Закон двусторонней симметрии

Любой технический объект, который испытывает действие потоков среды (в виде вещества или энергии), находящихся под углом друг к другу, имеет симметрию (т), а плоскость симметрии параллельна направлению векторов действия потоков (рис.1, а).

Закон осевой симметрии

А. Любой технический объект, который испытывает существенное однонаправленное действие среды в виде потока вещества или энергии, имеет симметрию (п) или (n-m) с осью симметрии, параллельной действию среды (рис.1, б, в).

Б. Любой технический объект, который испытывает существенное вертикальное действие силы тяжести и плоскопараллельное горизонтальное действие среды (равновероятное или равномерно распределенное со всех сторон), имеет симметрию (п)или (n·m) с вертикальной осью симметрии.

В. Любой технический объект, который испытывает существенное равновероятное или равномерно распределенное со всех сторон (снаружи или изнутри) плоскопараллельное действие среды, имеет симметрию (n)или (n·m), (n:m), (n·m:m)с осью симметрии, перпендикулярной действию среды (рис.1, б – д).

а б в г д

Рис. 1. Примеры типов симметрии:

а – (т) – самолет; б – (n) – гребной винт: в – (п:m) – вертушка анемометра;

г – (п·т) – гайка; д – (т·п: m) – вал переменного сечения

III. Закон гомологических рядов

Гипотеза о законе гомологических рядов в технике была сформулирована по аналогии с законом гомологических рядов И.И. Вавилова, относящимся к живой природе. Суть биологического закона заключается в том, что у близких видов, принадлежащих одному роду, имеет место удивительный параллелизм одинаковых признаков.

Гипотеза о законе гомологических рядов технического объекта имеет следующую формулировку: «ТО с близкими функциями, принципами действия и характеристиками условий работы имеют частично совпадающие наборы варьируемых конструктивных признаков Р₁, ..., Р_k, принимающих одинаковые значения аⁱ₁, аⁱ₂, ..., аⁱ_тj, j=1, ..., k».

Число совпадающих наборов признаков k будет тем больше, чем больше совпадающих компонентов описания функций, принципов действия и условий работы.

IV. Закон расширения множества потребностей-функций

При наличии необходимого потенциала и социально-экономической целесообразности возникшая новая потребность удовлетворяется с помощью впервые созданных технических средств (объектов); при этом возникает новая функция, которая затем существует как угодно долго, пока ее реализация будет обеспечивать сохранение и улучшение жизни людей. Число таких качественно и количественно различающихся потребностей-функций, относящихся к техносфере, со временем монотонно и ускоренно возрастает по экспоненциальному закону

(1)

где Р₀ – число потребностей-функций до момента t = 0; α – эмпирический коэффициент; t –время в годах.

Важной величиной, которая также сильно изменяется со временем, является эволюция спроса на техническую систему. Упрощенная сглаженная кривая увеличения и уменьшения спроса с течением времени показана на рис. 2. Спрос на техническую систему, даже после разработки новых более эффективных систем, не всегда падает до нуля. Морально устаревшее оборудование, машины будут использоваться некоторое время и в дальнейшем, хотя в сокращающемся масштабе.

Рис. 5.2. Кривая развития: эволюция спроса на техническую

систему

V. Закон прогрессивной эволюции техники

Действие закона прогрессивной эволюции в мире техники аналогично действию закона естественного отбора Дарвина в живой природе.

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

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

б) после исчерпания возможностей цикла а происходит переход к более рациональному техническому решению (структуре), после чего развитие опять идет по циклу а. Циклы а и б повторяются до приближения к глобальному экстремуму по структуре для данного принципа действия. При этом значения критериев развития K, как правило, изменяются в соответствии с функцией вида

K=L/(а+е^be-βt); (2)

в) после исчерпания возможностей циклов а и б происходит переход к более рациональному физическому принципу действия, после чего развитие опять идет поциклам а и б. Циклы а→в повторяются до приближения к глобальному экстремуму по принципу действия для множества известных физических эффектов.

В формуле (2) приняты следующие обозначения: L, а, b, β – коэффициенты, определяемые по статистическим данным; t –время. Вид функции (2), называемой S-функцией, показан на рис. 3.

Рис. 5.3. Закономерность изменения значений критерия развития К при неизменном принципе действия

Суть закона состоит в том, что в технических объектах с одинаковой функцией каждый переход от поколения к поколению вызван устранением возникшего главного дефекта (дефектов), связанного с улучшением какого-либо критерия (показателя) развития при наличии определенных технико-экономических условий. Если же рассматривать все переходы от поколения к поколению, т.е. всю историю конструктивной эволюции определенного класса техники, то можно наблюдать следующие закономерности иерархического исчерпания возможностей конструкторско-технологических решений на трех уровнях (рис.4).

Рис.4. Иерархическое исчерпание возможностей

конструкторско-технологических решений

VI. Закон соответствия между функцией и структурой

Суть закона заключается в том, что в правильно спроектированном техническом объекте каждый элемент от сложных узлов до простых деталей, каждый его конструктивный признак имеют вполне определенную функцию (назначение) по обеспечению работы ТО. И если лишить такой ТО какого-либо элемента или признака, то он либо перестанет работать (выполнять свою функцию), либо ухудшит показатели своей работы. В связи с этим у правильно спроектированных технических объектов нет «лишних деталей».

Закон соответствия между функцией и структурой ТО имеет следующую формулировку: «Каждый элемент технического объекта или его конструктивный признак имеют хотя бы одну функцию по обеспечению реализации функции ТО, т.е. исключение элемента или признака приводит к ухудшению какого-либо показателя ТО или прекращению выполнения им своей функции».