 |
|
Реальные физические противоречия, системный эффект
ФЕДЕРАЛЬНОЕ государственное бюджетное ОБРАЗОВАТельное учреждение
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУВПО «ВГТУ»)
Авиационный факультет
(факультет)
Кафедра «Ракетные двигатели»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине МЕТОДЫ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА
ТемаСИСТЕМНЫЙ ЭФФЕКТ И РЕАЛЬНОЕ ФИЗИЧЕСКОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ
Расчетно-пояснительная записка
Разработал студент И.В. Вольнов
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Руководитель Г.И. Скоморохов
д-р техн. наук, проф. Подпись, дата Инициалы, фамилия
Члены комиссии _____________________________________
Подпись, дата Инициалы, фамилия
____________________________________
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Нормоконтролёр ____________________________________
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Защищена ___________________ Оценка __________________________
Дата
2011
Содержание
Задание на курсовую работу
Замечания руководителя
Введение 3
1.Реальные физические противоречия, системный эффект 3
2.Распределенные зоны РФП 8
3.Цепочки системных эффектов 9
4.Синергетические явления 10
Заключение 11
Литература 12
Введение
В данной курсовой работе рассмотрим методологию проведения научно-исследовательской деятельности, основанной на "универсальном принципе симметрии-диссимметрии". Также высказываю утверждение, что многие явления (эффекты) реализуются из-за разности параметров, характеризующих движущую силу. Однако можно утверждать, что диссиметрия является необходимым, но недостаточным условием для появления нового эффекта.
Системный эффект - ситуация появления нового свойства для системы, компоненты кототорой этим свойством не обладают.
Изучение внутренних механизмов появления системных эффектов может помочь более лучше понять процессы эволюции и самоорганизации самоорганизации систем. Ведь эти процессы можно рассматривать как последовательное появление новых свойств и явлений, ни одному из компонентов системы не присущих.
Реальные физические противоречия, системный эффект
Необходимым условием является наличие реального физического противоречия. Мысленно смоделируем ситуацию. На некотором основании закреплены вертикально две пластины А и В из материалов с различным коэффициентом теплового расширения (рис.1).
Пусть происходит нагревание этих пластин. При повышении температуры длина пластин увеличивается. Естественно, что изменение длины для пластин будет отличаться (?LА ?LВ) Однако никаких новых явлений при этом не обнаруживается. Диссиметрия есть (различные коэффициенты теплового расширения и различные удлинения пластин) - новых эффектов нет.
Теперь проведем еще один мысленный эксперимент. Условия его те же самые, что и в первом эксперименте. Единственное отличие состоит в том, что пластины А и В скреплены, образуя всем известную биметаллическую пластину (рис.2).
При нагревании такой пластины, как известно, происходит ее изгиб. То есть проявился новый системный эффект (новое свойство), которое не наблюдалось в первом эксперименте. В чем причина появления нового системного эффекта? Она заключается в наличии во втором эксперименте реального физического противоречия.
Реальное физическое противоречие (РФП)- ситуация, при которой реальный физический объект (или его часть) должен одновременно находиться в двух
Отличие реального физического противоречия от просто физического противоречия (ФП), применяемого при решении задач по АРИЗ, заключается в следующем.
ФП - это ситуация, при которой к некоторой области пространства предъявляются противоречивые требования. При этом реально (физически) только одно из них существует, а другое - только декларируется, для того чтобы обеспечить требуемое состояние рассматриваемой технической системы. То есть одно из условий физического противоречия является сконструированным (придуманным, декларируемым), но реально в технической системе не присутствующим.
РФП - это ситуация, при которой в некоторой области пространства реально существуют оба противоречивых требования. В результате эта область пространства преобразуется, стремясь удовлетворить обоим противоречивым требованиям, что и является причиной появления системного эффекта или нового свойства.
По сути дела системный эффект - есть способ разрешения реального физического противоречия.
Во втором эксперименте РФП выглядело следующим образом (рис.3).
Материал биметаллической пластины в зоне соединения должен быть реально удлинен на большую величину ?LА (так как он связан с пластиной А) и должен быть удлинен на маленькую величину ?LВ (так как он связан с пластиной В).
Или более коротко: зона соединения пластин должна одновременно удлиниться на различную длину (?LА ?LВ). В результате зона контакта изгибается, образуя новый системный эффект и разрешая реальное физическое противоречие.
Отчего зависит вид системного эффекта? Может ли одно РФП разрешаться различными способами? РФП может разрешаться несколькими способами или более точно несколькими сценариями, которые образуют дерево возможных событий (рис.4).
Эти события представляют собой причинно-следственные цепочки.
При наличии РФП разрешение его происходит по тем веткам дерева возможных событий, на выполнение которого затрачивается минимальное количество энергии.
Можно предположить, что системный эффект W является функцией от нескольких показателей:
W = f(E, S, P, dC/dE), где E - энергия в зоне противоречивых требований; S-структурная организация зоны противоречия; P - совокупность свойств зоны противоречия; С - параметр, отражающий конфликтующее свойство; dC/dE - интенсивность изменения противоречивого состояния, в зоне противоречия.
Величина энергии E определяет интенсивность проявления системного эффекта и влияет на количество событий, реализуемых при разрешении физического противоречия: чем больше величина энергии, тем большее число событий в причинно-следственной может быть реализовано.
Структурная организация S зоны технического противоречия определяет фактически количество степеней свободы для данной ТС, то есть число разветвлений на дереве возможных событий.
Свойства P зоны противоречияопределяют последовательности событий в причинно-следственных цепочках.
Интенсивность изменения противоречивого состояния, в зоне противоречия dC/dEопределяет интенсивность проявления системного эффекта. Чем сильнее возрастает различие противоречивых требований dС в зоне РФП при изменении энергии dE, тем интенсивней проявляется системный эффект.
Нужно отметить, что все показатели зависят и друг от друга.
Для того, чтобы было более понятно, вернемся к примеру о биметаллических пластинах. На рис. 5 представлен небольшой фрагмент дерева возможных событий для РФП в биметаллической пластине.
Событие x1 - возникновение внутренних напряжений в зоне стыка. В зависимости от физических свойств материалов, образующих биметаллическую пластину, при дальнейшем увеличении количества энергии в зоне развитие может происходить, например, по двум сценариям. Если вещества достаточно пластичные, то далее следует упругое деформирование пластины (x2)и ее изгиб (x3).При дальнейшем нарастании энергии может произойти либо переход от упругих деформаций материала к пластическим(x4)либо разрыв зоны стыка(x5).
Если вещества в биметаллической пластине достаточно хрупкие, то изгиба не происходит, а следует нарушение структуры кристаллической решетки(x6),например, выражающейся в росте числа дислокаций. Далее при увеличении количества энергии в зоне стыка пластин (зоне противоречия) следует возникновение микро и макротрещин, и разрушение одной из частей биметаллической пластины(x7). Как уже говорилось, величина системного эффекта для биметаллической пластины, зависит от того, насколько сильно изменяется различие в удлинениях ее отдельных частей (dL) при элементарном изменении подводимой теплоты (dE). Конечно, полное дерево возможных событий имеет большее число ветвей и большее число самих событий.
Важным свойством системного эффекта является то, что:вид системного эффекта определяется только видом реального физического противоречия, а не причинами, которые вызвали его. Так, для изгиба биметаллической пластины неважно, вызваны ли различные величины удлинения пластин тепловым расширением, магнитострикцией или пьезоэлектрическими явлениями. Более того, возможно изменение длины одной части биметаллической пластины за счет одного физического действия (например, магнитострикцией), а другой - за счет действия другой физической природы (например, пьезоэлектрическим эффектом). В любом случае дерево возможных событий будет одинаково.
Другими примерами появления системного эффекта при разрешении РФП могут служить:
- эффект образования кумулятивных струй - есть зона пространства, в которой поток жидкости или газа должен двигаться одновременно в нескольких различных направлениях;
- эффект Зеебека - зона контакта различных металлов должна иметь различное количество электронов, так как она разделяет зоны с разной концентрацией электронов (разрешением реального физического противоречия является появление электрического тока);
- эффект Пельтье;
- эффект Томсона и пр.
Из сказанного выше не следует делать вывод о том, что зоны где действуют реальные физические противоречия, обязательно представляют собой поверхность.
Зоной проявления противоречивых требований может быть и точка, и линия, и поверхность, и объем. Все зависит от конкретных условий, конкретных противоречивых свойств.