Рис. 4.10. Структура закономерностей эволюции систем
Закономерность увеличения степени вепольности будет изложен в главе 5 (п. 5.6).
Увеличение управляемости веществом, энергией и информацией в данной книги не будет рассматриваться. Ознакомиться с ним можно в [81].
4.4. Законы построения систем
4.4.1. Общие соображения
Законы построения используются при разработке новых систем и представляют собой критерии их работоспособности. Работоспособность – это качественное выполнение главной функции системы.
Законы построения систем:
– закон полнотычастей системы;
– закон проводимостипотоков;
– закон минимального согласования всех элементов системы между собой, с надсистемой и внешней средой.
Структура этих законов представлена на рис. 4.11.
4.4.2. Закон полноты частей системы
Необходимым условием принципиальной работоспособности системы является обеспечение ее предназначения и наличие основных работоспособных частей системы.
Предназначение системы определяется ее главной функцией.
К основным частям системы относятся (рис. 4.11):
– рабочий орган;
– источник и преобразователь вещества, энергии и информации;
– связи;
– система управления.
Рис. 4.11. Основные элементы системы
Это минимально необходимый набор частей системы, который обеспечивает ее работоспособность.
Рабочий орган
Рабочий орган (иногда его называют «исполнительный элемент» или «инструмент») выполняет главную функцию системы. Именно рабочий орган непосредственно взаимодействует с изделием, для которого предназначена данная система.
Остальные части системы предназначены для обеспечения работоспособностирабочего органа.
Пример 4.2. Телефон
Телефон имеет два рабочих органа:
– микрофон;
– наушник.
Функция микрофона – преобразование звука в электрические колебания.
Функция наушника – преобразование электрических колебаний в звук.
Пример 4.3. Автомобиль
В транспортных системах рабочим органом является движитель.
Он существенно зависит от среды, в которой будет перемещаться транспорт.
Для перемещения по поверхности земли могут использоваться, например, колеса, гусеницы, лыжи (полозья), ноги и т. д.
Перемещение в воздухе или в воде может осуществляться, например, с помощью винта или реактивной струи воздуха, или воды, соответственно.
В автомобиле рабочий орган – это колесо.
Колесо имеет две функции: перемещать автомобиль и поддерживать его на определенном расстоянии от поверхности дороги.
Источник и преобразователь
Существуют разнообразные источники вещества, энергии и информации.
Имеются природные и искусственные источники вещества. К природным источникам вещества можно отнести, например, полезные ископаемые, древесину и т. д., а к искусственным – полученные в результате направленной деятельности человечества.
Среди источников энергии можно назвать, например, солнце, ветер, электричество, топливо и т. д. Источники энергии могут быть внешние, внутренние и смешанные.
Источники информации могут быть:
– по виду поля: звуковые (акустические); электромагнитные, включающее электрическое и магнитное поля и весть спектр электромагнитных излучений (радиоволны, терагерцовые, инфракрасные – включая тепловые, видимый свет, ультразвуковые, рентгеновские и жесткие); вкусовые; запаховые; тактильные и т. д.;
– по виду хранения: наскальные, письменные (книги, журналы, газеты и т. д.), электронные (все виды запоминающих устройств, Интернет и т. д.), произведения искусств и т. п.
Известны различные преобразователи вещества, энергии и информации.
К преобразователям вещества можно отнести химические реакции, электричество (например, электролиз, гальванопластика и т. д.), нанотехнологии и т. д.
Среди преобразователей энергии можно назвать двигатели, генераторы, трансформаторы, выпрямители, преобразователи частоты, химические реакции и т. д.
Преобразователями информации служат компьютер, радио, телевизор, телефон и т. д.
Пример 4.4. Телефон
Источник вещества – разные металлы и пластмассы.
Преобразователь вещества – отсутствует.
Источник энергии – электричество.
Стационарный телефон имеет только внешний источник энергии – телефонная сеть. Радиотелефон и мобильный телефоны имеют внешний и внутренний источники энергии, т. е. смешанные источники. В трубке радиотелефона имеются аккумуляторы, а база присоединена к электрической сети. Мобильный телефон тоже имеет аккумулятор, который заряжается от электрической сети.
Преобразователь энергии – магнитное поле, пьезо- или магнитострикционный преобразователи.
Источник информации – звук (голос).
Преобразователь информации – телефон в целом.
Пример 4.5. Автомобиль
Источник вещества – различные вещества, из которых сделан автомобиль и топливо.
Преобразователь вещества – двигатель.
Источник энергии – топливо.
Топливо имеется внутри автомобиля в бензобаке – внутренний источник энергии, который пополняется извне – заправочная станция (внешний источник).
Преобразователь энергии – двигатель. Он же является преобразователем вещества. Кроме того, в автомобиле имеется источники электрической энергии: аккумулятор и преобразователь механической энергии в электрическую – генератор. Пополнение электрической энергии осуществляется за счет вращения коленчатого вала.
Связи
Связи должны обеспечивать:
1. подвод необходимых и достаточных:
– веществ;
– энергии;
– информации.
2. организациюпотоков (вещества, энергии и информации).
3. обеспечение системных свойств.
4. отсутствие вредных воздействий (вредных потоков):
– внутренние связи не должны осуществлять вредных воздействий между элементами системы (вредные потоки);
– внешние связи не должны осуществлять вредных воздействий системы на надсистему и окружающую среду и противостоять вредным воздействиям окружающей среды и надсистемы на систему (вредные потоки).
Связи можно разделить по признакам:
1. Уровень взаимодействия:
– внутренние связи;
– внешние связи.
2. Вид связи:
– вещественные;
