2. Синтез физических принципов действия. Фонд физико-технических эффектов. Поиск принципов действия по заданной физической операции.

Качественный синтез физических принципов действия. Отдельный ФЭ, обозначаемый буквой W, можно описать тремя компонентами:

W=АВС. (1)

Качественный синтез ФПД основывается на использовании массива качественно описанных ФЭ (табл. 1). В этой таблице приведены примеры описания по формуле (1) классических, широко известных ФЭ и последних официально признанных научных открытий. О приемлемости такой формы обобщенного представления элементарного ФЭ говорит то, что она была использована при описании около 500 физических эффектов.

Таблица 1 .Примеры описания физических эффектов

ФЭ	Входное воздействие А	Физический объект В	Выходной эффект С
Пьезоэлектрический	Механическое напряжение	Пьезокристалл (кварц, турмалин, сахар и т.д.)	Электрическое поле
Сверхпроводимость	Температура (ниже определенного предела Т<Ткр)	Полупроводник или металл (алюминий, индий, свинец, галлий и т.д.)	Резкое увеличение проводимости (электрической)
Ультразвуковой капиллярный (открытие № 109)	Акустическая волна (ультразвук)	Жидкость в капилляре	Повышение высоты подъема жидкости

Синтез начинается с выявления возможности реализации функции с помощью элементарной структуры ФПД, использующей один ФЭ, который обеспечивает преобразование A_i в С_т. На втором этапе строятся линейные структуры, состоящие из цепочек совместимых ФЭ. При этом качественная совместимость подразумевает только совпадение наименований физических величин и не проверяется соответствие значений этих величин. Здесь используют также программы физического анализа построенных структур ФПД.

Если с помощью линейных структур не удается реализовать заданную функцию ТС, то строятся допустимые линейные структуры отдельных функциональных узлов ТС, которые затем собираются в сетевую структуру ФПД конструируемой ТС.

Количественный синтез физических принципов действия.

Качественный синтез ФПД представляет собой доказательство только необходимых условий реализации заданной функции ТС или ее элемента. С другой стороны, выбор или синтез ФПД – это одна из подзадач в разработке новых ТС, когда вслед за выбором ФПД необходимо решить задачу выбора или синтеза технического решения. При поиске ТР стремятся удовлетворить некоторому списку требований – техническому заданию (ТЗ). Каждое требование в этом списке представляет собой наименование какого-либо ограничения, накладываемого на ТС или ее элемент, с указанием необходимых значений. При этом некоторые требования имеют критериальный характер, т.е. по ним желательно иметь наименьшее или наибольшее значение.

Поэтому цель количественного синтеза ФПД – получение таких ФПД, которые бы в наибольшей мере удовлетворяли требованиям ТЗ. Иначе говоря, чем лучше будет проработано искомое решение на стадии количественного синтеза ФПД, тем меньше потребуется усилий при получении допустимых и наилучших ТР. При качественном синтезе ФПД иногда получается очень большое число рекомендуемых ФПД, которые проектант должен анализировать и дорабатывать для выбора наиболее приемлемого решения. При этом подавляющее большинство ФПД, найденных путем качественного синтеза, по ряду ограничений являются недопустимыми.

Поиск принципов действия по заданной физической операции. В инженерной практике иногда имеет смысл ставить задачи более широко, указывая только конечную цель, результат или выход, реализацию которых должен обеспечить создаваемый ТО. Тогда при описании функции не накладывается никаких ограничений на исходную ситуацию. Например, требуется ТС, обеспечивающая определенную освещенность в ночное время или получение чистого водорода. При этом не накладывают никаких ограничений на источник энергии и исходный продукт.

Качественный синтез ФПД по заданному выходу, когда функцию описывают только в виде заданного выхода, можно осуществить с помощью банка данных по ФЭ. В этом случае в банке данных сначала ищут ФЭ с выходными результатами С_т, эквивалентными заданному выходу, и получают некоторые элементарные структуры ФПД. Затем начинают развивать элементарные структуры, присоединяя к их началу совместимые ФЭ и образуя тем самым линейные и сетевые структуры. Синтез ФПД по заданному выходу обеспечивает поиск решения на большем множестве возможных вариантов и тем самым имеет потенциальные возможности нахождения лучших ФПД.

Фонд физико-технических эффектов.

Организация банка данных по ФЭ. Формальное определение и описание ФЭ можно представить в виде

(S¹_п, S²_п,…S^m_п)→(S¹_c, S²_c,…Sⁿ_c), (2)

где Sⁱ_п – входные события – причины; S^j_c– выходные события – следствия. Знак «→» означает причинно-следственную связь между событиями.

В свою очередь события описываются в виде последовательностей

Sⁱ_п=(A, B^п_i, С) (i=);

S^j_c={A,B^c_j,C, Q) (j=), (3)

где А – физические объекты (тела, вещества, поля и т.д.), вызывающие некоторое действие; В^п_i,– наименование i-го действия (события – причины); B^c_j – наименование j-го действия (события – следствия); С – физические объекты (тела, вещества, поля), воспринимающие действия; Q – ограничения, накладываемые на А, В^п_i , B^c_j и С.

В табл. 2 по формулам (2) и (3) приведено описание некоторых ФЭ, в том числе и последние научные открытия. Форму этой таблицы можно использовать для организации банка данных по ФЭ.

ФЭ	Событие	Тело, вещество или поле, вызывающее действие, А	Действие Вi Вj	Тело, вещество или поле, на которое направлено действие, С	Ограничения Q, накладываемые на А, Вi Вj и С
Эффект пластической деформации	Sп	Силовое поле	Приложено	К поверхности твердого тела
	Sс	То же	Создает углубление	На поверхности твердого тела	В месте контакта при условии, что напряжения, возникающие в твердом теле, больше предела текучести
Трение скольжения	Sп	Твердое тело Т 1	Скользит	По твердому телу Т2
	S1С2	То же	Нагревает	Твердое тело Т2
	Sс	То же	Оставляет слой частиц	На твердом теле Т2	В месте контакта при условии, что разрушающие напряжения в Т1 меньше, чем в Т2, и сцепление между частицами тел Т1 и Т2 больше, чем сцепление между частицами Т1

Формализованное описание технического задания на поиск ФПД можно представить в виде структурной формулы

T3=(ωZρDα EG ), (4)

где ω – служебная фраза «Поиск физического принципа действия»; Z –наименование создаваемой ТС; ρ – служебное слово «для»; D – компонент, обозначающий действие в описании функции, для реализации которой ищется ФПД; α – служебная фраза «в виде»; Е – вид или форма реализации обобщенной функции; G – компонент, обозначающий объект в описании функции.

(это, наверное, необязательно)Синтез ФПД технических систем. Выбор ФЭ для синтеза ФПД осуществляется сравнением заданного в ТЗ варианта описания Е из (4) с вариантами описаний В⁰, из (3) и описания G в (4) с описанием С в (3) в каждом ФЭ банка данных. Для обеспечения формального сравнения Е и B^c_j используется иерархический словарь функций. В словаре устанавливается иерархическая взаимосвязь между видом или формой реализации функции и описанием ее возможных частных функций. Словарь находится в памяти компьютера, и им рекомендуется пользоваться при составлении описаний B^c_j и E. Перед операцией сравнения ЭВМ на основе описания E с помощью словаря получают его многовариантное описание в виде частных функций, после чего его сравнивают с описаниями B^c_j в банке данных по ФЭ.