Прогнозирование развития технических систем является важнейшим компонентом всего многообразного процесса подготовки базовых направлений развития на определённую перспективу и на определённые технические и коммерческие цели.
Общее прогнозирование как бы определяет укрупнённые параметры и критерии развития техники и технологии. Но для перехода к более конкретному и более детальному планированию нужны новые подходы, вытекающие из условий, сложившихся в инновационной экономике.
Развитие человечества уже много столетий связано с развитием техники. На протяжении многих лет люди улучшали и модернизировали существующую технику и изобретали новую. Так продолжалось практически до возникновения цифровых технологий, которые не во всём представляют собой конкретные привычные технические решения, а в значительной степени представляют собой многочисленные интегративные сочетания устройств, программ, способов и систем.
В привычных рамках и приложениях техника помогала людям развиваться самим, улучшать свои навыки и способности.
Но, как и весь наш мир, техника существует и развивается на основе законов.
На стандартное и в значительной степени эволюционное развитие и усовершенствование необходимо время — модифицируемая и модернизируемая система должна созреть и быть готовой принять и абсорбировать новые технические идеи.
Во многом сегодняшние базовые технические законы развития направлены на комплексную оптимизацию процессов и аппаратов за счёт включения в комплексы классических технических решений систем и агрегатов цифровых технологий, которые способствуют оптимизации существующих элементов техники без изменения базовых компонентов технических систем в классическом понимании этого определения.
Разработка законов развития технических систем велась уже достаточно давно. Первую работу по законам развития техники написал Георг Гегель. В разделе «Объективность» работы «Наука логики» он писал: «Таким образом, механическая или химическая техника, будучи по своему характеру определенной извне, сама собой предлагает себя отношению цели…».
В 1843 году Вильгельм Шульц описал прототип закона полноты частей системы. Он писал, что «… можно провести границу между орудием и машиной: заступ, молот, долото и т. д., системы рычагов и винтов, для которых, как бы искусно они ни были сделаны, движущей силой служит человек… все это подходит под понятие орудия; между тем плуг с движущей его силой животных, ветряные и т. д. мельницы следует причислить к машинам».
Чуть позже некоторые законы развития техники были описаны К. Марксом и Ф. Энгельсом.
Как только техническая система входит в структурные особенности современной инновационной экономики, так появляется необходимость во-первых — сочетать формулировку законов развития технических систем с новыми требованиями и условиями глобализации экономики, и во вторых — сочетать формулировки законов технического развития с системами и сводами законов и положений о защите прав интеллектуальной собственности, особенно, если техническая система имеет в составе компоненты, происходящие из различных базовых техно-технологических культур, определяющих различные юридические формы патентно-лицензионной стратегии.
Статика
1. Закон полноты частей системы
Этот закон подтверждается входящими практически во все патентные законы формулировками признаков соответствия технического решения признакам изобретения.
Раньше, до возникновения цифровых технологий, технологий микро-миниатюризации, технологий создания композитных материалов и т. п., можно было удовлетвориться таким определением, раскрывающим смысл закона полноты частей системы:
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы.
Следствие из закона 1:
Чтобы система была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна её часть была управляемой.
Теперь эти формулировки никак и ни в чём не могут определять закон полноты частей системы, так как исходя из многочисленных примеров наиболее успешных продуктов-систем, понятие «минимальная работоспособность» не соответствует реальным требованиям и условиям существования технических систем — все части технической системы и её эквиваленты, входящие в соответствующие инфраструктурные соединения, должны иметь оптимальную работоспособность, можно сказать, максимальную и абсолютную.
Безусловно, при применении процессорного управления и контроля в режиме реального времени нельзя согласиться с формулировкой, что, чтобы система была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна её часть была управляемой.
В условиях, сложившихся во всех сферах использования технических систем, все элементы должны иметь эквивалентный уровень управления. Более того, технический уровень систем управления и контроля должен быть однотипным и взаимозаменяемым вплоть до эквивалентной элементной базы всех узлов и агрегатов более сложных комплексов.
2. Закон «энергетической проводимости» системы
Рис. 1. Комплексный модуль для гомогенизации или эмульсификации топлива в термодинамическом оборудовании
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является сквозной проход энергии по всем частям системы.
Следствие из закона 2:
Чтобы часть технической системы была управляемой, необходимо обеспечить энергетическую проводимость между этой частью и органами управления.
На рисунке 1 показан комплексный модуль для гомогенизации или эмульсификации топлива в термодинамическом оборудовании, в котором унифицированы параметры энергетической проводимости и гомогенизированы все параллельные топливные потоки по принципу равной турбулентности для снижения уровня потери давления в потоках топлива и повышения стабильности процессов сгорания в камерах сгорания оборудования, как-то: турбин, дизель-генераторов, бойлеров, котлов и т. п.
Новые требования к работоспособности в технических системах с обратной связью показывают, во-первых, что энергетическая проводимость должна функционировать в двух направлениях, а во-вторых, что энергетическая проводимость должна иметь также элементы защиты от несанкционированных воздействий и проникновений.
3. Закон согласования ритмики частей системы
Для современных технических систем, в основном имеющих цифровое программное управление и контроль, нет необходимости в согласовании ритмики основных частей системы — каждая из них может иметь свой вариант производственного и технологического ритма.
Сегодня принципиальная жизнеспособность технической системы зависит только от быстродействия составляющих элементов и от быстродействия процесса согласования ритмики всех рабочих и контрольных элементов.
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является согласование ритмики (частоты колебаний, периодичности) всех частей системы.
Кинематика
4. Закон увеличения степени идеальности системы
Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.
Начнём с того, что основной толкающий фактор при создании инновационных технических решений — это фактор по возможности более реального достижения идеального конечного результата.
В этом процессе особенно важным является правильное понимание и формулировка самой сущности и содержания определения — идеальный конечный результат.
Так как многолетний опыт показывает, что достижение теоретического уровня идеального конечного результата практически невозможно, необходимо с момента возникновения и квалификации идеи технической системы, правильно организовать развитие интегрированных в ней подсистем в направлении увеличения степени идеальности и, на сегодняшний день, также в направлении функциональной координации всех используемых подсистем с программой интеграции в рабочем цикле интегрированной системы.
Для достижения идеального конечного результата существует несколько вариантов программного дизайна, но наиболее действенным является путь компьютерного моделирования и симуляции рабочего цикла головной системы перед переходом к непосредственному дизайну и отработке всех элементов технических и эксплуатационных характеристик системы.
5. Закон неравномерности развития частей системы
Рис. 2. Узел устройства для смешивания, эмульсификации и гомогенизации жидкостей
Развитие частей системы идет неравномерно; чем сложнее система, тем неравномернее развитие её частей.
На рисунке 2 представлены иллюстрации к закону неравномерности развития частей системы на примере узла устройства для смешивания, эмульсификации и гомогенизации топливных или других жидкостей.
Так как в узле нет подвижных частей, на примере геометрических особенностей конструктива входящих деталей можно увидеть процесс неравномерного развития частей системы в плане их изготовления на станках с числовым программным управлением с различными поколениями рабочих и инструментальных систем.
На этом рисунке показана сборка и все составные, входящие в эту сборку, детали.
Как видно из трёхмерных моделей этих деталей, их геометрия и условия изготовления, несмотря на то, что все они — детали вращения, существенным образом отличаются.
Для изготовления этих же деталей ранее было бы необходимо иметь наряду со станками с числовым программным управлением также и универсальные металлорежущие станки, имеющие совершенно другие технические характеристики и возможности.
Сегодня для изготовления таких деталей даже нет необходимости готовить чертежи в обычном понимании — достаточно модели этих деталей в современной конструкторской программе направить по электронной почте к производителю, и станки с числовым программным управлением автоматически подстраиваются на процесс обработки деталей.
Таким образом, несмотря на явную разницу в точности, элементах дизайна и геометрии, уровень развития и возможностей современного технологического оборудования позволяет сгладить имеющуюся и необходимую неравномерность развития частей (деталей) системы.
6. Закон перехода внадсистему
Современные комплексы могут иметь различные структурные особенности, которые трудно разделить на элементы более высокого уровня и более низкого уровня, так как в конечном счёте микро-размеры не всегда определяют уровень системы, а количество и размеры подсистем не всегда ограничивают их технический уровень, который, кстати, может существенно увеличиться в другой надсистеме.
Исчерпав возможности развития, система включается в надсистему в качестве одной из частей; при этом дальнейшее развитие идет уже на уровне надсистемы.
Это заключение может быть и справедливо по отношению к традиционным технологиям, но при анализе современных технических систем с новейшими процессорами и программируемыми контроллерами — свойства и качество электронных компонентов и, в том числе и качество и продвинутость программного обеспечения, могут перевести подсистему в надсистему за счёт неограниченных возможностей, заложенных в расширении функциональных характеристик классических технических систем при предельно эффективной оптимизации функций управления и контроля.
Динамика
7. Закон перехода смакроуровня на микроуровень
Рис. 3. Пример перехода с макро- на мини- и микроуровень
Развитие рабочих органов системы идет сначала на макро-, а затем на микроуровне.
Рисунок 3 демонстрирует переход (геометрический) с макроуровня на мини- и микроуровень без изменения основных геометрических пропорций и размерных и масштабных характеристик.
Для определения правильности исходных технических решений первый прототип изготавливается с максимальными размерами и техническими характеристиками.
