4. Законы и закономерности развития техники

В условиях все возрастающего количества информации для эффективного проектирования личного опыта разработчиков уже недостаточно. Поэтому все большее значение приобретает прогнозирование в области создания новых технических объектов. Неоценимую роль в прогнозировании играют законы развития техники.

Во-первых, на их основе могут быть разработаны наиболее эффективная методология и методы проектирования. Во-вторых, привязка законов и закономерностей к конкретному классу ТО позволяет определить наиболее правильные структурные свойства, облик и характеристики ТО в следующих поколениях.

Законы и закономерности по характеру и определенности описания объектов и явлений техники должны быть близки к известным в биологии, физике, химии, т.е. законы техники должны формулироваться на уровне естественнонаучных.

К законам и закономерностям строения технических объектов относятся устойчивые признаки в конструктивной и функциональной структуре, в физической структуре; эти признаки существуют и остаются неизменными на протяжении многих поколений в историческом развитии технических объектов.

К законам и закономерностям развития техники относятся определенные устойчивые изменения какого-либо критерия развития (показателя качества) или количественно выражаемого конструктивного признака на протяжении многих поколений ТО.

Законы развития отражают одинаковые изменения в конструктивной и функциональной структуре, в физической структуре многих классов ТО с различными функциями.

Закон корреляции параметров однородного ряда технических объектов

К однородному ряду относятся технические объекты, которые имеют одинаковые функцию, структуру, условия работы и отличаются только значениями главного параметра. Главный параметр – это параметр, характеризующий его главный функциональный элемент и от которого зависят значения остальных параметров. Так, для лопастного насоса это будет диаметр рабочего колеса, для резистора – сопротивление и т.д.

Закон имеет следующую формулировку: «однородный ряд технических объектов S1,S2, …,Sk, имеющих одинаковые функцию и техническое решение, описываемое набором параметров x, y1, …yn, и отличающихся значениями главного параметра, связан отношениями yi = aixj + b (i=1, …, n; j =1,…, k».

Закон гомологических рядов

Гипотеза о законе гомологических рядов в технике была сформулирована по аналогии с законом гомологических рядов Н.И.Вавилова, относящимся к живой природе. Суть биологического закона заключается в том, что у близких видов, принадлежащих одному роду, имеет место параллелизм одинаковых признаков. Для применения данного закона в технике необходимо определить факторы, играющие роль генотипа, т.е. факторы, обуславливающие характерные признаки ТО. К таким факторам относятся компоненты описания функции, принципа действия и условий работы технического объекта, оказывающих существенное влияние на техническое решение (структуру) ТО.

Гипотеза о законе гомологических рядов технического объекта имеет формулировку: «технические объекты с близкими функциями, принципами действия и характеристиками условий работы имеют частично совпадающие наборы варьируемых конструктивных признаков, принимающих одинаковое значение».

Число совпадающих наборов признаков будет тем больше, чем больше совпадающих компонентов описания функций, принципов действия и условий работы. При этом имеют место корреляционные связи между определенными компонентами и признаками.

Закон расширения множества потребностей (функций)

Закон относится к развитию техники в целом. При наличии необходимого потенциала и социально-экономической целесообразности возникшая новая потребность удовлетворяется с помощью впервые созданных технических средств; при этом возникает новая функция, которая затем существует как угодно долго, пока ее реализация будет обеспечивать сохранение и улучшение жизни людей. Спрос на техническую систему даже после разработки новых более эффективных систем не всегда падает до нуля. Морально устаревшее оборудование используется некоторое время, хотя и в сокращенном масштабе.

Закон прогрессивной эволюции техники

Действие закона аналогично действию закону естественного отбора Дарвина в живой природе. Закон прогрессивной эволюции техники состоит в следующем.

В техническом объекте с одинаковой функцией переход от поколения к поколению вызван устранением выявленного главного дефекта, связанного с улучшением критериев развития, и происходит при наличии необходимого научно-технического уровня и социально-экономической целесообразности следующими наиболее вероятными путями иерархического исчерпания возможностей конструкции:

- при неизменном физическом принципе действия и техническом решении улучшаются параметры ТО до приближения к глобальному экстремуму по значениям параметров;

- после исчерпания возможностей цикла а происходит переход к более рациональному техническому решению, после чего развитие опять идет по циклу а; циклы а и б повторяются до приближения к глобальному экстремуму по структуре для данного принципа действия;

- после исчерпания возможностей циклов а и б происходит переход к более рациональному физическому принципу действия, после чего развитие идет опять по циклам а и б; циклы а – б повторяются до приближения к глобальному экстремуму по принципу действия для множества известных физических эффектов.

При этом в каждом случае перехода от поколения к поколению в соответствии с частными закономерностями происходят изменения конструкции, корреляционно связанные с характером дефекта у предшествующего поколения, а из всех возможных изменений реализуется в первую очередь то, которое дает необходимое или существенное устранение дефекта при минимальных интеллектуальных и производственных затратах.

Следует отметить, что в законе прогрессивной эволюции иерархическое исчерпание конструкции не действует формально: пока не будут достигнуты глобальные оптимальные параметры, не может произойти переход к новому техническому решению, или пока не будут исчерпаны возможности наилучшего технического решения, не может произойти переход к новому принципу действия.

Для некоторых классов ТО в будущем станут более частными случаи скачков к новым техническим решениям или принципу действия без исчерпания возможностей предыдущих. Этому способствует создание мощных систем автоматизированного проектирования, включающих подсистемы поискового конструирования с выбором глобально оптимальных решений. При этом циклы а; а – б; а – б – в будут происходить в основном с использованием компьютерных технологий, а автоматизированные системы научных исследований и гибкие автоматизированные производства позволят без чрезмерных затрат производить доводку и изготовления нового поколения ТО, значительно отличающегося от предыдущего. Можно сказать, что в этих случаях закон будет использоваться для ускорения развития техники.