17347

Системобразрушающие факторы

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Тема 2. Научные Теоретические основы системного похода Продолжение 2. Лекция 5 3.10.Системобразрушающие факторы Как указывалось выше распад целостных объектов происходит под влиянием внешних системоразрушающих факторов. Горы могут быть разрушены землетрясение

Русский

2013-07-01

109.5 KB

0 чел.

Тема 2. Научные (Теоретические) основы системного похода

Продолжение 2.

Лекция 5

3.10.Системобразрушающие факторы

Как указывалось выше, распад целостных объектов происходит под влиянием внешних системоразрушающих факторов. Горы могут быть разрушены землетрясением. Скалы могут быть взорваны человеком. Однако системобразрушающие факторы могут быть также внутренними. Если автомобиль столкнулся с деревом, то это внешний фактор разрушения. Но если в результате износа сломалась рулевая тяга, то это внутренний фактор.

Распад многих систем связан с энергетическими характеристиками связей. Это означает, что внутренние характеристики оказываются неспособными поддерживать адаптивность системы. Для человека это может означать, что какие-то органы не в состоянии обеспечить полноценное функционирование организма. В обществе такое положение дел возникает при полной или частичной потере управления. У молекулярных соединений разрушение происходит при разрыве валентных связей. Система перестает существовать, если «агрессия» среды будет выше возможностей сопротивления самой системы.

Разрушение связей может происходить под влиянием малых внешних возмущений. Малые, но согласованные с внутренним состоянием системы, внешние воздействия могут оказаться эффективными. Резонансное возбуждение представляет собой особую чувствительность системы к внешним воздействиям, согласующимся с её внутренними свойствами [19]. Резонансное воздействие может быть сильным системоразрушающим фактором. Например, посредством слабого звука могут быть разрушены оконные стекла дома, если частота колебаний звука совпадет с резонансной частотой стекол.

Динамика флюктуации может быть различной в зависимости от того, устойчив процесс или нет. Обычно в области устойчивого поведения флюктуации уменьшаются, а в зоне неустойчивости флюктуации нарастают и становятся значительными (макроскопическими). Поведение системы в таких условиях становится непредсказуемым и неуправляемым. Малые причины могут приводить к значительным последствиям, и даже небольшая флюктуация «может послужить началом эволюции в совершенно новом направлении» [8].

Революционным процессам способствуют положительные обратные связи, усиливающие слабые возмущения (см. приложение 2, 4), что может привести к разрушению существующей структуры  и переводу системы в другое состояние [19].

3.11.Системоразрушающие факторы

Системоразрушающим факторам противодействуют системообразующие, которые также могут быть внутренними и внешними. Чем сильнее системообразующие факторы, тем более защищена система. И наоборот, превышение силы разрушающих факторов направляет движение в сторону распада системы. Системообразующим факторам способствуют отрицательные обратные связи. Деградация системы может произойти в следующих случаях [20]:

  •  Системоразрушающие факторы накапливаются, а системообразующие недостаточны, либо сильно запаздывают (высокая инерционность адаптивных процессов). Управляющая подсистема не выполняет свои функции в полной мере.
  •  Резко уменьшается количество компонентов, необходимых для функционирования системы; (например, ампутация конечностей) или увеличивается количество бесполезных компонентов системы. Нарушается закон пропорциональности.
  •  Отсутствуют источники внешних ресурсов и истощились внутренние ресурсы.
  •  Недостаточная проводимость ВЭИ каналов.
  •  Нарушена координация (синхронизация) взаимодействий элементов системы.
  •  Цели частей (подсистем, элементов) не согласованы и противоречат целям целого (системы).
  •  Отсутствие авторегенеративных или внешнерегенеративных функций. Регенерацию элементов способны осуществлять все живые объекты и кристаллы. Техногенные системы относятся к внешнерегенеративным, т.к. ремонт и замену элементов осуществляет человек.

3.12. Элементы самоорганизации

Когда под давлением обстоятельств объект теряет возможность сохранять устойчивое неравновесие, назревает необходимость перехода в новое качество. Переход, как правило, связан с реорганизацией структуры.

