5. Закономерности изменения функций
В данном разделе рассмотрим закономерности изменения функций.
Содержание
5.1. Введение
5.2. Закон идеализации функций
5.3. Закон динамизации функций
5.4. Закон согласования функций
5.5. Закон перехода к моно- или полифункциональности
5.6. Выводы
5.1. Введение
Техническая система предназначена для выполнения определенной функции, удовлетворяющей определенную потребность.
Известно выражение, что мы покупаем функцию, а не товар и это действительно так. Покупателю безразлично, как устроена система, главное, чтобы она выполняла требуемую функцию с желаемым качеством.
В связи с этим наиболее остро встает вопрос выбора правильной функции и возможность увидеть тенденции развития функций. Это особенно важно для стратегического развития исследуемой системы.
Такие рассуждения привели к необходимости выявить закономерности изменения функций.
Ниже будут описаны основные закономерности изменения функций технических систем.
Рассмотрим некоторые закономерности изменения функций, например, поли- и монофункциональность.
Как известно, развитие любой системы происходит по S-образной или логистической кривой (см. п. 3.1), представленной на рис. 5.1
Рис. 5.1. S-образная кривая
На начальном этапе развития (участок 0—1) системы строятся полифункциональными – или универсальными. Они выполняют много функций, а не приспособлены для выполнения какой-то одной специальной функции. На завершающем этапе (участки 2—3 и 3—4) системы специализируются путем выделения и развития отдельных функций, т. е. становятся монофункциональными. На определенном этапе развития монофункциональные (специализированные) системы намного проще и эффективнее полифункциональных, особенно в массовом производстве.
Пример 5.1. Судно.
Первые суда были универсальными (полифункциональными). Впоследствии стали выделяться специальные суда, например, пассажирские, транспортные, ледоколы, спасательные и пожарные суда, паромы, военные корабли и т. д. Далее каждое из этих судов еще более специализируется. Например, появились специальные суда, подбирающие лед. Среди транспортных судов выделились сухогрузы и танкеры. Достаточна большая специализация в военных кораблях.
Аналогично можно рассмотреть развитие станков и инструментов. Первые станки и инструменты появляются универсальными, например, токарный станок. В дальнейшем используются более специализированные – автоматы для нарезки винтов и т. д.
В то же время идет развитие и в другом направлении. Разработаны и широко применяются многофункциональные системы.
Пример 5.2. Телефон.
Первоначально телефон выполнял только одну функцию – передавать звук (речь).
Смартфон – это многофункциональная система. Помимо указанной функции он показывает время (в том числе имеет, будильник, таймер и секундомер), имеет встроенную фото- и видеокамеру, Интернет и многие другие функции компьютера.
Закономерности поли- и монофункциональности систем выполняются механизмами развертывания и свертывания функций.
Под свертыванием понимается переход системы от поли- к моно-функциональности.
Развертывание – это расширение функциональных возможностей системы переходом от моно- к поли-функциональности.
Поли- или монофункциональность в системе может быть и динамичной (см. закон динамизации функций).
При любых изменениях необходимо согласование функций, систем и параметров.
Схема законов изменения функций показана на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Структура законов изменения функций
Законы изменения функций аналогичны законам развития потребностей, но рассматриваются на функциональном уровне:
– идеализация функций;
– динамизация функций;
– согласование функций;
– переход к моно- или полифункциональности.
Идеализация функций осуществляется их динамизацией и переходом к моно- или полифункциональности и последующим согласованием.
5.2. Закон идеализации функций
Закон идеализации функций предусматривает увеличение количества и качества функций и уменьшения затрат времени и средств на их удовлетворение.
Закон идеализации функций аналогичен закону идеализации потребностей (см. п. 4.3).
Рассмотрим свойства идеальной функции.
– Идеальная функция – функция, которая выполняется в нужный момент в нужном месте при необходимых условиях.
– Функция тем идеальнее, чем качественнее она выполняется.
– Функция тем идеальнее, чем большее количество функций выполняется.
– Функция тем идеальнее, чем меньше затрачивает времени, сил и средств на осуществление этой функции. Идеальная функция появляется как по мановению волшебной палочки – сама.
– Функция тем идеальнее, чем ее обеспечение создает меньше отрицательных эффектов (вредных факторов, вредных воздействий) как непосредственно объекту, исполняющему функцию, так и окружению.
– Идеальная функция – это функция, которую нет необходимости выполнять. Функция стала ненужной или она выполняется сама.
Степень идеализации функций можно представить в виде формулы (5.1):
Степень идеализации функций
где
If – степень идеализации функций (безразмерная величина);
Fqn – количество полезных функций (безразмерная величина);
Fql – качество полезных функций (безразмерная величина);
a, β, γ – коэффициенты согласования;
C – затраты времени и средств на выполнение функции;
H – вредное действие;
i – порядковый номер функции;
n – максимальное число функций.
Пример 5.3. Компьютер.
Количество функций, выполняемое компьютером, постоянно увеличивается, а стоимость компьютера уменьшается. В связи с этим стоимость выполнения одной функции уменьшается.
В соответствии с формулой 5.1 степень идеализации функций будет увеличиваться с увеличением числителя и уменьшением знаменателя.
Опишем механизм увеличения степени идеализации функций.
Увеличение числителя может осуществляться за счет:
– увеличения количества функций;
– улучшения качества функций.
Увеличение количества функций может осуществляться путем:
– появления новых функций;
– разнообразия имеющихся функций.
Улучшение качества имеющихся и вновь появляющихся функций может осуществляться за счет:
– разработки и/или использования более прогрессивных средств;
– изобретения дополнительных или принципиально новых средств, выполняющих вновь появившиеся функции.
Уменьшение знаменателя может осуществляться за счет:
– уменьшение затрат времени и средств на выполнение функции;
– уменьшение вредных действий.
Сокращение затрат времени и средств на выполнение функции осуществляется путями:
– одновременного выполнения нескольких функций;
– выполнения нескольких функций путем использования одного средства;
– выполнения новых функций за счет имеющихся ресурсов.
Уменьшение вредных факторов может осуществляться предварительным анализом функций с использованием, например, элементов ТРИЗ и «диверсионного анализа»275.
Некоторые пути уменьшения вредных факторов:
– использование безотходных и сбалансированных технологий;
– использование ресурсов;
– использование эффектов и прежде всего биологических.
Структура механизма увеличения степени идеализации функций представл ена на рис. 5.3.
Рис. 5.3. Структура механизма увеличения степени идеализации функций
Примеры на закон идеализации функций аналогичны закону идеализации потребностей (см. примеры 4.7—4.15).
5.3. Закон динамизации функций
Закон динамизации функций предусматривает изменение функций во времени и пространстве в зависимости от определенных условий.
Функции приспосабливаются под определенные потребности, конкретные условия, группу людей, конкретного человека, направления деятельности и т. п. Функции изменяются в то время, в том месте и в том виде, в котором это необходимо в конкретном случае.
Пример 5.4. Искусственное небо.
В торговом центре Лас-Вегаса создано искусственное небо. Оно постоянно меняет свое состояние. Появляются и уходят облака, небо темнеет и светлеет, имеется рассвет и закат.
Кроме того, под динамизацией функций понимается и переход от поли- к монофункциональности и наоборот, что может осуществляться следующим образом.
– В целом система может быть монофункциональной, но в определенный момент времени, в определенном месте или при определенных условиях она может превращаться в полифункциональную.
– Или, наоборот, полифункциональная система может превращаться в монофункциональную.
Пример 5.5. Уборочная машина.
Разработали и выпускают отдельные машины для мойки улиц. В зимнее время они простаивают. В дальнейшем к машине зимой стали прицеплять скребок и щетку и использовать для очистки от снега. Снег убирается с проезжей части. Другая специальная машина соскребала этот снег и направляла его в кузов третьей машины, которая отвозила его в другое место. Следующим этапом машина должна быть полностью универсальной. Существует только основная часть автомобиля, к которой присоединяются, необходимые в данный момент дополнительные части. Этих частей может быть несколько. Машина сможет одновременно выполнять сразу несколько функций.
Современные средства управления обладают динамизацией функций. Приведем примеры на динамизацию функций и динамическое согласование.
Пример 5.6. Динамизация в компьютере.
Компьютер – многофункциональное устройство. Сегодня трудно описать все функции, которые он может выполнять. Но при конкретной работе он часто выполняет только одну функцию. Все остальные функции в это время не используются. При выполнении нескольких функций они обязательно согласуются по времени и структуре одна с другой (динамическое согласование).
Пример 5.7. Аварийные ситуации на дорогах.
При некоторых обстоятельствах водитель создает аварийные ситуации на дорогах.
Опишем три из них.
– Водитель одновременно говорит по телефону и ведет автомобиль.
– Водитель отвлекся.
– Водитель засыпает за рулем.
Мы будем рассматривать случаи, когда человек, сидящей в машине, водитель, а не пассажир и, когда в машине не установлен автопилот.
Первая проблема уже частично решена – используется аппарат для громкой связи (спикер). Обе руки водителя свободны и он может точно так же вести автомобиль. Можно управлять автомобилем и свободно говорить. Это не опаснее, чем разговор с попутчиком. Даже с попутчиком еще более опасно, так как водитель может повернуть голову к нему, положить на него свободную руку и т. д. Все зависит от мастерства водителя. Но, тем не менее, проблема все равно остается.
Разработана система интеллектуального предотвращения аварии «Мобилай» (Mobileye). Это система безопасности для предотвращения столкновений и сведения к минимуму их отрицательных последствий. Система определяет транспортные средства, полосы и разметки, пешеходов, постоянно измеряя и рассчитывая расстояния между автомобилем и другими пользователями дороги, и подавая предупредительные сигналы (рис. 5.4). Система работает и в ночное время.
Рис. 5.4. Система предотвращения столкновения Mobileye
Посмотрим на эту проблему как на появление новой потребности. Опишем один из возможных способов ее удовлетворения.
Автомобиль оборудован приборами, определяющими состояние водителя. У водителя постоянно снимают сигналы работы мозга, следят за положением его зрачков и снимают другие показатели. Когда интегральная картина, показывает, что человек отвлекается от вождения автомобиля, телефон отключается. И подается сигнал, заставляющий водителя усилить внимание. Такие датчики можно будет поместить, например, в специальных очках или на лобовом стекле, ремне безопасности, сидении, руле и т. д. Подбор подаваемых водителю сигналов будет строго индивидуален. Для каждого человека будут подбираться свои, наиболее эффективно на него воздействующие сигналы.
Перейдем к проблеме засыпания за рулем. На автострадах существуют специальные съезды с дороги. Дорога построена таким образом, что машину сносит на обочину. Поэтому, когда водитель не спит, то он управляет автомобилем и остается в том ряду, в котором он ехал. Если водитель заснул, то его сносит на обочину. На обочине покрытие сделано такое, что создается повышенное трение (ребристая дорога). Это трение приводит к «визгу» шин. Звук тем сильнее и тем противнее, чем больше скорость движения автомобиля. Чаще всего этого звука достаточно, чтобы водитель проснулся. Предусмотрена и следующая полоса ближе к обочине. Она сделана волнистой. Машина подскакивает на возвышенностях и появляется вибрация у водителя ослабляется давление на педаль газа и, кроме того, от вибрации водитель просыпается. Эта система хороша, когда на полосе, ближней к обочине нет машин. Кроме того, это реакция на уже заснувшего водителя, а желательно поймать момент, когда он только начинает терять внимание. Для этого нужно следить за состоянием водителя. В этом случае можно использовать систему, описанную выше.
5.4. Закон согласования функций
Согласование функций может осуществляться:
– во времени;
– в пространстве;
– по условиям.
В частности, может быть динамическое согласование.
Пример 5.8. Посудомоечная машина.
В современных посудомоечных машинах необходимо согласовывать во времени операции замачивания, мойки и сушки. Аналогичны и в стиральных машинах операции замачивания, стирки, отжима и сушки (согласование во времени).
Пример 5.9. Жилое помещение.
Как правило, функция потребления пищи осуществляется в столовой комнате, функция сна – в спальне, а функция работы – в кабинете (согласование в пространстве).
Согласование по условию должно обязательно проводиться для операций, которые могут быть выполнены только тогда, когда выполнена предыдущая операция.
Пример 5.10. Аппарат по заполнению тары.
Аппарат по заполнению тары каким-то содержимым, например, жидкостью, должен до момента заполнения проверить имеется ли на этом месте эта тара, и только при ее наличии заполнять ее содержимым.
Согласование функций путем их объединения будет рассмотрено ниже.
5.5. Закон перехода к моно- или полифункциональности
Закон перехода к моно- или полифункциональности осуществляется механизмами свертывания или развертывания функций.
Схематически это изображено на рис. 5.5.
Рис. 5.5. Схема закона перехода к моно- или полифункциональности
Ниже опишем закономерности свертывания и развертывания функций.
5.5.1. Закономерности свертывания функций
Развитие систем идет путем объединения (свертывания) функций.
Свертывание функций осуществляется:
– устранением лишних и вредных функций;
– передачей функции другому элементу системы или надсистеме;
– выполнением только нужной функции;
– когда функция становится ненужной.
Приведем примеры на свертывание функций.
Пример 5.11. Перевозка шлака.
Расплавленный шлак (температура около 1000 оС), образуемый при выплавке чугуна, переливают в ковши на железнодорожной платформе и увозят на переработку. Следует иметь в виду, что переработка жидкого шлака экономически выгодна, переработка твердого шлака нерентабельна. Во время перевозки шлак охлаждается, и на поверхности расплава образуется твердая корка. Чтобы вылить шлак из ковша, в корке специальным копровым устройством пробивают два отверстия. При таком способе вылива 1/3 шлака остается в ковше. Затвердевший шлак выбивают из ковша с помощью отбойных молотков и отправляют в отвалы.
Вредная функция в данной задаче – застывание шлака. Ликвидировать эту вредную функцию было предложено двумя способами: или с помощью обогрева шлака, для чего предлагалась специальная система, или с помощью теплоизолятора в виде крышки.
Система обогрева оказалась очень энергоемкой, крышка предохраняла шлак от застывания, но она оказалась очень тяжелой.
Для открытия и закрытия крышки необходимо было использовать подъемный кран или специальный домкрат. Кран должен ездить постоянно с ковшом, что неудобно и дорого.
Разработка специализированного домкрата оказалась также сложной задачей. Домкрат должен работать при очень большой температуре и в агрессивной среде.
Необходимо свернуть крышку и ее функцию (теплоизоляция) передать другому элементу, имеющемуся в системы, т. е. ковшу и/или шлаку.
Застывшая корка шлака частично обеспечивает функцию теплоизоляции. При наличии корки шлак остывает значительно меньше, но появляется новая вредная функция – корка не пропускает шлак (не позволяет шлаку выливаться). Необходимо свернуть и эту вредную функцию, передав ее также имеющимся в системе элементам. Мы уже использовали корку, которая теперь выполняет полезную функцию – теплозащиту. Но корка создает и вредную функцию – не пропускает шлак. Видимо, устранение этой вредной функции должна осуществлять корка. Это можно осуществить, если делать корку в виде пены. Пена – хороший теплоизолятор и легко разрушается потоком шлака при его выливании. Такую шлаковую пену делают, подавая в струю воды в место падения струи расплава во время наполнения ковша276.
Таким образом, в данной задаче продемонстрировано свертывание путем:
– передачи функции другому элементу;
– ликвидации вредной функции.
Рис. 5.6. Перевозка шлака
Пример 5.12. Дуговая сварка.
При дуговой сварке электрод необходимо передвигать. Эта процедура проводится или вручную, или с помощью специального механизма.
Свернем функцию передвижения электрода.
Приведем некоторые решения.
– Предложено в разделку шва укладывать зигзагообразный электрод. По мере плавления электрода дуга перемещается сама277 (рис. 5.7а).
– Вдоль шва ставят электроды на расстоянии не более пятна действия дуги278. Ток к электродам подключают постепенно. Дуга перемещается от электрода к электроду (рис. 5.7б).
– Самое идеальное решение перемещать только дугу. Перемещение дуги осуществляется магнитным полем279.
Функция перемещения электрода стала ненужной.
Рис. 5.7. Дуговая сварка
Пример 5.13. Свеча Яблочкова.
Еще один пример на свертывание функции передвижения можно описать, вспомнив изобретение электрической свечи в 1876 г. П. Н. Яблочковым. Все изобретатели, пытавшиеся применить принцип электрической дуги, открытый в 1802 г. В. В. Петровым, располагали электроды так, что по мере их сгорания электроды необходимо было придвигать друг к другу (рис. 5.8а). Это требовало сложных устройств (регуляторов), которые делали электрическое освещение с помощью дуговых фонарей неудобным и дорогим.
П. Н. Яблочков решил свернуть функцию передвижения электродов.
Он расположил электроды параллельно и поместил между ними электроизоляционную прокладку (рис. 5.8б, в).
Функция перемещения электрода стала ненужной.
Рис. 5.8. Свеча Яблочкова
Таким образом, свертывание функций может проводиться следующими путями:
– ликвидацией ненужных или вредных функций (пример 5.1 – перевозка шлака);
– передачей функции другой части системы или надсистеме (пример 5.1 – перевозка шлака);
– выполнением необходимого действия заранее, или заменой процесса на более прогрессивный (пример 5.12 —дуговая сварка – а. с. 66 582, 28 5740 и пример 5.13 – свеча Яблочкова);
– когда функция становится не нужной или выявлением более общей функции и определением других путей ее осуществления, не требующих выполнения первоначальной функции (пример 5.12 – дуговая сварка – перемещение дуги вместо электрода – а. с. 172 932, 221 867);
– выделением необходимой (специальной) функции из системы или подсистемы и созданием специализированной системы (специальные суда, станки), выполняющей эту функцию.
Для функции измерения или обнаружения более общая функция – изменение, т. е. свертывание функций измерения или обнаружения – это осуществление необходимого изменения. В соответствии со стандартом 4.1.1, из системы 76 стандартов на решение изобретательских задач, функция измерения или обнаружения заменяется функцией изменения.
Пример 5.14. Заделка трещин.
При появлении трещины в трубе необходимо определить, где эта трещина находится. Свертываем функцию обнаружения – не определяем, где находится трещина, а сразу решаем задачу об ее заделке. Заделать трещину, не зная ее местоположения, можно с помощью химического эффекта. На внешний слой трубы наносится раствор соли металла, а по трубе пускается газ аммиак. При их соединении происходит реакция, выделяющая вещество, которое позволяет заделать трещину280.
Рис. 5.9. Заделка трещин
Возможно и некоторое отступление – частичное свертывание функции обнаружения: одновременное обнаружение и изменение.
Пример 5.15. Течь в холодильнике.
Необходимо обнаружить и заделать течь в холодильнике, использующим в качестве хладагента фреон. Горелку проводят вдоль трубы, в месте течи пламя изменяет цвет. Запаивают до тех пор, пока не восстановится цвет пламени.
В наиболее свернутом (общем) виде функции можно представить, как:
– преобразование (переработка);
– передача (обмен);
– хранение (задержка);
– управление этими функциями.
Определение более общей (главной функции) можно проводить в следующей последовательности281:
– Определение функции в решаемой задаче.
– Определение недостатков, связанных с выполнением этой функции в решаемой задаче.
– Определение системы, в которую входит рассматриваемая задача.
– Определение главной функции системы.
– Определение недостатков, связанных с выполнением главной функции системы известным способом.
– Определение надсистемы, в которую входит рассматриваемая система.
– Определение главной функции надсистемы.
– Определение недостатков, связанных с выполнением главной функции надсистемы известным способом.
В случае необходимости определяют наднадсистему и далее аналогично пунктам 6—8 и т. д. Наиболее общую функцию называют главной функцией.
Под недостатками понимаются не только вредные функции, но и ненужные, лишние, недостаточные и избыточные. Кроме того, под вредными функциями мы будем понимать бездействие (холостой ход, простой и т. д.).
Определение недостатков при формулировке главной функции проводится для того, чтобы устранить их свертыванием вредных функций.
5.5.2. Закономерности развертывания функций
Развертывание функций, т. е. переход к поли-функциональности, осуществляется приданием системе необходимых или желательных функций, а, кроме того, выявлением и использованием новых функций в имеющихся системах.
Увеличение (расширение) функций может осуществлять на качественном и количественном уровнях. Под качественным уровнем понимается появление новых функций, а под количественным – дублирование имеющихся.
Расширение может проводиться соединением-разъединением, например, использованием следующих операций:
– динамизация-стабилизация;
– ускорение-замедление;
– увеличение-уменьшение.
Эти операции можно осуществлять для вещества, энергии, информации, которые могут рассматриваться в пространстве, во времени, по условию, по любым параметрам системы, подсистемы, надсистемы, окружающей среды и связей между ними.
Частично эта система представлена в табл. 5.1. Полная картина представляет собой морфологическую матрицу с двумя дополнительными осями: параметров (физических, экономических, эстетических и т. п.) и структуры (подсистемы, системы, надсистемы, окружающей среды).
Развертывание функций начинают с построения дерева функций.
Вершиной этого дерева служит генеральная цель или главная функция (функция нулевого ранга). Кроме главной функции система может иметь и второстепенные. Для обеспечения главной (или второстепенной) функции необходимы одна или несколько основных функций (функций 1-го ранга), а они осуществляются вспомогательными функциями (функциями 2-го ранга).
Таблица 5.1. Развертывание функций
Вид дерева функций показан на рис. 5.10. Аналогичное дерево может быть построено и для второстепенной функции, если ее принять за главную.
Рис. 5.10. Дерево функций
Развертывание функций осуществляется путем выявления и использования новых функций в имеющихся системах282.
Первоначально выявляются свойства этих систем.
Выявление свойств систем может быть выполнено в следующей последовательности.
1. Определение свойств системы в целом.
1.1. Описание известных свойств системы, взятых из справочников и документации, в том числе главной, основных и вспомогательных функций.
1.2. Описание явных свойств системы, не описанных в справочной литературе, например, особенностей формы, чистоты поверхности, цвета, объема и т. п.
1.3. Описание нежелательных, вредных, бесполезных и вспомогательных свойств, выявленных, например, в процессе эксплуатации.
2. Расчленение системы на подсистемы и выявление их свойств аналогичным образом. Только на этом этапе дополнительно выявляются вспомогательные функции.
3. Выявление свойств веществ, из которых состоят подсистемы, аналогично п. 1. Выявление свойств полей, которыми обладает данная система и подсистема.
4. Выявление системных свойств, не описанных ранее, полученных в результате соединения подсистем известными и новыми способами.
Кроме того, свойства системы меняются в зависимости от надсистемы, в которую ее поместили, и от среды, в которой находятся (работают, функционируют) система и надсистема. На этом этапе составляются морфологические матрицы взаимодействия подсистем в системе, системы с различными надсистемами, системы с различными средами и надсистемы с различными средами. По этим матрицам получаются новые системные свойства (см. табл. 5.2).
Таблица 5.2. Выявление системных свойств.
Используя выявленные таким образом свойства, можно расширить функциональные возможности имеющихся систем, т. е. применять их по новому назначению.
Последовательность применения выявленных свойств по новому назначению системы может быть следующая:
1. Применение системы в целом.
1.1.Применение вспомогательных свойств, функций, действий в целом.
1.2. Применение вспомогательных функций в качестве основных.
1.3. Применение ненужных или вредных функций в качестве полезных.
1.4. Применение свойств, функций и действий, обратных выявленным.
2. Применение подсистем аналогично п. 1.
3. Применение веществ и полей подсистем.
3.1. Применение основных для системы и подсистемы свойств веществ и полей.
3.2. Применение вспомогательных для данной системы свойств веществ и полей в качестве основных.
3.3. Применение ненужных для данной системы веществ и полей в качестве полезных.
3.4. Применение вредных для данной системы веществ и полей в качестве полезных.
4. Применение микроструктуры веществ подсистемы.
4.1. Применение основных свойств микроструктуры – молекул, атомов, элементарных частиц и т. п.
4.2. Применение вспомогательных для данной системы свойств микроструктуры.
4.3. Применение ненужных для данной системы свойств микроструктуры в качестве нужных.
4.4. Применение вредных для данной системы свойств микроструктуры в качестве полезных.
Развертывание функций может осуществляться и приданием системе более общей функции, включая, в частности, и первоначальную функцию.
Например, функция сверление может быть заменена более общей – делание отверстий или еще более общей – обрабатывание материала или вообще – обработкой, которая подразумевает обработку или преобразование не только вещества, но и энергии и информации.
Приведем примеры развертывания функций.
Пример 5.16. Дуговая сварка.
Фрагментарно опишем процесс развертывания функций. Определим свойства системы.
Определим главную функцию дуговой сварки. Дуговая сварка необходима для неразъемного соединения преимущественно стальных металлов (сталей). Следовательно, более общий термин – «сварка». Функция – создание неразъемных соединений, более общая —создание соединений.
Основной характеристикой дуговой сварки является ток. В различных аппаратах дуговой сварки величины тока могут достигать сотен и даже нескольких тысяч ампер.
Вредными свойствами дуговой сварки являются образование брызг, сильный разогрев и, вследствие этого, деформация деталей, выделение вредных газов, озона и ультрафиолетового излучения.
Рассмотрим основные подсистемы аппаратуры для дуговой сварки.
В качестве таких подсистем можно назвать горелку с механизмом подачи электродной проволоки и системой подачи защитного газа, источник тока, систему перемещения электрода и систему управления.
Основными функциями горелки являются подвод тока к проволоке, подача проволоки и защитного газа. Ее недостатки – деформация или проскальзывание проволоки и излишний расход газа.
Источник тока вырабатывает ток. Нежелательный эффект – большие габариты и масса.
Перемещение электрода (горелки) осуществляется с помощью специальной тележки – трактора или робота. Основная функция – перемещение электрода по заданной траектории. Недостатки: малая точность и скорость перемещения.
Основная функция системы управления – управление током и перемещением электрода. Недостатки: низкие быстродействие, точность и динамизм (диапазон и скорость изменения параметров).
Опишем некоторые применения выявленных свойств.
Функция, обратная сварке, – резание. Эта функция выполняется с помощью электрической дуги. Можно использовать сварочный аппарат для выработки электрического тока различной величины. Такой ток имеет множество применений. Аппарат для дуговой сварки можно использовать как источник создания металлических капель, шариков, неровностей на поверхности металла и т. п. Можно разогревать металлические предметы для разнообразных назначений, расплавлять металл, наплавлять новый металл, использовать озон для окислительных процессов, выделять полезные продукты из отработанных газов, использовать ультрафиолетовые лучи, например, для загара, лечения, дезинфекции, освещения и т. п.
Механизм подачи электродной проволоки можно использовать для перемещения любой проволоки, стержней, прутков, проделывания отверстий, создания напряжения и давления, перемещения любых предметов, расплющивания проволоки и придания ей определенной формы и т. п.
Пример 5.17. Двигатель реактивного самолета.
Основная его функция – создание тяги. Она осуществляется с помощью струи газа. Нежелательный эффект – прогорание сопла из-за большой температуры струи газа. Покажем некоторые применения этих свойств: очистка взлетных полос от ледяной корки; транспортировка в мощной газовой струе полезных ископаемых в открытых карьерах; реактивный канавокопатель, удешевивший стоимость мелиорации в 15 раз по сравнению с использованием экскаватора; очистка бытовых стоков и воды в замкнутых технологических системах. Грязная вода с большой скоростью проходит под струей раскаленного двигателя. 900-градусный жар мгновенно убивает все микробы. Один реактивный двигатель способен обезвредить и переработать бытовые стоки города со стотысячным населением.
Рассмотрим механизм развертывания функций на примере автопокрышек.
Пример 5.18. Автопокрышка.
Основная функция автопокрышки – предохранять камеру от повреждений. Покрышка имеет форму тора, упруга в радиальном и поперечном направлениях, состоит из резины и металлического корда. Покрышки используются как кранцы (амортизаторы) на бортах судов, ограждения автомобильных дорог283, берегозащитные сооружения284, покрытие откосов гидротехнических сооружений285, в дренажных колодцах286, как строительные блоки для гаражей, складов, мастерских287, для закрывания водоемов, в качестве добавки при изготовлении асфальта и т. д.
5.6. Выводы
К законам изменения функций относятся законы: идеализации, динамизации и согласования функций, а также их свертывания и развертывания.
Изложенные законы позволяют прогнозировать будущие функции и тенденции их изменения. Использование выявленных, таким образом, функций позволяет разработать новые товары и услуги, которых еще не был на рынке.