При квалификационных испытаниях и при последующих опытно-промышленных испытаниях определяются предельные (размерные и масштабные) параметры технической характеристики и основные зависимости между максимальными и минимальными пределами масштабирования системы.
Рис. 4. Пример перехода с макро- на мини- и микроуровень
Рисунок 4 так же, как и предыдущий, демонстрирует переход (геометрический) с макроуровня на мини- и микроуровень без изменения основных геометрических пропорций и размерных и масштабных характеристик.
Безусловно, это стало возможным после полного цикла испытаний и моделирования всех возможных нагрузочных и рабочих ситуаций, привязанных к реальным техническим характеристикам базового объекта оптимизации и модификации.
8. Закон увеличения степени вепольности
Развитие технических систем идет в направлении увеличения степени вепольности.
Изобретений, в которых решение получено введением «пустоты», очень много.
«Пустоту» можно вводить по-разному — например снаружи объекта или внутри объекта. «Стремление» технических систем соединиться с «пустотой» обусловлено действием закона увеличения степени идеальности. «Пустота» дает возможность объекту без утяжеления увеличить число выполняемых функций.
Простейший путь к увеличению числа функций — переход к бисистеме и подсистеме. Но такой переход связан с умножением исходного объекта. Возникает противоречие: объединяться надо, чтобы увеличить число выполняемых функций, но объединяться нельзя, чтобы не уменьшать степень идеальности объекта. Разрешение противоречия заключается в объединении с «пустотой»: объединение есть и объединения как бы нет…
Разработчики компании Apple в соответствии со своей корпоративной стратегией пошли по пути увеличения числа выполняемых функций своих аппаратов, что постоянно уменьшает степень идеальности объекта и, в совокупности, определяет причину того, что их абсолютно и принципиально новое, инновационное ещё 5 лет тому назад изделие сегодня превратилось в серый аморфный продукт.
Несколько сглаживает эти и другие постоянно возникающие проблемы совершенство постоянно обновляемого программного обеспечения.
Нетрудно заметить общее направление линии: увеличивается взаимодействие между объектом и «пустотой» вплоть до превращения этих компонентов в единую систему.
Наличие общего направления усовершенствования не означает, однако, что в принципе невозможен «обратный ход». Встречаются задачи на устранение вредной или ненужной «пустоты». Существуют и боковые линии: на каждом этапе возможно увеличение динамичности, структурированности, переход к би- и полисистемам.
Следует также подчеркнуть: «объектом», развивающимся по линии увеличения «пустотности», могут быть инструмент, изделие, внешняя среда и различные сочетания этих компонентов системы.
Поэтому увеличение степени «пустотности» отнюдь не такая линия, как может показаться на первый взгляд.
Раньше мы говорили: «Моносистема переходит в бисистему». Или: «Степень дисперсности системы увеличивается». Просто и неопределённо!
Теперь выясняется, что переходы не одноактны — это линии со многими этапами. Наши представления о механизмах эволюции систем начинают претерпевать очередное изменение. Они становятся глубже и сложнее.
А научные представления должны отражать объективную реальность.
И эта реальность бесконечно сложна. Поэтому, по мере совершенствования аппарата ТРИЗ — представления, инструменты, идеи, информационный фонд и т. д. — неизбежно усложняется.
Так происходит во всех науках и со всеми техническими системами.
Современный самолёт неизмеримо сложнее самолётов начала века, но современный самолёт способен летать со скоростью, немыслимой для самолета братьев Райт.
… продолжение следует…
Литература:
1. Патентно-лицензионный материал на систему и метод для координирования и контроля инфузионных насосов:
|
United States Patent Application |
20180126067 |
|
Kind Code |
A1 |
|
LEDFORD; Rick; et al. |
May 10, 2018 |
SYSTEMS AND METHODS FOR COORDINATING AND CONTROLLING INFUSION PUMPS
Abstract
A real-time embedded server system for controlling, in real-time, at least one infusion pump. The embedded server system includes an embedded server including a memory and a processor electrically coupled to the memory and configured to implement a control engine configured to issue control commands to at least one infusion pump, a messaging engine configured to issue messages to and receive messages from at least one infusion pump, an aggregation engine configured to aggregate data related to the operation of the at least one infusion pump, and a networking engine configured to control network access of the embedded server and the at least one infusion pump. A patient care system including at least one embedded server controlling device configured to make patient-specific care decisions and an associated network of devices operably coupled to a patient and configured to be controlled by the at least one controlling device.
2. Патентно-лицензионный материал на процесс обработки осадка сточных вод:
|
United States Patent Application |
20180118599 |
|
Kind Code |
A1 |
|
Christy; Richard W. |
May 3, 2018 |
PROCESS FOR TREATING SEWAGE SLUDGE
Abstract
An apparatus, method and system is provided for treating sewage sludge by dewatering the sewage sludge, heating the sewage sludge being treated to destroy pathogens, and then reducing volatile solids in the sewage sludge being treated through biochemical decomposition to produce a treated biosolids product that meets government regulations for pathogen reduction and vector attraction reduction.