Переломный, критический момент в развитии системы, в котором она осуществляет выбор нового пути, называется бифуркацией (приложение 4). В какое именно состояние перейдёт система после прохождения точки бифуркации, точно предсказать невозможно. Это связано с тем, что влияние среды носит случайный характер [8]. Повышение размерности и сложности системы приводит к увеличению числа возможных путей её развития [21].

Иногда вместо понятия «бифуркация» используют термин «катастрофа» (скачкообразные, внезапные изменения). Катастрофа изменяет организованность системы. Для успешного перехода на более высокий уровень развития должны созреть условия, накопиться ресурсы. «Незрелые» переходы ведут к деградации. Направление перехода (скачка) часто определяется наследственностью (свойство будущего зависеть от прошлого); прошлый опыт вводит процессы изменчивости в определённые границы, т.е. задаёт коридор развития.

Молодая система, т.е. система, формирующаяся в фазе бифуркации, подвергается действию отбора. Выживают структуры и функции способные адекватно адаптироваться к новым условиям. Отбор осуществляется в процессе конкуренции, которая обуславливается ограниченностью ресурсов. Среди возможных форм развития реализуются лишь устойчивые. Неустойчивые формы, если и возникают, то быстро разрушаются. Идею отбора (естественного или искусственного) высказал Ч. Дарвин.

Для повышения уровня организованности сложных систем имеются следующие пути:

1. Интенсивный путь, осуществляется через уменьшение количества элементов. При этом повышается нагрузка на каждый элемент, возрастает сложность и незаменимость их функций («не числом, а умением»), сокращается потребление ресурсов, растет коэффициент полезного действия. Интегративность возрастает, суммативность уменьшается, но при этом снижается надежность.

2. Экстенсивный путь приводит к увеличению количества элементов в системе, многократному дублированию элементов и связей. Возрастает суммативность.

3. Комбинация 1 и 2.

Например, развитие биосферы идет по интенсивному пути. Древние, простые организмы обеспечивали выживание вида путем воспроизводства многочисленного потомства. Осетровые рыбы вымётывают миллионы икринок, но выживают только единицы (экстенсивный путь). Более развитые существа сократили воспроизводство потомства, но научились сохранять детёнышей путем защиты, воспитания, обучения (интенсивный путь).

Жизненный цикл общественной организации также отмечается сменой способов выживания. В стадии «детства» доминирует экстенсивный путь, организация совершает множество проб и ошибок, поощряется инициатива всех творческих работников, власть децентрализована. В зрелой фазе жизненного цикла уже выбрана оптимальная сфера деятельности, дающая максимальную прибыль. Все пробные варианты отметаются, деятельность сужается, поисковые инициативы становятся ненужными, деятельность рационализируется, прибыль растёт, достигается состояние благополучия. Но благополучие хранит в себе угрозу будущей стагнации. Организация теряет адаптивные способности, что приводит к её гибели.

Таким образом, развитие системы осуществляется как процесс движения от одной точки бифуркации к другой. В каждой точке бифуркации система выбирает новый путь развития.

3.13. Биологические системы

Все без исключения системы обладают целостностью, интегративностью (суммативностью), открытостью, диссипативностью, нелинейностью, неравновесностью, самоорганизованностью.

Жизнь характеризуется высокоупорядоченными структурами, способными к самовоспроизведению. Известный отечественный системолог А.Н. Аверьянов выделил следующие основные уровни организации живого.

  •  вирусы, состоящие в основном из двух компонентов: молекул нуклеиновой кислоты и молекул белка;
  •  клетки, состоящие из ядра, цитоплазмы и оболочки;
  •  многоклеточные организмы;
  •  популяции –  коллективы организмов одного типа;
  •  биоценозы - системы, объединяющие организмы различных видов;
  •  биосфера - система живой материи на Земле.
  •  биогеоценоз – система, объединяющая организмы и неживую природу поверхности Земли;

Система каждого уровня включает в себя компоненты ниже лежащего уровня.

Основные признаки живого.

Приведём наиболее характерные признаки живого.

1. Живые организмы характеризуются сложной упорядоченной структурой. Уровни их самоорганизации значительно выше, чем в неживой природе [22].

