Законы и закономерности техники

Лекция 5. Законы и закономерности развития техники. Законы гомологиче­ских рядов, стадийного развития техники, неравномерного развития техники, Парадоксы развития техники.

Тема 4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ

Строение и развитие каждого ТО и техники в целом подчиняются опреде­ленным законам и закономерностям, которые указывают на устойчивые качест­венные и количественные причинно-следственные связи и отношения, имеющие место у класса ТО и техники в целом, а также на изменение во времени этих свя­зей и отношений. Законы и закономерности по характеру и определенности опи­сания объектов и явлений техники должны быть близки к законам и законо­мерностям, известным в биологии, физике и химии, т. е. законы техники должны формулироваться на уровне законов природы.

Закономерности строения и развития техники имеют отношения к ТО с одинаковой или близкими функциями. Законы техники имеют отношение к лю­бому ТО или ко многим классам ТО, имеющим различные (сильно отличающиеся) функции.

К законам и закономерностям развития техники будем относить опреде­ленные устойчивые изменения какого-либо критерия развития (показателя качест­ва) или какого-либо количественно выражаемого конструктивного признака на протяжении многих поколений ТО. Кроме того, должны иметь место законы раз­вития, которые для многих классов ТО с различными функциями отражают оди­наковые (аналогичные) изменения в конструктивной и потоковой ФС, в физиче­ской структуре и ТР.

Закон гомологических рядов. Гипотеза об этом законе сформулирована по аналогии с законом гомологических рядов Вавилова, относящемся к живой при­роде. Суть биологического закона заключается в том, что у близких видов, при­надлежащих одному роду, имеет место удивительный' параллелизм "одинаковых признаков, Р.И. Вавилов дал следующую формулировку закона: «Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной измен­чивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, мож­но предвидеть нахождение параллельных форм и других видов и родов. Чем бли­же генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости. Целые семейства..... характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семей­ство». Ученые отмечают, что закон Вавилова играет в биологии ту же роль, что и закон Менделеева в химии. При этом поиски новых форм, видов, родов на осно­ве закона гомологических рядов становятся направленными, поскольку можно за­ранее предсказать строение еще не открытых или выведенных селекционерами видов и родов.

Для перенесения закона гомологических рядов в технику необходимо было опре­делить факторы, которые играют роль генотипа, т. е, как генотип в живой природе определяет видовые, родовые и другие признаки, так и в технике необходимо вы­делить факторы, обусловливающие характерные признаки ТО. К таким факторам относятся компоненты описания функции, принципа действия иусловий работ ТО, каждая из которых оказывает существенное влияние на техническое решение (структуру) ТО.

Гипотеза о законе гомологических рядов ТО имеет следующую формулировку: ТО с близкими функциями, принципами действия и характеристиками условий работы имеют частично совпадающие наборы варьируемых конструктивных при­знаков P1..., РК, принимающих одинаковые значения а¹], а/₂,..., с1_т, ]= 1,..., k:.

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

ЗАКОН СТАДИЙНОГО РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ Этот закон отражает революционные изменения, происходящие в процессе развития как отдельных классов ТО, так и техники в целом. Революционные изме­нения связаны с передачей техническим средствам широко распространенных функций, выполняемых человеком. На существование и действие рассматривае­мого закона указывали в своих трудах К. Маркс и В. И. Ленин. Обстоятельное рассмотрение факторов, относящихся к закону стадийного развития, и его обосно­вание на философском уровне изложены в книгах Ю. С. Мелещенко, С. С. Товмасяна. Закон стадийного развития в основном имеет отношение к задачам инженер­ного творчества, связанным с крупными пионерными изобретениями. Гипотеза о законе имеет на инженерном уровне следующую формулировку.

ТО с функцией обработки материального предмета труда имеют четыре ста­дии развития, связанные с последовательной реализацией с помощью техниче­ских средств четырех фундаментальных функций и последовательным исклю­чением из технологического процесса соответствующих функций, выполняе­мых человеком:

на первой стадии ТО реализует только функцию обработки предмета труда (технологическая функция);

на второй стадии, наряду с технологической, ТО реализует еще функцию обеспечения энергией процесса обработки предмета труда (энергетическая функция);

на третьей стадии ТО реализует еще функцию управления процессом обра­ботки предмета труда;

на четвертой стадии ТО реализует также и функцию планирования для себя объема и качества продукции, получаемой в результате обработки предмета

труда; при этом человек полностью исключается из технологического процесса, кроме более высоких уровней планирования.

Переход к каждой очередной стадии происходит при исчерпании природных возможностей человека в улучшении показателей выполнения соответствующей фундаментальной функции в направлении дальнейшего повышения производи­тельности труда и (или) качества производимой продукции, а также при наличии необходимого научно-технического уровня и социально-экономической целесооб­разности.

Таблица 25 Примеры стадийного развития ТО

Функция ТО	ТФ	ТФ + ЭФ	ТФ + ЭФ + ФУ	ТФ + ЭФ + ФУ+ ФП
Размалыва­ние зерна	Каменные жернова с руч­ным приводом	Каменные жерно­ва с приводом от водяного колеса или паровой ма­шины	Мельница с сис­темой автомати­ческого управ­ления (САУ)	Мельница с САУ, по­лучающая задание от автоматизированной системы планирова­ния работ (АСПР)
Получение осесиммет-рических круглых де­талей из твердотель­ных загото­вок	Токарный ста­нок с ручным или ножным приводом	Токарный станок с приводом от во­дяного колеса, паровой машины или электродвига­теля	Токарный ста­нок с числовым программным управлением (ЧПУ)	Станок с ЧПУ полу­чающий задание от АСПР
Транспорти­рование гру­зов по дороге	Тачка или те­лежка, приво­димая в движе­ние человеком	Телега, приводи­мая в движение тягловым живот­ным, или автомо­биль	Автомобиль с САУ	Автомобиль с САУ, Получающий задание от бортовой АСПР, осуществляющей предварительный сбор информации
Примечание. ТФ - Технологическая функция; ЭФ - энергетическая функция; ФУ - функция управления; ФП - функция планирования.

Таблица 26 Стадии развития техники

Выполняемая функция	Начало стадии
Каменный век (первая стадия)	XVIII век (вторая стадия)	Середина XX века (третья стадия)	Конец XX века (четвертая стадия)
Технологическая	ТО	ТО	ТО	ТО
Энергетическая	Человек	»	»	»
Управление	»	Человек	»	»
Планирование	»	»	Человек	»

В табл. 25 приведены примеры стадийного развития различных ТО, которые дополняют формулировку закона. Отметим, что рассматриваемый закон имеет оп­ределенную связь с закономерностью функционального строения обра­батывающих машин.

Закон стадийного развития отражает также развитие мировой техники в це­лом, что наглядно показано в табл. 26, где обозначение «ТО» указывает на реали­зацию соответствующей фундаментальной функции техническими средствами.

Следует отметить, что предписываемая законом картина последовательного четырехстадийного развития ТО имеет место только для классов ТО, появившихся до XVIII века. Уже в XIX веке, когда техника в целом находилась на второй ста­дии развития, вновь появившиеся ТО одновременно реализовали технологическую и энергетическую функции, поскольку для этого существовал необходимый науч­но-технический уровень и это следовало из требований, социально-экономической целесообразности. Аналогичную картину мы наблюдаем в настоящее время, когда вновь появляющиеся пионерные' ТО для реализации новых потребностей часто реализуют сразу три фундаментальные функции (технологическую, энергетиче­скую, управления). Поэтому знание закона позволяет ускорять стадийное развитие ТО.

В связи с этим практическое использование закона стадийного развития свя­зано с проведением исследований по его привязке к интересующему классу ТО, а также к функционально близкому классу ТО, имеющих опережающие темпы раз­вития.

При выполнении этих исследований даются ответы на следующие вопросы:

На какой стадии развития находится рассматриваемый ТО или технологиче­ский комплекс?

Ограничивают ли возможности человека существеннее улучшение основ­ных показателей ТО?

Имеются ли необходимые научно-технические и технологические возмож­ности для перехода на следующую стадию?

Имеется ли социально-экономическая целесообразность перехода на сле­дующую стадию?

На основе такого анализа делается вывод о целесообразности перехода на следующую стадию и формируется соответствующее задание на научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки.