5.1. Подкласс 3.1. Переход к бисистемам и полисистемам
Стандарт 3.1.1. Системный переход 1-а: образование бисистем и полисистем
Эффективность системы — на любом этапе развития — может быть повышена системным переходом 1-а: с объединением системы с другой системой (или системами) в более сложную бисистему или полисистему.
Задача 5.1. Покорение Северного полюса
Условие задачи
Покорение Северного полюса в конце XIX — начале XX века было весьма проблематично. Этому мешали не только низкие температуры и неизвестность. Главное препятствие — продукты питания, которыми нужно было обеспечить людей и животных.
Груз превышал возможности людей и животных. Можно разместить груз на дополнительных санях, но их должны были тянуть дополнительные животные. Круг замкнулся. С такой проблемой столкнулся американский путешественник Роберт Пири. Как быть?
Разбор задачи
Налицо ТП: доставка необходимого провианта и снаряжения требует дополнительных животных и пищи для них.
ФП: Дополнительные сани должны быть, чтобы доставить провиант и снаряжение, и их не должно быть, чтобы не использовать дополнительных животных и пищу для них.
Использование стандарта 3.1.1.
Решение
Роберт Пири разработал оригинальную челночную систему. Это был пятый пункт «системы Пири»:
«Предварительно доставить к месту выхода экспедиции в санный поход достаточно провианта, топлива, одежды, походных кухонь и других предметов снаряжения, дабы главная партия смогла дойти до полюса, а вспомогательные отряды — до места назначения и обратно» .
Таким образом, Пири перешел от «моноэкспедиции» к «полиэкспедиции», что и позволило ему достичь Северного полюса.
Пример 5.1. Электронное дополнительное устройство
Компания Apple запатентовала присоединение смартфона или планшета к ноутбуку. Смартфон вставляется в специальное углубление. Между смартфоном и ноутбуком организовывается связь, они работают как единая система. В частности, смартфон может использоваться для ввода информации и работает как сенсорная панель (touchpad). В свою очередь смартфон или планшет могут использоваться как полноценный ноутбук с большим экраном и полноценной клавиатурой (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Электронное дополнительное устройство.
Патент США 2017/008304
Стандарт 3.1.2. Развитие связей в бисистемах и полисистемах
Повышение эффективности синтезированных бисистем и полисистем достигается, прежде всего, за счет развития связей элементов в этих системах.
Пример 5.2. Надувной трап-понтон.
В пассажирских самолетах в качестве спасательных средств используются надувные трапы, которые одновременно могут служить и понтонами. В одном предмете объединили две функции трапа: спускаться с самолета и понтона и поддерживать людей или груз на поверхности воды.
Пример 5.3. Защита от хулиганов и бандитов
Электрошокеры маскируют под другие предметы, например мобильный телефон (рис. 5.2а).
Перстень, в котором имеется слезоточивый газ (рис. 5.2б).
Придумали шокирующую одежду «бесконтактный жакет» — это просто элегантный жакет. Если владелец жакета решит, что ему угрожает опасность, то жакет мгновенно превратится в грозное оружие самообороны. Любой прикоснувшийся к жакету получит удар в 80 000 вольт.
Питание жакета осуществляется от 9-вольтовой батарейки. Он полностью изолирован, так что владельцу электрический удар не грозит.
Рис. 5.2. Средства защиты
Стандарт 3.1.3. Системный переход 1-б: увеличение различий между элементами
Эффективность бисистем и полисистем повышается при увеличении различия между элементами системы (системный переход — 1-б): от одинаковых элементов (набор одинаковых карандашей) к элементам со сдвинутыми характеристиками (набор разноцветных карандашей), затем — к разным элементам (готовальня) и инверсным сочетаниям типа «элемент и антиэлемент» (карандаш с резинкой).
Пример 5.4. Спасение людей
В канадском Университете Райерсона (в Торонто) для спасения людей, оказавшихся под обломками строений, предложили систему, состоящую из специально обученной собаки, которая может найти попавших в беду людей, и робота-спасателя, который доставляется к месту аварии в сумке, которую несет собака. Пес подбирается к беспомощной жертве как можно ближе, а затем своим лаем запускает приехавшего на нем робота. Такая система под названием Canine Assisted Robot Deployment была реализована и испытана в Техасском университете A&M (США).
Пример 5.5. Теплица
Теплица сама создает искусственный микроклимат. Это осуществляется за счет подбора растений, выделяющих кислород и потребляющих углекислый газ, находящихся в отсеке теплицы со светопроницаемым покрытием, и растений, выделяющих углекислый газ и потребляющих кислород, находящихся в отсеке теплицы со светонепроницаемым покрытием. Помещения разделены светонепроницаемой перегородкой, имеющей управляемый клапан. Отсеки выполнены с выходные клапанами для сообщения их с атмосферой.
В качестве растений, выделяющих углекислый газ, могут быть, например, грибы шампиньоны, которые не требуют освещения и являются мощными генераторами углекислого газа, необходимого для роста растений, выделяющих кислород.
Источником кислорода могут быть овощные культуры и другие растения, которые поглощают на свету углекислый газ и выделяют кислород, который необходим для роста грибов.
Такая теплица с искусственным микроклиматом — своего рода биохимический генератор, в котором повышение урожайности сельскохозяйственный растений осуществляется без затрат энергии внешних источников.
Различные растения требуют для своего роста различные условия, которые обеспечивает управляющий блок, получая информацию о содержании кислорода и углекислого газа от соответствующих датчиков. В каждом из отсеков поддерживается необходимый состав газовой среды. Для этого открываются или закрываются соответствующие клапаны (рис. 5.3).
Таким образом, такая теплица позволяет повысить урожайность сельскохозяйственных растений без затрат энергии внешних источников за счет биохимических процессов, протекающих во время роста растений.
Рис. 5.3. Теплица. А. с. 950 2411 — помещение; 2 — растения источники углекислого газа;
3 — растения источник кислорода; 4, 5, 15, 16, 17, 18 — управляемые клапаны; 6 — светонепроницаемая перегородка; 7, 8 — клапаны; 9 — воздуховод-теплообменник; 10, 11 — отсеки; 12 — светопрозрачное покрытие; 13 — светонепрозрачное покрытие; 14 — воздухозаборная шахта; 19 — пневмозатвор; 20 — управляющий блок; 21 — датчик кислорода; 22 — датчик углекислого газа; 23 — труба; 24 — запорный клапан.
Стандарт 3.1.4. Свертывание бисистем и полисистем
Эффективность бисистем и полисистем повышается при их свертывании, прежде всего, за счет сокращения вспомогательных частей. Например, двустволка имеет один приклад. Полностью свернутые бисистемы и полисистемы снова становятся моносистемами, цикл может повториться на новом уровне.
Пример 5.6. Турбовинтовой двигатель
Турбовинтовой двигатель объединил преимущества реактивного и винтового двигателей.
Этот вид объединения систем часто применяется в тех случаях, когда одна система достигла своего потолка развития, а другая, более совершенная, еще не может заменить ее полностью.
Пример 5.7. Автомобиль
В автомобилях имеется тенденция помещать электродвигатель в колесо. Каждое колесо имеет свой двигатель, что позволило каждым колесом управлять отдельно, что значительно увеличило маневренность. Стало возможным разворачиваться на месте и осуществлять параллельную парковку.
Это пример на свертывание преобразователя энергии — трансмиссии, и переход к более управляемому полю (переход от механического к электрическому полю).
Стандарт 3.1.5. Системный переход 1-в: противоположные свойства целого и частей
Эффективность бисистем и полисистем может быть повышена распределением несовместимых свойств между системой и ее частями. Это системный переход 1-в: используют двухуровневую систему, в которой вся система в целом обладает свойством С, а ее части (частицы) — свойством анти-С.
Пример 5.8. Способ остановки кровотечения
Как быстро и эффективно остановить кровотечение?
Известно, что человеку можно вливать кровь только определенной группы. В противном случае человек умирает из-за несовместимости — кровь свертывается.
С целью упрощения и повышения эффективности остановки кровотечения предложено к ране приложить салфетку, пропитанную иногруппной кровью.
«Вредная» кровь выполняет полезную функцию — останавливает кровотечение
Пример 5.9. Память компьютера
У памяти имеются две противоположные функции — запись и стирание.
Пример 5.10. Цепь
Каждое звено жесткое, а цепь в целом гибкая.
5.2. Подкласс 3.2. Переход на микроуровень
Стандарт 3.2.1. Системный переход 2: переход на микроуровень
Эффективность системы — на любом этапе развития — может быть повышена системным переходом 2: с макроуровня на микроуровень, когда систему или ее часть заменяют веществом, способным при взаимодействии с полем выполнять требуемое действие.
Пример 5.11. Часы
Первоначально появились большие башенные часы, механизм которых представлял собой набор механических частей (маятник, шестеренки, рычаги, пружины и т. д.).
Далее механические части уменьшились в размерах и создали карманные, а затем наручные механические часы. Механика совершенствовалась и уменьшалась. Размеры часов значительно уменьшились. Но тем не менее принцип их работы оставался на макроуровне. Их принцип работы основывался на колебании механического маятника.
Переход на микроуровень осуществился с изобретением кварцевых часов.
В кварцевых часах в качестве колебательной системы стали использовать кристалл кварца. Маятник заменили кристаллом.
Позже появились атомные часы, где в качестве источника колебаний используется сигнал перехода электрона между двумя энергетическими уровнями атома.
Пример 5.13. Вычислительная техника
Первая вычислительная машина (антикитерский механизм) была создана в Древней Греции. Она датируется 150—100 г. до н. э. Это механическая аналоговая вычислительная машина для расчета астрономических позиций. Машина также позволяла производить операции сложения, вычитания и деления.
Известны счетное устройство Леонарда да Винчи, суммирующая машина Паскаля и другие.
Принцип действия этих машин механический. Они состояли из валов и шестерен. Постепенно эти части уменьшались в размерах и был разработан арифмометр. Их заменили электромеханические вычислительные машины. Механические части двигались с помощью электрических двигателей.
На следующем этапе была разработана вычислительная машина на вакуумных лампах.
Далее были использованы транзисторы, а затем и микросхемы.
Сегодня процессор содержит миллиарды транзисторов. При их изготовлении используется нанотехнологии.
Это типичный пример перехода на микроуровень.
На мироуровень перешел рабочий орган компьютера — процессор, но до сегодняшнего дня еще остались части, использующие механику, например жесткий диск, DVD-Rom, вентиляторы. Это пример закона неравномерности развития систем.
Имеются тенденции перехода этих частей на микроуровень.
Используются жесткие диски с флеш-памятью. Все чаще используются не DVD- диски, а флеш-память. Вентиляторы могут быть заменены элементом Пельтье и тепловыми трубами.