2. Живые организмы используют ВЭИ потоки из окружающей среды для поддержания своей упорядоченности (открытые системы). Обмен веществом, по выражению В.И. Вернадского, – это могучая геологическая сила. Живое вещество Земли за год пропускает через себя и преобразует количество химических элементов, соизмеримое с массой земной коры. Интенсивность обмена веществ усиливается способностью живого активно искать ресурсы (питания). Клетка перемещается в сторону увеличения концентрации пищи. Растения тянутся к свету, воздуху, к воде. Человек ищет и добывает ресурсы.

3. Живые объекты уникальны. Не существует двух полностью идентичных живых существ.

4. Живые объекты целеустремленны. Они способны ставить цель и стремиться к ней.

5. Живые объекты функционируют непрерывно. Организм нельзя «выключить» временно. Остановка функционирования равносильна смерти.

6. Всё живое реализует жизненный цикл (онтогенез). Всё рождается и неизбежно умирает.

7. Универсальное свойство всех живых систем - способность реагировать на внешнее воздействие (раздражитель).

Ответная реакция сложных объектов всегда направлена на “нейтрализацию” «вредного» внешнего воздействия. Объект своей реакцией стремиться сохранить свое исходное состояние. Сложные живые существа реагируют ситуационно, могут менять свое поведение. При появлении опасности могут убежать, напасть, замереть. Если внешнее воздействие идет на пользу организму, то может возникнуть реакция содействия (не противодействия). Однако, чем проще форма жизни, тем менее разнообразны реакции.

Адаптация (стремление к независимости от внешней среды, саморегуляция) также происходит через реакции организма. При болезни человек реагирует повышением (понижением) температуры. Если заболевание не тяжелое, организм с течением времени справляется с ним и температура тела возвращается к норме. Если же адаптивных способностей организма недостаточно, необходимо врачебное вмешательство.

Живое адаптируется разными способами. Создаётся искусственная среда обитания посредством мембран (клетка), кожи, шкур, стен и т.п. В границах искусственной среды поддерживается необходимые параметры, температура (теплокровные), химический состав. Осуществляется постоянное обновление структуры (регенерация).

8. Способность к регенерации (адаптация, саморегуляция).

Живые системы постоянно заменяют «морально устаревшие» или изношенные фрагменты. Процессам распада, дезинтеграции противопоставляются процессы восстановления испорченного и разрушенного. Клетка периодически заменяет белки (ферменты) [23]. Организмы восстанавливают хвосты, ногти, кожу, волосы, стенки желудка. Человек полностью обновляется в течение нескольких месяцев.

9. Размножение и экспансия. Все живое размножается.

Самоизоляция единицы живого внутри некоторого замкнутого объема компенсируется экспансией, стремлением занять всю окружающую среду. Этот процесс реализуется через размножение. Неограниченное размножение подобно биологическому взрыву. Одноклеточные водоросли за 8 дней размножения способны увеличить численность особей, которые по объему могут стать соизмеримыми с объемом Земли [24]. Живое вещество, участвуя в процессах обмена ВЭИ, может преобразовывать окружающую среду.

10. Специализация элементов живых систем.

Живое состоит из разнородных элементов, объединенных единством цели. Например, количество специализированных белков в клетке на порядки превышает число атомов в сложной молекуле. У человека имеется около 200 специализированных клеток и множество специализированных органов.

11. Лабильность (подвижность) функциональных связей.

В клетке нет постоянных мест расположения органелл. Они могут передвигаться в протоплазме, но функции свои они при этом выполняют. В животных все органы связаны эластичными тяжами, гибкими сосудами и нервами. Длина связей в живых организмах существенно выше, чем в неживом веществе.

12. Наличие системы управления. Интенсивное производство и циркуляция информации.

В живых объектах имеется блок памяти, где хранится опыт предков и индивидуума. Молекула ДНК дает “инструкции”, какие белки надо синтезировать и в каком порядке. Цитоплазма включает в работу те или иные гены. Ядро клетки является банком генетической памяти. В организмах память сосредоточена в нервных узлах (ганглиях), в мозге. Посредством РНК – переносчиков информации “инструкции поступают” в “цех” синтеза белка (рибосомы). Комплектующие (аминокислоты) подаются в нужное место и вовремя. Это очень напоминает конвейерную сборку изделий на заводах, созданных человеком.