3. Патентно-лицензионный материал на метод и систему для оценки риска и лечения кожных увечий, связанных с давлением:
|
United States Patent Application |
20180125411 |
|
Kind Code |
A1 |
|
Bly; Deborah C |
May 10, 2018 |
METHOD AND SYSTEM FOR PRESSURE RELATED SKIN INJURY RISK ASSESSMENT AND TREATMENT
Abstract
A system or method for pressure related skin injury risk assessment and treatment including measuring extrinsic and intrinsic skin pressure of the patient through assigned ratings responsive to the skin pressure measurement, measuring oxygenation of the patient and assigning a rating responsive to the oxygenation measurement, measuring perfusion of the patient and assigning a rating responsive to the perfusion measurement, summing the skin pressure, oxygenation and perfusion ratings to obtain a POP Box score, determining a risk of pressure related skin injury for the patient in response to the POP Box score, and determining or selecting a recommended treatment from among a plurality of recommended treatments for the patient in response to the determined risk of pressure related skin injury.
4. Патентно-лицензионный материал на метод и аппарат для анализа и обработки волос (окраска волос):
|
United States Patent Application |
20180125207 |
|
Kind Code |
A1 |
|
Shami; Farouk M. |
May 10, 2018 |
METHOD AND APPARATUS FOR ANALYZING AND TREATING HAIR
Abstract
An apparatus includes a housing, a dispensing system disposed in the housing, a spectral measurement device, and a computing system. The dispensing system includes at least one storage container, a pump operatively connected to each of the storage containers, and a mixing chamber. The computing system includes a control mechanism operatively connected to the pump and the spectral measurement device, a processor, a storage device, an input, and a display.
5. Патентно-лицензионный материал на метод и систему для динамического управления процессом обработки сточных вод для оптимизации потребления мощностей:
|
United States Patent Application |
20180121889 |
|
Kind Code |
A1 |
|
SUBBARAYALU VENKITAPATHI; Prabhu Raja; et al. |
May 3, 2018 |
METHOD AND SYSTEM FOR DYNAMICALLY MANAGING WASTE WATER TREATMENT PROCESS FOR OPTIMIZING POWER CONSUMPTION
Abstract
The present disclosure relates to method and system for dynamically managing waste water treatment process in a water treatment plant. Operational data related to water treatment process are collected from various data sources and operational parameters are identified at various levels using the operational data. Historical and real-time threshold values of operational parameters are identified based on historic and real-time operational data and real-time operational data respectively. Degrees of significance of operational parameters on the water treatment processes are calculated at each level. Further, plurality of inflection points, indicating optimal range of operational data, are identified based on degrees of significance, historical and real-time thresholds. Finally, water treatment processes are optimized based on inflection points, thereby optimizing power consumption for the water treatment plant. The above method enables large-scale management of the water treatment processes, without actually visiting a water treatment plant, thereby reducing dependency on expertise and skilled resources.
6. Патентно-лицензионный материал на метод и магнитно-резонансный аппарат для определения частот, основанных на импульсных ответах от градиентных систем:
|
United States Patent Application |
20180120397 |
|
Kind Code |
A1 |
|
Kluge; Thomas |
May 3, 2018 |
METHOD AND MAGNETIC RESONANCE APPARATUS FOR DETERMINING A SCAN SEQUENCE BASED ON A PULSE RESPONSE OF THE GRADIENT SYSTEM
Abstract
In a magnetic resonance installation and a corresponding method, a scan sequence is determined based on a representation in k-space of a pulse response of a gradient system of the magnetic resonance installation.
7. Патентно-лицензионный материал на метод и систему для локального контроля снабжения энергией электросети:
|
United States Patent Application |
20180131188 |
|
Kind Code |
A1 |
|
Metcalfe; Malcom |
May 10, 2018 |
METHOD AND SYSTEM FOR LOCALLY CONTROLLING POWER DELIVERY ALONG A DISTRIBUTION FEEDER LINE OF AN ELECTRICITY GRID
Abstract
A method and a system for controlling grid power distribution by using a controllable real power resource at nodes on the feeder line and a tap changer in a substation on the feeder line by setting a target phasor value at each node that maintains a required power delivery to the real and reactive power resources with a defined acceptable voltage at all nodes with a feeder line loss below an allowable feeder line power loss threshold. The target phasor value is selected to use the substation tap changer less frequently as compared to the reactive power resource to provide voltage management of the feeder line, wherein the power resource is adjusted so that the actual voltage magnitude moves towards the target voltage magnitude at each node.
