga, vaid... just 15 minutiga – lihtsalt tarnige lahendus. Hinna küsimus ilmselt kaob. Olles muutunud pisut julgemaks ja nädalaga kokku ehitanud järjekordse vajaliku kopeerijate massi, saate sundida neid ehitama otse iseendast... no ütleme, silla üle Beringi väina.

Kuid küsimus ei ole loomulikult kvantitatiivsetes kirjetes. Tuleval "uuel ajastul" vajadus oskusliku inimtööjõu järele kaob.

Näiteks Drexler kirjeldab üksikasjalikult, kuidas ehitada, see tähendab, vabandust, kasvatada, rakettmootorit koopiamasinate abil.

Protsess toimub paagis, mille põhja asetatakse substraat - alus. Paagi kaas on hermeetiliselt suletud ja pumbad täidavad selle viskoosse vedelikuga, mis sisaldab suspensiooni kujul koopiamasinaid, mis on ümber programmeeritud kollektorite uute funktsioonide jaoks.

Substraadi keskel on “embrüo” nanoarvuti, mis salvestab mällu kõik tulevase mootori joonised ja selle pinnal on ala, kuhu saavad “kleepuda” ümberringi möllavast vedrustusest kollektorid. Igaüks neist saab teavet talle määratud ruumilise asukoha kohta embrüo suhtes ja korralduse püüda oma manipulaatoritega suspensioonist mitu muud kogujat. Samuti loovad nad ühenduse embrüo arvutiga ja saavad sarnaseid tellimusi. Mõne tunni jooksul kasvab vedelikus omamoodi kristalne struktuur, mis kirjeldab väga üksikasjalikult tulevase mootori kuju.

Pumbad lülituvad uuesti sisse, asendades kollektorite vedrustuse paagis ehitusmaterjalide lahusega. Embrüo arvuti annab käsu ning osa raami moodustavatest ehitajatest laseb naabrid lahti, voldib manipulaatorid kokku ja uhutakse samuti minema, jättes järele käigud ja kanalid, mis täituvad vajalike aatomite ja molekulidega.

Ülejäänud kollektorite spetsiaalsed antennid rivistuvad intensiivselt, tekitades kanalites pideva vedeliku voolu, sisaldades “kütust” ja toorainet ning eemaldades tööpiirkonnast jäätmed ja soojuse. Embrüo arvutiga ühendatud sidesüsteem edastab käsud igale ehitajale.

Kui on vaja suurimat tugevust, korraldavad monteerijad süsinikuaatomid teemantvõreks. Kui termiline ja korrosioonikindlus on kriitilise tähtsusega, luuakse safiirkristallvõre struktuurid alumiiniumoksiidi abil. Piirkondades, kus pinge on madal, säästavad kokkupanijad konstruktsiooni kaalu, täites vähem pooriruumi. Ja kogu tulevase mootori mahu ulatuses on ventiilid, kompressorid, andurid jne paigutatud aatomi haaval. Kogu töö nõuab vähem kui päeva aega ja minimaalselt inimlikku tähelepanu.

Kuid selle tulemusena, erinevalt tavapärased mootorid, tulemuseks on toode, millel pole ühtki õmblust ja mis on tänapäevase disainiga võrreldes ligikaudu 10 korda kergem. Oma struktuurilt meenutab see ehk rohkem vääriskivi.

Kuid need on ikkagi nanotehnoloogia kõige lihtsamad võimalused. Teooriast on teada, et rakettmootorid töötaksid optimaalselt siis, kui suudaksid vastavalt režiimile oma kuju muuta. Ainult nanotehnoloogia kasutamisega saab see reaalsuseks. Terasest tugevam, puidust kergem struktuur suudab sarnaselt lihastega (kasutades sama libisemiskiudude põhimõtet) laieneda, kokku tõmbuda ja painutada, muutes veojõu jõudu ja suunda.

Kosmoselaev saab täielikult ümber kujundada umbes tunniga. Skafandrisse sisseehitatud ja ainete ringlust tagav nanotehnoloogia võimaldab inimesel selles piiramatult viibida, pealegi muudab skafandri kesta “jõukordistajaks”. Kosmoseuuringutes algab uus ajastu.

Aga kas see ikkagi algab Maal? Kokkupanijad valmistavad peaaegu kõike praktiliselt mittemillestki, kasutades mis tahes "toorainet", vett ja õhku, mis sisaldavad peamisi vajalikke elemente - süsinikku, hapnikku, lämmastikku, vesinikku, alumiiniumi ja räni; ülejäänu, nagu elusorganismide puhul, on vaja mikrokogustes. Kõrvaltootmine ja kogu nn A-rühm kaob ära ning tarbekaupu hakatakse tootma "otse kodus".

Nanotehnoloogia taastab osoonikihi, puhastab pinnase, jõed, atmosfääri, ookeanid reostusest, lammutab tehased, tammid, kaevandused ja sulgeb radioaktiivsed jäätmed igavestesse iseparanevatesse konteineritesse. Linnad ja teed kasvavad nagu rohi. Kõrbetesse kerkivad fotosünteetiliste elementide metsad, mis annavad vajaliku koguse elektrit, toitaineid ja universaalset bioloogilist kütust - ATP-d (adenosiintrifosfaathape). Tööstustegevuse jäljed kaovad peaaegu Maa pinnalt, põllumajandusmaa kahaneb ning suurema osa planeedist katavad aiad ja looduslikud ökosüsteemid...

Toimub uus teaduslik revolutsioon. Instrumendid, teadusaparatuur ja komplekteerijate mõõtmetega võrreldavad täismahus mudelid projekteeritakse ja rakendatakse “metallist” mõne sekundiga. Samaaegselt ja suure kiirusega viiakse läbi miljoneid igasuguse keerukusega paralleelkatseid, mille tulemused tehisintellekti poolt kokku võetakse ja nõutud kujul esitatakse.

Haridus muutub põhimõtteliselt teistsuguseks. Lapsed saavad tasku nanokonstruktorid, mis loovad liikuvaid mudeleid loomadest, masinatest ja ruumiprotsessidest, mida nad saavad juhtida. Mängu- ja haridusnanomasinad avavad juurdepääsu maailma teadmistele ja arendavad vaimseid võimeid vastavalt individuaalsele programmile.

Meditsiin muutub tundmatuseni. Molekulide järjekindel kontrollimine ja vajadusel “korrigeerimine” rakk raku haaval, organhaaval, nanomasinad taastavad iga patsiendi tervise ning hoiavad siis lihtsalt ära kõik haigused ja patoloogiad, sealhulgas geneetilised. Inimene elab sadu, võib-olla tuhandeid aastaid.

Tööjõud tänapäeva mõistes ehk “kulmu higiga”, mis on olnud elu põhisisu juba ammusest ajast, lakkab olemast. Ka praegused väärtuse, hinna ja raha mõisted kaotavad tähenduse. Drexleri sõnul realiseerub sellises täielikult uuenenud ühiskonnas tõeline Utoopia, kuid mitte selline, kus ühiselamutes antakse kollektiivse õnne retsept. Vastupidi, iga inimene saab maksimaalselt erinevaid eksistentsi võimalusi, võimaluse ilma teisi sekkumata vabalt valida ja muuta oma elustiili, katsetada, teha vigu ja alustada otsast peale.

Siiski ei ole Drexler naiivne. Ta mõistab, et tegelik pilt nanotehnoloogilisest eksistentsist ei pruugi olla päris roosiline, ta püüab ette näha võimalikke tüsistusi ja visandada lahendusi...

E. Drexleri kontseptsioon on ilmekas näide ideede arenemisest tehnoloogia idealiseerimiseks "spontaanses leiutises", näide väärilise eesmärgi leidmisest ja sõnastamisest, teadusliku probleemi geniaalsest lahendusest.

Tehnikas on hea meetod, mis võimaldab “teaduslikult” leiutada ja täiustada objekte alates rattast kuni arvuti ja lennukini. Seda nimetatakse TRIZ-iks (leiutamisprobleemide lahendamise teooria). Õppisin veidi TRIZ-i MEPhI-s ja seejärel osalesin Aleksander Kudrjavtsevi kursustel Baumankas.

Näide tootmises

Süsteemi esialgne olek. Ettevõte tegutseb eksperimentaalse disaini tootmisüksusena.

Mõjutegur. Turule on ilmunud konkurendid, kes teevad sarnaseid tooteid, kuid sama kvaliteediga kiiremini ja odavamalt.

Kriis (vastuolu). Et seda kiiremini ja odavamalt teha, on vaja toota kõige standardiseeritud tooteid. Kuid ainult standardtoodete tootmisega kaotab ettevõte turu, kuna suudab toota vaid väikese arvu standardtooteid.

Kriisi lahendamine toimub järgmise stsenaariumi järgi :

Ideaali õige sõnastus lõpptulemus(IRB)– ettevõtted toodavad lõputult suurt valikut tooteid nullkuluga ja koheselt;

konfliktipiirkond: seos müügi ja tootmise vahel: müügiks peaks olema maksimaalne sortiment, tootmisel - üks tooteliik;

konflikti lahendamise viisid:üleminek makrotasandilt mikrotasandile: makrotasandil - lõputu mitmekesisus, mikrotasandil - standardimine;

lahendus: maksimaalne standardiseerimine ja lihtsustamine tootmises - mitu standardmoodulit, mida saab kliendi jaoks kokku panna suure hulga kombinatsioonidena. Ideaalis teeb klient seadistamise ise, näiteks veebilehe kaudu.

Süsteemi uus olek. Väikese arvu standardsete moodulite tootmine ja kohandatud konfiguratsioon kliendi enda poolt. Näited: Toyota, Ikea, Lego.

Supersüsteemile ülemineku seadus nr 7 (mono-bi-poly)

Olles ammendanud arendusvõimalused, lülitatakse süsteem ühe osana supersüsteemi; Samal ajal toimub edasine areng supersüsteemi tasandil.

Helistamisfunktsiooniga telefon -> Kõne- ja SMS-funktsiooniga telefon -> Telefon osana AppStore'iga ühendatud ökosüsteemist (iphone)

Teine näide on ettevõtte sisenemine tarneahelasse või uuel tasemel hoidmine ja arendamine.

üks ettevõte - kaks ettevõtet - haldusfirma.

üks moodul - kaks moodulit - ERP süsteem

Makrotasandilt mikrotasandile ülemineku seadus nr 8

süsteemi osade areng toimub esmalt makro- ja seejärel mikrotasandil.

Telefon-> Mobiiltelefon-> Kiip ajus või kontaktläätsedes.

Kõigepealt otsitakse üldine väärtuspakkumine ja tehakse müüki ning seejärel optimeeritakse “müügilehter” ja müügilehtri iga samm, samuti mikroliikumised ja kasutajate klõpsud.

Tehastes algavad need osakondadevahelisest sünkroniseerimisest. Kui see optimeerimisressurss on ammendatud, viiakse läbi kauplusesisene optimeerimine, seejärel üleminek igale töökohale kuni operaatorite mikroliikumiseni.

Hallatavamatele ressurssidele ülemineku seadus nr 9

Süsteemide arendamine liigub järjest keerukamate ja dünaamilisemate allsüsteemide haldamise suunas.

Seal on kuulus Marc Andreeseni fraas - "Tarkvara sööb maailma" (tarkvara sööb planeeti). Algul juhiti arvuteid riistvara tasemel - elektroonilised releed, transistorid jne. Siis ilmusid madala tasemega programmeerimiskeeled nagu Assembler, seejärel kõrgema taseme keeled - Fortran, C, Python. Juhtimine ei toimu üksikute käskude, vaid klasside, moodulite ja teekide tasemel. Muusikat ja raamatuid hakati digiteerima. Hilisemad arvutid võrku ühendatud. Siis on võrku ühendatud inimesed, televiisorid, külmikud, mikrolaineahjud ja telefonid. Intellekti ja elusrakke hakati digitaliseerima.

Seadus nr 10 isekoosnemise seadus

Vältides süsteeme, mida tuleb luua, läbi mõelda ja detailselt juhtida. Üleminek "isekomplekteerivatele" süsteemidele

4 ise kokkupanemise reeglit:

Väline pidev energiaallikas (informatsioon, raha, inimesed, nõudlus)
Elementide ligikaudne sarnasus (teabeplokid, inimeste tüübid)
Tõmbepotentsiaali olemasolu (inimesi tõmbab üksteisega suhtlema)
Välise raputuse olemasolu (kriiside tekkimine, rahastamise lõpetamine, reeglite muutmine)

Selle skeemi järgi kogunevad rakud DNA-st ise. Me kõik oleme iseloomise tulemused. Startupid kasvavad suured ettevõtted ka isekoosnemise seaduste järgi.

Väikesed ja arusaadavad reeglid mikrotasandil põhjustavad makrotasandil keeruka ja organiseeritud käitumise. Näiteks reeglid liiklust tagavad iga juhi jaoks organiseeritud voolu maanteel.

Sipelgate käitumise lihtsad reeglid põhjustavad kogu sipelgapesa keeruka käitumise.

Mõne lihtsa seaduse loomine riigi tasandil (maksude tõstmine/langetamine, laenuintressid, sanktsioonid jne) muudab paljude ettevõtete ja tööstusharude konfiguratsiooni.

Seadus nr 11, millega suurendatakse süsteemi sulgemist

Funktsioonid, mida keegi ei kasuta, surevad välja. Funktsioonid on kombineeritud

Ahendamise reegel 1: elemendi saab ahendada, kui selle funktsiooni jaoks pole objekti. Startupi saab sulgeda, kui klienti või väärtuspakkumist ei leita, Samal põhjusel laguneb süsteem pärast eesmärgi saavutamist laiali.

Ahenda reegel 2: elemendi saab ahendada, kui funktsiooniobjekt ise seda funktsiooni täidab. Reisibürood võivad olla suletud, kuna kliendid ise otsivad ekskursioone, broneerivad pileteid, ostavad ekskursioone jne.

Ahendamisreegel 3. Elemendi saab ahendada, kui seda funktsiooni täidavad süsteemi või supersüsteemi ülejäänud elemendid.

Seadus nr 12 – inimeste repressioonide seadus

Aja jooksul muutub inimene igas arenenud süsteemis lisalüliks. Inimest pole, aga funktsioonid on täidetud. Käsitoimingute robotiseerimine. Automaadid kauba ise kohaletoimetamiseks jne.

Sellest vaatenurgast võib olla asjata, et Elon Musk üritab Marsi füüsilise transpordi abil inimestega asustada. See on pikk ja kallis. Tõenäoliselt toimub koloniseerimine teabe kaudu.

Loovus kui täppisteadus [Leiutamisprobleemide lahendamise teooria] Altshuller Genrikh Saulovich

4. Süsteemi ideaalastme suurendamise seadus

Kõikide süsteemide areng on ideaalsusastme tõstmise suunas.

Ideaalne tehnosüsteem on süsteem, mille kaal, maht ja pindala kipuvad nulli minema, kuigi selle töövõime ei vähene. Ehk siis ideaalne süsteem on see, kui süsteemi pole, kuid selle funktsioon on säilinud ja täidetud.

Vaatamata “ideaalse tehnilise süsteemi” mõiste ilmselgele, on olemas teatav paradoks: reaalsed süsteemid muutuvad üha suuremaks ja raskemaks. Kasvavad lennukite, tankerite, autode jm mõõtmed ja kaal See paradoks on seletatav sellega, et süsteemi täiustamisel vabanevad reservid suunatakse selle suuruse ja mis kõige tähtsam tööparameetrite suurendamisele. Esimeste autode kiirus oli 15-20 km/h. Kui see kiirus ei suureneks, ilmuksid järk-järgult autod, mis oleksid palju kergemad ja kompaktsemad, sama tugevuse ja mugavusega. Iga auto parendus (vastupidavamate materjalide kasutamine, mootori kasuteguri tõstmine jne) oli aga suunatud auto kiiruse tõstmisele ja sellele, mis seda kiirust “teenib” (võimas pidurisüsteem, vastupidav korpus, tõhustatud löögisummutus). Selleks, et selgelt näha auto kasvavat ideaalsusastet, peate võrdlema kaasaegne auto vana rekordautoga, millel oli sama kiirus (üle sama vahemaa).

Nähtav sekundaarne protsess (kiiruse, võimsuse, tonnaaži jne kasv) varjab tehnilise süsteemi ideaalsuse astme suurendamise esmast protsessi. Kuid leidlike ülesannete lahendamisel on vaja keskenduda just ideaalastme suurendamisele - see on usaldusväärne kriteerium probleemi korrigeerimiseks ja saadud vastuse hindamiseks.

Raamatust Loovus kui täppisteadus [Leiutamisprobleemide lahendamise teooria] autor Altšuller Genrikh Saulovitš

1. Süsteemi osade terviklikkuse seadus Tehnosüsteemi põhilise elujõulisuse vajalik tingimus on süsteemi põhiosade olemasolu ja minimaalne töövõime. Iga tehnosüsteem peab sisaldama nelja põhiosa: mootor,

Raamatust Interface: New Directions in Computer System Design autor Ruskin Jeff

2. Süsteemi “energiajuhtivuse” seadus Tehnilise süsteemi fundamentaalse elujõulisuse vajalik tingimus on energia otsast otsani läbimine läbi süsteemi kõikide osade. Iga tehniline süsteem on energiamuundur. Sellest ka ilmselge

Raamatust Tanks. Ainulaadne ja paradoksaalne autor Špakovski Vjatšeslav Olegovitš

3. Süsteemi osade rütmi koordineerimise seadus Tehnilise süsteemi fundamentaalse elujõulisuse vajalik tingimus on süsteemi kõigi osade rütmi (võnkesageduse, perioodilisuse) kooskõlastamine. Selle seaduse näited on toodud peatükis. 1. "Kinemaatika" juurde

Raamatust Rules for Electrical Installations in Questions and Answers [Juhend õppimiseks ja teadmiste kontrolliks valmistumiseks] autor Krasnik Valentin Viktorovitš

5. Süsteemi osade ebaühtlase arengu seadus Süsteemi osade areng on ebaühtlane; Mida keerulisem on süsteem, seda ebaühtlasem on selle osade areng. Süsteemi osade ebaühtlane areng põhjustab tehnilisi ja füüsilisi vastuolusid ning

Raamatust Kuidas autojuhte petetakse. Ost, laenamine, kindlustus, liikluspolitsei, GTO autor Geiko Juri Vassiljevitš

8. Su-välja astme suurendamise seadus Tehniliste süsteemide areng läheb su-välja astme suurendamise suunas. Selle seaduse mõte seisneb selles, et mittesummaväljasüsteemid kipuvad muutuma s-väljasüsteemideks ja s-väljasüsteemides läheb areng selles suunas

Raamatust TRIZi õpik autor Gasanov A I

Raamatust Filtrid vee puhastamiseks autor Khokhryakova Jelena Anatoljevna

4. peatükk KASULIK PIMEDUS KÕRGEIMAAL AST Paljud Saksa tankiprojektid osutusid ebaõnnestunuks, kuna sakslased püüdsid neis kasutada seadmeid, mis olid tehniliselt veel ebatäiuslikud, kuigi esmapilgul tundusid paljulubavad. Sellistele ebaõnnestunud arengutele

Raamatust Lukksepa lukkude teejuht autor Phillips Bill

Reostusastme määramine Küsimus. Millist isolatsiooni saab kasutada piirkondades, mida tööstuslikud saasteallikad ei mõjuta (metsad, tundra, metsatundra, heinamaad)?Vastus. Isolatsioon väiksema konkreetse efektiivse roomamiskaugusega kui

Raamatust Tehnilised eeskirjad nõuete kohta tuleohutus. 22. juuli 2008 föderaalseadus nr 123-FZ autor Autorite meeskond

RIIGI TEEDE KVALITEET ON PÖÖRDPROPORTSIOONIS SELLES VARGUSTE ASTMEGA. Sada kuuskümmend kaheksa aastat tagasi kindlustas Nikolai Vassiljevitš Gogol oma surematuse vaid fraasiga lollidest ja Venemaa teedest. Ja pange tähele – siis linnadevahelisi teid ei ole

Raamatust Materjaliteadus. Võrevoodi autor Buslaeva Jelena Mihhailovna

3. Ideaalsuse mõiste

Raamatust Windows 10. Saladused ja seade autor Almametov Vladimir

4. Ideaalsuse mõiste praktiline kasutamine Kudrjavtsev A. V. Ideaalsus on leiutamisprobleemide lahendamise teooria üks võtmemõisteid. Ideaalsuse mõiste on ühe seaduse (ideaalsuse suurendamise seaduse) olemus ja see on ka teiste seaduste aluseks

Autori raamatust

Kassettide klassifikatsioon otstarbe ja filtreerimisastme järgi Vastavalt korpuse standarditele jaotatakse padrunid ka SL ja BB seeriateks ning on vastavalt 5,7, 10 ja 20 tolli Eesmärgi järgi võib kõik padrunid jagada kolme rühma: kassetid eemaldamiseks

Autori raamatust

22. Süsteem piiramatu lahustuvusega vedelas ja tahkes olekus; eutektilised, peritektilised ja monotektilised süsteemid. Komponentide polümorfismi ja eutektoidse transformatsiooniga süsteemid Täielik vastastikune lahustuvus tahkes olekus on võimalik

Autori raamatust

6.3. Muud tootlikkuse suurendamise meetodid Tootlikkuse suurendamiseks võite lihtsalt osta lisaosi, mis ei ole praegu nii kallid, et te ei saaks neid osta. Põhimõtteliselt, kes tahab oma tootlikkust tõsta

— seadused, mis määravad tehnosüsteemide eluea alguse.

Iga tehniline süsteem tekib üksikute osade ühtseks tervikuks sünteesi tulemusena. Mitte iga osade kombinatsioon ei anna elujõulist süsteemi. On vähemalt kolm seadust, mille rakendamine on süsteemi elujõuliseks toimimiseks vajalik.

Tehnosüsteemi põhilise elujõulisuse vajalik tingimus on süsteemi põhiosade olemasolu ja minimaalne töövõime.

Iga tehnosüsteem peab sisaldama nelja põhiosa: mootor, jõuülekanne, tööelement ja juhtelement. Seaduse 1 tähendus seisneb selles, et tehnosüsteemi sünteesimiseks on vajalik nende nelja osa olemasolu ja nende minimaalne sobivus süsteemi funktsioonide täitmiseks, kuna süsteemi toimiv osa ise võib osutuda töövõimetuks. osa konkreetsest tehnilisest süsteemist. Näiteks sisepõlemismootor, mis on iseenesest funktsionaalne, osutub mittetöötavaks, kui seda kasutada allveelaeva allveemootorina.

Seadust 1 saab seletada järgmiselt: tehniline süsteem on elujõuline, kui selle kõikidel osadel ei ole “kahtesid” ja “hinnete” antakse vastavalt selle osa kui süsteemi osa töö kvaliteedile. Kui vähemalt üks osadest on hinnatud kaheks, ei ole süsteem elujõuline isegi siis, kui teistel osadel on viis. Sarnase seaduse bioloogiliste süsteemide kohta sõnastas Liebig juba eelmise sajandi keskel (“miinimumseadus”).

Seadusest 1 tuleneb väga oluline praktiline tagajärg.

Selleks, et tehnosüsteem oleks juhitav, on vajalik, et vähemalt üks osa sellest oleks juhitav.

“Olla kontrollitud” tähendab omaduste muutmist viisil, mis on kontrollija jaoks vajalik.

Selle tagajärje tundmine võimaldab meil paremini mõista paljude probleemide olemust ja õigemini hinnata saadud lahendusi. Võtame näiteks ülesande 37 (ampullide sulgemine). Antud on süsteem kahest kontrollimatust osast: ampullid on üldiselt kontrollimatud - nende omadusi ei saa (kahjulikult) muuta ja põletid on vastavalt ülesande tingimustele halvasti juhitavad. On selge, et probleemi lahendus seisneb teise osa sisestamises süsteemi (su-välja analüüs viitab kohe: see on aine, mitte väli, nagu näiteks ülesandes 34 silindrite värvimise kohta). Milline aine (gaas, vedel, tahke) takistab tule minekut sinna, kuhu see ei tohiks minna, ja samal ajal ei sega ampullide paigaldamist? Gaas ja tahke aine kaovad, jättes alles vedeliku, vee. Asetame ampullid vette nii, et ainult kapillaaride tipud tõusevad veest kõrgemale (AS nr 264 619). Süsteem muutub juhitavaks: saate muuta veetaset - see tagab kuuma ja külma tsooni vahelise piiri muutumise. Saate muuta vee temperatuuri - see tagab süsteemi stabiilsuse töötamise ajal.

Tehnilise süsteemi elujõulisuse vajalik tingimus on energia läbimine läbi süsteemi kõigi osade.

Iga tehniline süsteem on energiamuundur. Siit tuleneb ilmselge vajadus kanda energiat mootorist ülekande kaudu töökorpusesse.

Energia ülekanne ühest süsteemi osast teise võib olla reaalne (näiteks võll, käigud, hoovad jne), väli (näiteks magnetväli) ja reaalväli (näiteks energiaülekanne laetud osakeste voog). Paljud leidlikud ülesanded taanduvad ühe või teise ülekandetüübi valimisele, mis on antud tingimustes kõige tõhusam. See on probleem 53, mis puudutab aine kuumutamist pöörlevas tsentrifuugis. Väljaspool tsentrifuugi on energiat. Seal on ka "tarbija", see asub tsentrifuugi sees. Ülesande olemus on luua "energiasild". Sellised "sillad" võivad olla homogeensed või heterogeensed. Kui energia tüüp süsteemi ühest osast teise liikumisel muutub, on tegemist ebaühtlase “sillaga”. Leidlike ülesannete puhul peame kõige sagedamini tegelema just selliste sildadega. Seega ülesandes 53 aine kuumutamise kohta tsentrifuugis on kasulik elektromagnetenergia olemasolu (selle ülekanne ei sega tsentrifuugi pöörlemist), kuid tsentrifuugi sees on vaja soojusenergiat. Eriti olulised on mõjud ja nähtused, mis võimaldavad juhtida energiat süsteemi ühest osast väljumisel või teise osa sissepääsu juures. Ülesandes 53 saab kuumutamise tagada, kui tsentrifuug on magnetväljas ja tsentrifuugi sisse on paigutatud näiteks ferromagnetketas. Kuid vastavalt probleemi tingimustele ei nõuta mitte ainult aine kuumutamist tsentrifuugi sees, vaid ka püsiva temperatuuri hoidmist umbes 2500 C. Olenemata sellest, kuidas energia eraldamine muutub, peab ketta temperatuur olema konstantne . Selle tagab “liigse” välja varustamine, millest ketas võtab piisavalt energiat, et kuumutada kuni 2500 C, misjärel ketta aine “lülitub ise välja” (üleminek läbi Curie punkti). Kui temperatuur langeb, lülitub ketas automaatselt sisse.

2. seaduse tagajärg on oluline.

Selleks, et osa tehnosüsteemist oleks juhitav, on vaja tagada energiajuhtivus selle osa ja juhtseadmete vahel.

Mõõtmis- ja tuvastamisprobleemides saame rääkida infojuhtivusest, kuid see taandub sageli energiajuhtivusele, ainult nõrgale. Näiteks on ülesande 8 lahendus silindri sees töötava lihvketta läbimõõdu mõõtmise kohta. Probleemi lahendamine on lihtsam, kui võtta arvesse energiat, mitte infojuhtivust. Seejärel tuleb ülesande lahendamiseks esmalt vastata kahele küsimusele: millisel kujul on kõige lihtsam ringile energiat anda ja millisel kujul on kõige lihtsam energiat ringi seinte kaudu (või mööda võlli) eemaldada? Vastus on ilmne: elektrivoolu kujul. See pole veel lõplik otsus, kuid samm õige vastuse suunas on juba astutud.

Tehnilise süsteemi fundamentaalse elujõulisuse vajalik tingimus on süsteemi kõigi osade rütmi (võnkesageduse, perioodilisuse) koordineerimine.

Selle seaduse näited on toodud 1. peatükis.

Kõikide süsteemide areng on ideaalsusastme tõstmise suunas.

Vaatamata “ideaalse tehnilise süsteemi” mõiste ilmselgele, on olemas teatav paradoks: reaalsed süsteemid muutuvad üha suuremaks ja raskemaks. Suurenevad lennukite, tankerite, autode jne suurus ja kaal. See paradoks on seletatav asjaoluga, et süsteemi täiustamisel vabanevaid reserve kasutatakse selle suuruse suurendamiseks ja mis kõige tähtsam - tööparameetrite suurendamiseks. Esimeste autode kiirus oli 15–20 km/h. Kui see kiirus ei suureneks, ilmuksid järk-järgult autod, mis oleksid palju kergemad ja kompaktsemad, sama tugevuse ja mugavusega. Iga auto parendus (vastupidavamate materjalide kasutamine, mootori efektiivsuse tõstmine jne) oli aga suunatud auto kiiruse suurendamisele ja sellele, mis seda kiirust "teenib" (võimas pidurisüsteem, vastupidav kere, tõhustatud amortisaator). imendumine) . Selleks, et selgelt näha auto üha suurenevat ideaalsust, peate võrdlema kaasaegset autot vana rekordautoga, millel oli sama kiirus (samal vahemaal).

Süsteemi osade areng on ebaühtlane; Mida keerulisem on süsteem, seda ebaühtlasem on selle osade areng.

Süsteemi osade ebaühtlane areng põhjustab tehnilisi ja füüsilisi vastuolusid ning sellest tulenevalt leiutusprobleeme. Näiteks kui kaubalaevade tonnaaž hakkas kiiresti kasvama, kasvas kiiresti mootori võimsus, kuid piduriseadmed jäid muutumatuks. Selle tulemusena tekkis probleem: kuidas pidurdada näiteks 200 tuhande tonnise veeväljasurvega tankerit. Sellel probleemil pole siiani tõhusat lahendust: pidurdamise algusest kuni täieliku peatumiseni jõuavad suured laevad läbida mitu miili...

Olles ammendanud arendusvõimalused, lülitatakse süsteem ühe osana supersüsteemi; Samal ajal toimub edasine areng supersüsteemi tasandil.
Sellest seadusest oleme juba rääkinud.

See hõlmab seadusi, mis kajastavad kaasaegsete tehniliste süsteemide arengut spetsiifiliste tehniliste ja füüsiliste tegurite mõjul. Staatika ja kinemaatika seadused on universaalsed - need kehtivad igal ajal ja mitte ainult tehniliste süsteemide, vaid ka üldiselt (bioloogiliste jne) süsteemide suhtes. “Dünaamika” peegeldab meie aja tehniliste süsteemide arengu peamisi suundumusi.

Süsteemi tööorganite areng toimub esmalt makro- ja seejärel mikrotasandil.

Enamikus kaasaegsetes tehnosüsteemides on tööosadeks “rauatükid”, näiteks lennuki propellerid, autorattad, treilõikurid, ekskavaatori kopp jne. Selliste tööorganite areng on võimalik makrotasandil: "näärmed" jäävad "näärmeteks", kuid muutuvad arenenumaks. Paratamatult saabub aga hetk, mil edasine areng makrotasandil osutub võimatuks. Süsteem, säilitades oma funktsiooni, on põhimõtteliselt ümber struktureeritud: selle tööorgan hakkab toimima mikrotasandil. “Näärmete” asemel teevad tööd molekulid, aatomid, ioonid, elektronid jne.

Üleminek makrotasandilt mikrotasandile on tänapäevaste tehnosüsteemide arengu üks peamisi (kui mitte kõige olulisem) suundumusi. Seega, kui õppides lahendama leidlikke probleeme Erilist tähelepanu me peame pöörama tähelepanu "makro-mikro" üleminekule ja füüsilistele mõjudele, mis seda üleminekut realiseerivad.

Tehnosüsteemide areng liigub su-välja astme suurendamise suunas.

Selle seaduse mõte seisneb selles, et mittesummaväljasüsteemid kipuvad muutuma s-väljasüsteemideks ning s-väljasüsteemides kulgeb areng mehaanilistelt väljadelt elektromagnetilistele väljadele ülemineku suunas; ainete dispersiooniastme, elementidevaheliste ühenduste arvu ja süsteemi reageerimisvõime suurendamine.

Seda seadust illustreerivaid näiteid on probleemide lahendamisel juba ette tulnud arvukalt.