Информация из одной клетки может передаваться другим клеткам. Трансдукция, трансформация, конъюгация, сексдукция - известные способы передачи генетической информации от клетки к клетке [23]. Вирусы также участвуют в переносе блоков информации между разными клетками. Возможно, в этом и состоит полезная функция этих паразитов. Центральная нервная система является иерархической системой управления сложными организмами.

13. В человеке ярко выражено стремление к снижению зависимости от внешней среды, стремление подчинить себе окружающий мир, опережающее отражение, создание новой информации, обработка и передача больших объемов информации. Тейяр де Шарден в своем труде “Феномен человека” показал, что эволюция – это постоянное усложнение информационных структур живого (цефализация) [25].

3.14. Социальные системы

Результатом развития жизни явилось появление социальных систем. Они коренным образом отличны от других типов и видов сложноорганизованных образований. Хотя они относятся к живым, но не могут быть объяснены только законами структуры организмов.

Социальные (коллективные) системы известны не только в человечестве, но и в биосфере. Примерами могут послужить муравьи, пчелы, термиты, стайные животные, птицы, рыбы (стаи), популяции, колонии бактерий. Общими признаками организмов и их социумов являются признаки 1-12, перечисленные в разделе «Биологические системы».

Однако имеются различия, заключающиеся в том, что

1. Социумы не размножаются, т.е. не производят подобных себе. Социум, исчерпавший свой жизненный цикл, «умирает» и на его месте появляется другой.

2. Элементы социума обладают большей степенью свободы, чем элементы организма.

3. Все социальные системы более крупные, чем составляющие их организмы, поэтому связи между элементами стохастические (лабильные) и более длинные.

 Информация между элементами передается звуком, светом, запахом, потоками ВЭИ. Один и тот же элемент может одновременно входить в различные подсистемы. Человек одновременно является частью производственного коллектива, членом своей семьи, состоит в политической партии, в клубе, спортивной секции и т.п.

4. Управление носит рефлексивный характер.

5. Генетическая память дополняется социальной памятью, передаваемой посредством обучения из поколения в поколение.

6. В большей степени развиты эгоистические тенденции, больше выражена конфликтность между конкурирующими элементами.

7. Вырабатываются механизмы согласования целей управления и элементов.

8. У людей создаются техногенные системы поддержания гомеостазиса и развития.

3.15. Техногенные, человеко-машинные системы

Специфическим признаком человека является способность к труду. Определим труд как процесс изменения окружающей среды, в том числе, с применением орудий, направленный на выживание и экспансию субъекта труда.

Труд, как средство выживания, использовался всеми живыми существами. Животные выживают, главным образом приспосабливая свое тело и функции к изменившимся условиям. Животные используют части своего тела в качестве орудий труда. Но у животных труд является лишь дополнением к основным адаптивным возможностям.

Человек унаследовал от млекопитающих все основные подсистемы их организмов: конечности, скелет, дыхательную, нервную, пищеварительную и другие. Органы чувств человека, системы защиты и нападения оказались ослабленными. Резко усилился разум, труд, опережающее отражение, коллективизм поведения. Проявилась дисгармония между очень развитой системой управления и исполнительными системами человека. По законам синергетики для выравнивания диспропорций развитие разума должно было затормозиться, чтобы другие подсистемы смогли ликвидировать своё отставание.

Чтобы не нарушить гармонии, разум, оторвавшийся в развитии от остальных подсистем, вынужден был искусственно усиливать исполнительные функции, зашедшие в тупик. Поэтому были созданы техногенные «руки, ноги, сенсоры, интеллектуальные системы».

Ограждаясь техникой от естественного отбора, человек теряет, забывает технологии естественного выживания. Многие функции атрофируются за ненадобностью (адаптация). Этот путь привел его в капкан зависимости от созданной им же техногенной среды. Труд во всех формах является единственным средством выживания человечества.

Техногенные системы без участия человека пока не способны к саморазвитию. Оставленные без присмотра, они распадутся и будут поглощены биосферой. Однако отмечается тенденция появления саморегуляции и в техносистемах. Техногенные системы приобретают механизмы гомеостазиса, но механизмы самостоятельной (без человека) эволюции пока не созданы. Человек не сможет жить без техносферы, и она не может существовать без человека, т.е. впервые за миллиарды лет в ходе эволюции возник уникальный биотехноценоз. Рассмотрим исторические вехи развития техносферы.

Эволюционный ряд средств передвижения (ноги, транспорт). Волоки (100 – 6 тысяч лет до н. эры); водный транспорт, бревна, колоды, тростниковые челны, долблёные бревна, шесты, весла (40-13 т. л. до н. эры); сани, лыжи (13-6 т. л. до н. эры); вьючные ослы, быки, верблюды (3 - 4 т. л. до н. эры); телеги (сани + колеса, 4 т.л. до н. эры); экипажи (телега + лошадь, 4 т. л. до н. эры). Далее рельсовый транспорт на угледобыче (15-16 вв.), паровые повозки (Англия 1700 г.), паровозы железных дорог (Англия, 1830), автомобиль (карета + двигатель, 1700-1890 г.); гомологический ряд автомобилей ХХ века, который продолжается и сегодня. От этого ствола отделился ряд рельсовых транспортных средств с приводом от: лошади (1800 г.), паровой машины (1804 г.), дизеля (20 век.) и электротяги.

Эволюционный ряд манипуляторов (конечности, руки). Ранний палеолит (600-100 т. л. до н. эры). Ручные рубила из осколков камня, колья, раковины, кости. Эти орудия вооружали руку, делали усилия концентрированными.

Средний палеолит (100-40 т. л. д. н. эры). Появляются составные орудия (комбинаторика) палка + камень + кость. Происходит «удлинение» руки: палка, дубинка, каменный топор, шест.

Поздний палеолит (40 - 3 т. л. до н. эры). Продолжается удлинение руки: метательные копья, дротики, луки, бумеранги.Неолит (6 - 4 т.л. до н. эры). Оружие, инструменты приспосабливаются к руке (эргономика). Изобретаются станки для обработки камня, рога, дерева, металла (5 т.л. до н. эры). Гончарный круг и изделия из фаянса появились около 4 - 2 т. л. до н. эры. (Двуречъе, Крит, Египет). Из железа изготовляли серпы, косы, проколки, шилья, долота, тесла, топоры, зубила, пилы (Шумера 3 т.л. до н. эры).

Растет разнообразие и специализация инструментов, усовершенствуется лук, появляется арбалет, метательные машины (Греция 7 - 9 вв. до н. эры).

Порох используется для метания предметов (начало нашей эры). Ракеты (6 век) и огнестрельное оружие в Китае (8 в.), огнестрельное оружие в Европе (13 в).  Бронзовые пушки на флоте и на суше (14 в.), ручное огнестрельное оружие (конец 14 в.), пистолеты (конец 16 в.), боевые ракеты (Россия 1815 г.), пулемет (конец 19 век).

Ряд двигателей: мышцы человека (100 - 13 т. л. до н. эры); мышцы животных (3 т. л. до н. эры); ветряные двигатели (парус 2,5 т. л. до н. эры); водяные колеса (5 век до н. эры); паровые двигатели (1700 г.); двигатели внутреннего сгорания (1860 г.); газовые турбины; реактивные двигатели; электродвигатели (начало19 в.).

Сенсоры, приёмники информации. Глаза, очки – дырочки в дощечках, стеклянные очки (13-14 вв. Флоренция), микроскоп, телескоп, тепловизор, датчики радиации, приемники радиоволн, сейсмоприёмники, фотоаппараты, кинокамеры, видеокамеры и т.п.

Защитные оболочки (кожа), средства экологического гомеостазиса (жилища). Пещеры, навесы, хижины, огонь костра (100-40 т. л. до н. эры). Химическая обработка шкур (золение), плетение из лозы, стеблей листьев. Постройки из дерева, костей, шкур, землянки  из жердей покрытые шкурами. Перегородки в домах и пещерах. Жилища на бревенчатых настилах, глинобитные дома, кирпичное строительство (города в Индии в 2-3 т. л. до н. эры и в Вавилоне 1 т. л. до н. эры). Строительство пирамид (Египет 2,5 век до н. эры). Каменные дома сложной архитектуры появились в Греции и Риме с высоким уровнем комфорта (водопроводы, водостоки, бани с подогревом, ванные комнаты, портативные очаги, камины). Многоэтажные дома строились в Риме. Там же проводили кондиционирование воздуха и воды, строили кладбища. Позже города только расширялись, обеспечивались транспортом, освещением, заводами, цехами, учебными заведениями.

Осветительные приборы (каменные плошки для жира) появились 40 - 13 т. л. до н. эры. Им предшествовала искусственная добыча огня трением (100 - 40 т. л. до н. эры). Освещение шахт жировыми лампами из кусков мела, горящие ветки, берестяные факелы, сосновые лучины в домах (6 - 3 т. л. до н. эры). Использование нефти для  освещения (Вавилон). До 15 века в Европе для освещения служил очаг, появились промасленные бумажные окна, масленые лампы из глины, стекла, металла. Лампы накаливания, люминесцентные и полупроводниковые светильники, лазеры (ХХ век).

Защита тела от холода: одежда из шкур, льна (13 - 6 т. л. до н. эры). Первые ткацкие станки (5 т. л. до н. эры). Кожевенное и меховое производство. Ткани из  конопли, льна, шерсти (Египет 3 т. л. до н. эры). Ковры в Персии (8 век до н. эры)

Энергетика человечества и биосферы развивалась в следующей последовательности. Энергия мышц человека;  химическая энергия  горения; энергия движения быков, ослов, лошадей. Энергия воды, ветра. Сжигание угля, позже нефти и газа (паровые машины, ДВС, турбины). Солнечная энергия (батареи, солнечные нагреватели); атомная энергия; преобразование тепловой энергии в электрическую, световую, использование тепла недр.

Управление ресурсами. Собирательство растительной и животной пищи. Добыча поверхностного гранита, сланца для каменных изделий. Охота на животных, рыболовство (13 - 6 т.л. до н. эры). Приручение овец, коз, баранов, крупного рогатого скота (Иран, Ирак, юг Прикаспия. 10 - 7 т. л. до н. эры). Переход  к  возделыванию ячменя, пшеницы (Ближний и Средний Восток, Средняя Азия. 9 - 7 т. л. до н. эры). Производство бобов, перца, агавы тыквы, хлопчатника (Америка).

Шахтная добыча камня: кремнистого сланца, обсидиана, базальта, абразивного песчаника, нефрита. Устойчивый переход к земледелию и скотоводству (6 - 4 т. л. до н. эры). Расширение добычи камня, переход к добыче самородного золота, меди, серебра, свинца и олова. Освоение металла вместо камня, выплавка меди из руды (5 - 3 т. л. до н. эры). Глубокие шахты. Чугун в Китае (4 век до н. эры). Железо в Индии (4 век до н. эры). Железо в Египте (2.8 т. л. до н. эры) Железная руда добывались из болотных, луговых и озерных руд. Изобретение бронзы (Иран, 3 т. л. до н. эры) и распространение её в другие регионы планеты.

Появилось рыбоводство, животноводство стойловое и пастбищное, распашка земель, система орошения. Освоение хлопка, шелка. Изобретение фаянса и стекла (Египет, Двуречье, 3 т. л. до н. эры). Освоение минерального сырья для приготовления красок. Добыча соли из морской воды. Костный клей (3 т. л. до н. эры). Использование глины, гипса, смолы, асфальта, битума в качестве связующих компонентов при строительстве. Тростник использовали для строительства судов (Египет, 3 т. л. до н. эры). В Риме развивалось садоводство и птицеводство (3 - 1 т. л. до н. эры). Ткацкий станок, токарный станок по металлу появились в 6 веке до н. эры.

Как видно, до наступления нашей эры были сделаны основные изобретения, функционально обеспечивающие существование людей. Эволюционные техногенные ряды своими корнями уходят в неолит и продолжаются в настоящее время. Особенно заметен количественный рост техносферы, связанный с ростом народонаселения и повышением уровня потребления. В 14 в. развивалась добыча разнообразных минералов и специализированное товарное производство во всем мире. Росло разнообразие и количество добытых полезных ископаемых (угля, железа, нефти). ХХ век - добыча радиоактивных веществ, интенсивная добыча нефти и газа, синтез полимерных материалов, композитов, производство углеводородов.

