Примеры графического развития системы
Рассмотрим пассажирский и грузовой водного транспорт. Предназначением этого вида транспорта является перемещение пассажиров по воде. Это типичная система коллективного использования.
Рабочим органом является корпус корабля. Важнейшим параметром этого вида транспорта является его водоизмещение, поскольку именно оно определяет способность судна выполнять свое предназначение.
Рис.1. Зависимость водоизмещения крупнейших кораблей и судов.
На Рис.1 представлены данные по грузоподъемности кораблей и судов до 1900 г. Это боевые корабли [7]: парусные деревянные (1), паровые деревянные (2), паровые железные (3), а также крупнейшие паровые пассажирские суда (4) [8].
Из графика следует, что водоизмещение самых разных видов судов и кораблей с удовлетворительной точностью ложится на одну общую зависимость от времени. Небольшая задержка в развитии в 1800-1820 г.г. связана, скорее всего, с тем, что деревянные корабли обладали недостаточн-ой продольной прочностью. На этой зависимости практически не отразились проблемы, связанные с изменением материала корпуса (рабочего органа) с дерева на железо и смены движителя с колесного на винтовой. На более общей зависимости (См. Рис. 2) также не заметны замена клепаного судостроения на сварное и вытеснение паровой машины дизелем.
По нашему мнению малое влияние рассмотренных факторов связано со следующими причинами. Смена материала рабочего органа и замена движителя не оказали влияния на общую зависимость, потому что эти системы прошли период объединения с предыдущими альтернативными системами (композитный набор, колесно-винтовые суда и.т.д.). Паровые суда, являясь новой системой в рамках эволюции ТС «пассажирский транспорт», образовали собственную кривую развития, но она быстро достигла общую кривую развития и слилась с ней. Так как паровые суда это вторичная система, то начальный участок у них почти отсутствует. При этом паровые суда также прошли период объединения с парусами.
|
|
|
Однако, система «парусный корабль» не исчезла. Парусники со стальными корпусами производились еще в начале ХХ века. Возникает соблазн представить этот факт, как снижение параметра ТС (в данном случае скорости) со временем по сравнению с рекордными чайными. Однако, это не так. Скорость этого класса судов была изначально ниже, чем у клиперов, но она не уменьшилась в рамках рассматриваемого класса систем, а напротив, немного возросла.
На Рис.2 представлены данные по увеличению водоизмещения лидеров, то есть крупнейших железных моторных пассажирских судов [8] (А) и количества судов (B) по данным регистрации в агентстве Ллойда (1, 2, 3) [9, 10, 11]. Этот показатель коррелирует с общим количеством кораблей в мире.
|
|
|
На графике роста водоизмещения видна явная задержка в развитии кораблей-лидеров в 1950-1980 г.г., причем наблюдался заметный рост общего количества кораблей. В это же время также наблюдается резкий рост стали, используемой для судостроения, что также является косвенным признаком значительного роста мирового флота.
Рис.2. Зависимость водоизмещения крупнейших пассажирских судов и общего количества кораблей от времени.
С нашей точки зрения это явление вызвано целым комплексом причин.
Во-первых, когда параметры системы достигли уровня потребности Надсистемы, то нет необходимости улучшать их параметры. Это не значит, что суда перестали улучшать. Но упор в изменении данной ТС был сделан на такие усовершенствования, как отработка технологий поточной сборки, удешевление эксплуатационных затрат и т.д. Дальнейшее увеличение параметров системы начинается, когда первоначальные запросы Надсистемы будут удовлетворены и появляются новые, повышенные запросы (См. п.п.4.1).
Во вторых, развитие системы ограничивается возможностями поддерживающей подсистемы, в данном случае это причалы, каналы, мосты и т.д. (См. п.п.4.3). И только тогда, когда эти проблемы были решены, система продолжила свое развитие.
|
|
|
Рассмотрим теперь эволюцию рельсового (железнодорожного) транспорта. Это тоже пример системы коллективного использования. На Рис. 3 приведены данные по росту скоростей рекордных образцов электрических (1), дизельных (2) и паровых (3) локомотивов [13]. Конечно, скорость не является единственной характеристикой этого вида транспорта, но она, в целом, отражает тенденции его развития.
На смену паровозу пришел тепловоз, что отвечало эволюции ТС «рельсовый транспорт». Как и в случае кораблей, смена в локомотивах только типа двигателя с парового на дизельный очень мало сказалась на характере зависимости скорости от времени. Ведь, несмотря на разницу в конструкции, дизель также является тепловым двигателем. Произошло изменение типа двигателя, но это изменение не кардинальное, поскольку «рабочий орган» - колесо, не изменился. Поэтому ТС «тепловоз» продолжает процесс развития предшествующей системы «паровоз».
А вот электрический локомотив начал свою линию, хотя и достаточно близкую к локомотивам с тепловыми двигателями. Это вполне объяснимо, так как у электрических локомотивов не только изменился принцип действия двигателя, но и Источник Энергии ушел в Надсистему. Именно это позволило электровозам занять сейчас лидирующее положение в этом виде транспорта.
|
|
|
Кстати, ТС «паровоз» также никуда не исчезла, а продолжает использоваться в развивающихся странах.
Рис.3. Увеличением скоростей паровозов (А) и рост длины железнодорожных путей в США (В) в зависимости от времени.
На Рис. 4 приведены данные по росту скоростей паровозов (А) [13] и длины железнодорожных путей в США (В) [14]. На зависимости «скорость-время» для этой системы после подъема, начавшегося в 1820 г.г., наблюдается явная «ступенька» в районе 1860-1890 г.г. В это же время произошло заметное увеличение длины железнодорожных путей в США, а также значительный рост производства и качества стали, которая использоваласьжелезнодорожн-ым транспортом.
Рис.4. Увеличением скоростей паровозов (А) и рост длины железнодорожных путей в США (В) в зависимости от времени.
Можно предположить, что такая остановка в развитии имеет причины, сходные с проблемами развития водного транспорта. Действительно, созданная Надсистема «рельсы-шпалы» явно ограничила возможности роста скорости. Кстати, до сих пор скорость 120-150 км/ч является предельной для обычных составов. Кроме того, именно тогда наблюдалась остановка в повышении эффективности паровых двигателей [15].
Следующей системой для рассмотрения были выбраны самолеты. Это также по большей части система коллективного использования.
Рис.5. Зависимость скоростей самолетов от времени
На Рис. 5 представлены зависимости скорости различных летательных аппаратов от времени. Эти графики для скоростей рекордных винтовых самолетов: (1) - [ 16], (2)- [ 17]; рекордных реактивных самолетов (3) - [18 ], (4) - [19] и лидирующих представителей серийных пассажирских самолетов (5) - [ 20].
На графике нанесены только параметры лидирующих моделей, которые затем, при совпадении с запросами Надсистемы, становились родоначальн-иками новой ветви ТС. Так, от общей зависимости отпочковались самолеты малой (известная всем «Сессна»), средней и прочих авиаций.
На рисунке видно, что рекордные скорости, как для винтовых, так и для реактивных самолетов, достаточно хорошо ложатся на одну общую обобщенную кривую. Это подтверждает уже высказанное предположение, что смена физического принципа двигателя (подсистемы) без изменения рабочего органа не оказывает влияния на характер кривой развития. Тем более что и в этом случае наблюдались варианты объединения альтернативн-ых систем (реактивные стартовые ускорители для винтовыхсамолетов). Поскольку, реактивный самолет является типичной вторичной системой, то не его кривой развития первый участок практически не заметен, как и в случае паровых судов и тепловозов.
Винтовой самолет испытывал в своем развитии задержки в районе 1910, 1915 и в 1930-40 г.г. По мнению Д. Мартино [23] эти остановки в росте скоростей самолетов связаны с достижением определенных технических барьеров. С ним трудно не согласиться, но необходимо отметить, что преодоление всех этих барьеров сказалось на винтовых самолетах, но практически не отразилось на реактивных, которые являлись вторичной системой. Т.е. данные проблемы были уже решены предыдущей системой (См. п.п. 5.3).
Необходимо заметить, что способствовать развитию могут и системы, основанные на ином физическом принципе, но в процессе своего развития уже решившие поставленные проблемы. Так на зависимости рекордов высоты для самолетов нет задержек в развитии. Это вызвано тем, что проблемы достижения высоты уже были решены на стратостатах.
Для характеристики эффективности пассажирских самолетов был выбран комплексный критерий пассажиро-километры в час, согласно п.п.8. На Рис. 6 приведены данные по зависимость эффективности (A) в пассажир киломе-трах в час и скорости (B) в милях/час пассажирских самолетов от времени создания по данным (1) - [ 24], (2) - [ 25], (3) Конкорд и ТУ-144 [ 26] и (4) ДС-3 [22 ].
Рис.6. Зависимость эффективности в пассажиро-километрах в час (А) и скорости (B) в милях/час пассажирских самолетов от времени их создания.
Этот параметр оказался пригодным для описания систем, движения которых основано на различных физических принципах, но выполняет одинаковую функцию. В то же время, использование только одного из параметров - скорости приводит к гораздо большему разбросу данных (см. Рис 5 В).
А сверхзвуковые самолеты в этом случае вообще выпадают из общей тенденции.
На графике есть очень необычный объект. Это легендарный самолет ДС-3 (он же "Дакота" и Ли-2). Выпущенный в 1935 году он достиг максимального для самолетов показателя выпуска (14000 штук) и непревзойденного времени жизни (он до сих пор эксплуатируется в Африке и Латинской Америке). Линия развития этих самолетов «отпочковалась» от общей зависимости и заняла свою нишу. Этот самолет является типичной «совершенной» системой. То есть, его основные параметры настолько соответствовали удовлетворению потребности в данной нише, что практически не требовали улучшения.
Все рассмотренные нами транспортные системы являются многофункцион-альными. В то же время, существует много систем, которые выполняют только одну функцию.
Например, предназначением дисплеев является создание зрительного образа. Для этого могут применяться устройства, основанные на самых различных физических принципах, но имеющие сравнимые параметры для потребителя.
Очень интересно происходило развитие дисплеев и телевизоров. В течение почти 20 лет размеры телевизоров с Электронно-Лучевыми Трубками (ЭЛТ) как черно-белых, так и цветных, не превосходили 20 дюймов по диагонали. Причем, зависимость для черно-белых телевизоров практически слилась с линией развития цветных. Затем, в районе 1987 года в широкой продаже появились мониторы для компьютеров. Вместе с телевизорами они увеличили свои размеры. Однако бытовые телевизоры задержались на отметке 32', тогда как мониторы достигли 42', после чего, видимо, достигли пределов развития. Судя по всему, размер 32' является оптимальным для использования в бытовых условиях.
А вот развитие Жидко-Кристаллических (ЖК) экранов пошло по совершенно другому сценарию. Здесь первыми появились как раз мониторы. И только в 1995 в Самсунге началось массовое производство ЖК телевизоров. Весьма интересно, что и ЖК вошли в нишу 32'. В то же время, рекордные образцы ЖК уже достигли размеров 80' и продолжают расти.
Такое поведение подтверждает предположение о заполнении определенных "ниш" в развитии ТС, как это было ранее показано на примере самолета ДС-3 (См. Рис. 7).Зависимости представлены на Рис. 7, где (1) – это мониторы ЭЛТ, (2) мониторы ЖК, телевизоры (3) – черно-белые ЭЛТ, (4) – цветные ЭЛТ, (5) – цветные ЖК. Данные по мониторам взяты из работы [27], сведения о размерах экранов телевизоров фирмы Самсунг были собраны и любезно предоставлены О. Хомяковым.
Рис.7. Зависимость от времени разрешения размера по диагонали для телевизоров и мониторов.
В работе [27] также приведены отдельные временные графики зависимостей размера монитора по диагонали (дюйм), разрешения (пиксель на дюйм) и относительной стоимости 1 дюйма экрана. Графики зависимости размеров по диагонали и разрешения дисплеев на основе Электронно-Лучевых Трубок (CRT), Жидких Кристаллов (LCD) и плазменных дисплеев (PDP представле-ны на Рис.8.
Графики разрешения и размера дисплея по диагонали имеют явно выраженные "ступеньки".
Для дальнейшего анализа нами был введен комплексный критерий эффективности дисплея в размерности Разрешение - Диагональ в единицах «пиксель на дюйм *дюйм (диагонали)». График такой зависимости представ-лен на Рис.8 С.
Этот график имеет S - образную форму, несмотря на то, что исходные графики имеют «ступени» в развитии. Аналогично выглядят зависимости эффективности для других типов дисплеев, а также различных типов принтеров (матричные, струйные, электронные).
Рис.8. Зависимость от времени разрешения (А), размера по диагонали (В) и комплексного показателя эффективности (С) для CRT (ЭЛТ) дисплеев.
Это позволяет сделать предположение, что в процессе роста разные параметры системы возрастают в разные промежутки времени. То есть, в какой-то момент времени быстрее увеличивалось разрешение, в какой-то - размер. Однако, при использовании комплексного критерия, эта разница сглаживается, и форма зависимости приближается к S - образной. По нашему мнению, это является отражением того, что данные параметры являются антагонистами, т.е. развивая систему, изобретатели решали возникающее противоречие разделением требований к системе во времени.
В представленной работе классифицированы основные виды кривых развития, показана их взаимосвязь для различных ТС. Предложены критерии выбора параметров, которые должны описывать развитие системы. Эти рекомендации позволят улучшить понимания процесса развития техники и позволят более точно прогнозировать этот процесс в целях создания новых образцов техники.
Заключение
Развитие техники определяет технический прогресс в мире. В настоящее время наиболее перспективными устройствами являются разнообразные системы, и в первую очередь технические системы (ТС), которые необходимы для решения сложнейших проблем, стоящих перед человечеством. Разработка и реализация ТС, обеспечение их качества и надежности являются актуальными и востребованными задачами. В процессе разработки технического задания, при проектировании, производстве, испытаниях и эксплуатации различных объектов — изделий, ТС — на всех этапах их жизненного цикла необходимо обеспечивать их качество и надежность. Па этапе разработки проекта требования к надежности (качеству) задаются в техническом задании показателями качества и надежности, методами или моделями их оценки. Показатели, используемые для объектов, обеспечиваются совершенством конструкций и совокупностью технологических процессов изготовления этих устройств. Несмотря на большое разнообразие существующих стандартов и руководящих документов в области разработки и изготовления современных ТС, единого подхода (общей модели), как показывает анализ состояния вопроса и имеющихся литературных источников, до сих пор не выработано.
Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 58; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!