Можно подчеркнуть следующие особенности технических систем.

Детерминизм поведения. Технические системы создаются для пользования человеком, поэтому они должны быть предсказуемыми в поведении. Если случаются фарс мажорные ситуации, то это считается недоработкой конструкторов. Человек может создавать и не предсказуемые в поведении системы, но в этом редко бывает необходимость. Примером могут быть игральные автоматы.

Технические системы управляемы или человеком (автомобиль), или автоматом (автопилот).

Адаптивность технических систем начинает возрастать. Например, в современных автомобилях изготавливают амортизаторы, приспосабливающиеся к качеству дорожного покрытия.

Элементы технических систем четко специализированы и совместимы. Иногда допускается дублирование для повышения надежности. В автомобиле один двигатель, один руль, четыре колеса, но все разные. Каждый элемент конструктивно сопрягается с другими, как зубья шестерни.

Связи между элементами «жесткие», детерминированные. Каждый элемент связан с другими однозначно. Связи практически не изменяются. Изменчивость связей закладывается в компьютерах, интернете. Но эта изменчивость не стохастическая, а детерминирована определёнными алгоритмами.

Технические системы не способны самостоятельно размножаться и регенерировать изношенные элементы. Производство, ремонт и экспансию пока осуществляет человек.

Все технические системы подчиняются закону жизненного цикла, последовательно сменяя друг друга. Выше приведенные эволюционные ряды технических достижений человечества являются свидетельством сказанному.

Технические системы могут временно прекращать функционирование, в отличие, от биологических и социальных систем. Автомобиль можно поставить в гараж, отключив все его функции.

В техническом творчестве тысячи лет все изобретения делались случайно. Известно, что для создания великих изобретений нужно не только большое творческое мастерство. Нужны ещё и определённые исторические условия, нужно стечение многих обстоятельств.

В настоящее время идёт непрерывный процесс уменьшения роли случайности. Бессистемные поиски, сопряжённые с огромной затратой энергии и времени, пытаются заменять рациональной системой действий. Поиск можно вести бессистемно, а можно заранее продумать план поиска, исключив из него бесперспективные действия.

Решая техническую задачу, исследователь должен пройти три этапа:

1. Выбрать задачу и определить противоречие, которое мешает её решению обычными, уже известными путями. В аналитической части изобретатель идёт от общего к частному, от сформулированной задачи в «общем» виде, к отысканию содержащегося в ней противоречия, затем к определению непосредственной причины противоречия и нахождению условий, при которых эта причина снимается.

2. Оперативная часть решения задачи позволяет устранить противоречия путём внесения изменений в одну из частей (или в одну из стадий процесса). Поиски решения ведутся по определённой рациональной системе. Общей формулы нет, но есть приёмы, достаточные для большинства случаев. Появляются методики рационального поиска решений. Приведём одну из них [26].

ПЕРВЫЙ ШАГ.

Проверка возможных изменений в самом объекте.

1. Изменение размеров.

2. Изменение формы.

3. Изменение материалов.

4. Изменение температуры.

5. Изменение давления.

6. Изменение скорости.

7. Изменение окраски.

8. Изменение взаимного расположения частей.

9. Изменение режима работы частей с целью максимальной их нагрузки.

ВТОРОЙ ШАГ. Проверка возможности разделения объекта на независимые части.

1. Выделение «слабой» части.

2. Выделение «необходимой и достаточной» части.

3. Разделение объекта на одинаковые части.

4. Разделение объекта на разные части по функциям.

ТРЕТИЙ ШАГ. Проверка возможных изменений во внешней (для данного объекта) среде.

1. Изменение параметров среды.

2. Замена среды.

3. Замена среды на несколько частичных сред.

4. Использование внешней среды для выполнения полезных функций.

ЧЕТВЕРТЫЙ ШАГ. Исследование прообразов в природе (поставить вопрос: как данное противоречие устраняется в природе?).

ПЯТЫЙ ШАГ. Возвращение (в случае непригодности всех рассмотренных приёмов) к исходной задаче и расширение условий, т.е. переход к другой, более общей задаче.

3. Синтетическая стадия осуществляется с целью приведения других частей или других стадий процесса в соответствие с изменённой частью. Проверка возможных изменений в соседних объектах, в том числе:

1. Установление взаимосвязи между ранее независимыми объектами, участвующими в выполнении одной работы.

2. Устранение одного объекта за счёт передачи его функций другому объекту.

3. Внесение изменений в другие объекты, связанные с данным объектом

4. Внесение изменений в методы использования объекта. Техногенные системы без участия человека пока не способны к саморазвитию. Отмечается тенденция появления (создания) возможностй саморегуляции и в техносистемах.

5. Технические системы имеют особенности: детерминизм поведения, управляемость человеком или автоматом, четко специализированные и совместимые элементы, жесткие», детерминированные связи между элементами, не способность самостоятельно размножаться и регенерировать изношенные элементы, подчинение закону жизненного цикла, способность временно прекращать функционирование.

Вопросы для самопроверки:

  1.  Системообразрушающие факторы
  1.  Системоразрушающие факторы
  1.  Элементы самоорганизации
  1.  Биологические системы
  1.  Основные признаки живого.
  1.  Способность к регенерации (адаптация, саморегуляция). Размножение и экспансия
  1.  Специализация элементов живых систем.
  1.  Наличие системы управления. Интенсивное производство и циркуляция информации.
  1.  Социальные системы
  1.  Техногенные, человеко-машинные системы
  1.  Технические системы управляемы или человеком (автомобиль), или автоматом (автопилот).
  1.  Пример методики рационального поиска решений.

PAGE   \* MERGEFORMAT 1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10598. Методы решения краевых задач. Метод разделения переменных (Метод Фурье) 119.66 KB
  Методы решения краевых задач. Метод разделения переменных Метод Фурье. Метод разделения переменных относится к классическим методам решения линейного дифференциального уравнения теплопроводности. При его применении вначале находится совокупность частных решений...
10599. Методы интегрального преобразования 76.24 KB
  Методы интегрального преобразования. Операционные методы. Для многих задач теплопроводности использование классических методов оказывается неэффективным например применение метода разделения переменных для задач с внутренними источниками тепла. Основные пра
10600. Нагрев неограниченной пластины. Решение методом преобразования Фурье 73.38 KB
  Нагрев неограниченной пластины. Решение методом преобразования Фурье Дана неограниченная пластина толщиной 2R при температуре. Теплообмен с окружающей средой происходит при ГУ2. Нагрев осуществляется переменным источником ...
10601. Нагрев неограниченного цилиндра 67.29 KB
  Нагрев неограниченного цилиндра Решение задачи нагрева цилиндра произведем с помощью преобразования Ханкеля 81 Краевые условия Tr0=fr...
10602. Нагрев цилиндра конечных размеров 86.09 KB
  Нагрев цилиндра конечных размеров. Если имеется симметрия относительно оси z то оператор тождественно равен нулю тогда получим Рассмотрим решение уравнения для конечного цили...
10603. Численные методы решения тепловой задачи. Метод конечных разностей 218 KB
  Численные методы решения тепловой задачи. Метод конечных разностей Многие математические модели описываются дифференциальным уравнением или системой дифференциальных уравнений с краевыми условиями первого второго и третьего рода. Точное решение краевых задач уд...
10604. Метод граничных элементов 353 KB
  Метод граничных элементов Приводятся фундаментальные решения для ортотропных и анизотропных областей и показывается что все положения обсуждавшиеся в предыдущих разделах справедливы также и для бесконечных областей при выполнении определенных условий регулярно...
10605. Метод конечных элементов. Прямое построение глобальной матрицы жесткости 124.5 KB
  Метод конечных элементов Прямое построение глобальной матрицы жесткости Метод построения глобальной матрицы жесткости весьма неэффективен при использовании цифровой вычислительной машины. Эта неэффективность объясняется тем что матрица жесткости отдельного эл...
10606. Решение МКЭ тепловой задачи для цилиндра. Алгоритм расчета 635.5 KB
  Решение МКЭ тепловой задачи для цилиндра. Алгоритм расчета Математическая модель линейной задачи теплопроводности с внутренним тепловыделением в цилиндрических координатах имеет вид: 1 с граничными условиями: