Закономерности развертывания функций

Общие соображения о полифункциональности

Развертывание функций, т.е. переход к полифункциональности, осуществляется приданием системе необходимых или желательных функций, а, кроме того, выявлением и использованием новых функций в имеющихся системах.

Увеличение (расширение) функций может осуществлять на качественном и количественном уровнях. Под качественным уровнем понимается появление новых функций, а под количественным – дублирование имеющихся.

Расширение может проводиться соединением-разъединением, например, использованием следующих операторов:

§ динамизацией (деформацией)-стабилизацией,

§ ускорением-замедлением,

§ увеличением-уменьшением.

Эти операции можно осуществлять для вещества, энергии, информации, которые могут рассматриваться в пространстве,во времени, по любым параметрам системы, подсистемы, надсистемы, окружающей среды и связей между ними.

Частично эта система представлена в таблице 1. Полная картина представляет собой морфологическую матрицу с двумя дополнительными осями: параметров (физических, экономических, эстетических и т.п.) и структуры (подсистемы, системы, надсистемы, окружающей среды).

Таблица 1. Развертывание функций

Функции	Вещество		Энергия		Информация
	Пространство	Время	Пространство	Время	Пространство	Время
1. Обнаружение-скрытие
2. Изменение-сохранение
2.1. Динамизация-стабилизация
2.2. Соединение-разъединение
2.3. Перемещение-фиксация
3. Увеличение-уменьшение
4. Преобразование-обратное преобразование

 

Развертывание функций начинают с построения дерева функций.

Вершиной этого дерева служит генеральная цель или главная функция (функция нулевого ранга). Кроме главной функции система может иметь и второстепенные. Для обеспечения главной (или второстепенной) функции необходимы одна или несколько основных функций (функций 1-го ранга), а они осуществляются вспомогательными функциями (функциями 2-го ранга).

Правила формулирования главной, основных и вспомогательных функций и построения дерева функций частично описаны в п. 3.4.1.

Развертывание функций

Вид дерева функций показан на рис. 3. Аналогичное дерево может быть построено и для второстепенной функции, если ее принять за главную.

Развертывание функций осуществляется путем выявления и использования новых функций в имеющихся системах[17].

Первоначально выявляются свойства этих систем. Выявление свойств систем может быть выполнено в следующей последовательности:

1. Определение свойств системы в целом

1.1. Описание известных свойств системы, взятых из справочников и документации, в том числе главной, основных и второстепенных функций.

1.2. Описание явных свойств системы, не описанных в справочной литературе, например, особенностей формы, чистоты поверхности, цвета, объема и т.п.

1.3. Описание нежелательных, вредных, бесполезных и вспомогательных свойств, выявленных, например, в процессе эксплуатации.

2. Расчленение системы на подсистемы и выявление их свойств аналогичным образом. Только на этом этапе дополнительно выявляются вспомогательные функции.

3. Выявление свойств веществ, из которых состоят подсистемы, аналогично п. 1.

4. Выявление свойств полей, которыми обладает данная система и подсистема.

5. Выявление системных свойств, не описанных ранее, полученных в результате соединения подсистем известными и новыми способами.

Кроме того, свойства системы меняются в зависимости от надсистемы, в которую ее поместили, и от среды, в которой находятся (работают, функционируют) система и надсистема. На этом этапе первоначально составляются морфологические матрицы взаимодействия подсистем в системе, системы с различными надсистемами, системы с различными средами и надсистемы с различными средами. По этим матрицам получаются новые системные свойства (см. Табл. 2).

Таблица 2.

Система	Функции		Свойства
	Основные	Вспомогательные	Основные	Вспомогательные
Надсистема
Система
Подсистема

 

Используя выявленные таким образом свойства, можно расширить функциональные возможности имеющихся систем, т.е. применять их по новому назначению.

Последовательность применения выявленных свойств по новому назначению системы может быть следующая:

1. Применение системы в целом.

1.1. Применение вспомогательных свойств, функций, действий в целом.

1.2. Применение вспомогательных функций в качестве основных.

1.3. Применение ненужных или вредных функций в качестве полезных.

1.4. Применение свойств, функций и действий, обратных выявленным.

2. Применение подсистем аналогично п. 1.

3. Применение веществ и полей подсистем.

3.1. Применение основных для системы и подсистемы свойств веществ и полей.

3.2. Применение вспомогательных для данной системы свойств веществ и полей в качестве основных.

3.3. Применение ненужных для данной системы веществ и полей в качестве полезных.

3.4. Применение вредных для данной системы веществ и полей в качестве полезных.

4. Применение микроструктуры веществ подсистемы.

4.1. Применение основных свойств микроструктуры - молекул, атомов, элементарных частиц и т.п.

4.2. Применение вспомогательных для данной системы свойств микроструктуры.

4.3. Применение ненужных для данной системы свойств микроструктуры в качестве нужных.

4.4. Применение вредных для данной системы свойств микроструктуры в качестве полезных.

Развертывание функций может осуществляться и приданием системе более общей функции, включая, в частности, и первоначальную функцию.

Например, функция " сверление " может быть заменена более общей - " делание отверстий " или еще более общей - " обрабатывание материала " или вообще - обработки, которая подразумевает обработку или преобразование не только вещества, но и энергии и информации.

Приведем примеры развертывания функций.

Пример 27.           Рассмотрим систему "дуговая сварка".

Фрагментарно опишем процесс развертывания функций. Определим свойства системы.

Определим главную функцию дуговой сварки. Дуговая сварка необходима для неразъемного соединения преимущественно стальных металлов (сталей). Следовательно, более общий термин сварка. Функция - создание неразъемных соединений, более общее создание соединений.

Основной характеристикой дуговой сварки является ток. В различных аппаратах дуговой сварки величины тока могут достигать сотен и даже нескольких тысяч ампер.

Вредными свойствами дуговой сварки является образование брызг, сильный разогрев и, вследствие этого, деформация деталей, выделение вредных газов, озона и ультрафиолетового излучения.

Рассмотрим основные подсистемы аппаратуры для дуговой сварки.

В качестве таких подсистем можно назвать горелку с механизмом подачи электродной проволоки и системой подачи защитного газа, источник тока, систему перемещения электрода и систему управления.

Основными функциями горелки являются подвод тока к проволоке и подача проволоки и защитного газа. Ее недостатки - деформация или проскальзывание проволоки и излишний расход газа.

Источник тока вырабатывает ток. Нежелательный эффект большие габариты и масса.

Перемещение электрода (горелки) осуществляется с помощью специальной тележки - трактора или робота. Основная функция перемещение электрода по заданной траектории. Недостатки: малая точность и скорость перемещения.

Основная функция системы управления - управление током и перемещением электрода. Недостатки: низкие быстродействие, точность и динамизм (диапазон и скорость изменения параметров).

Опишем некоторые применения выявленных свойств.

Функция обратная сварке - резание. Эта функция выполняется с помощью электрической дуги. Можно использовать сварочный аппарат для выработки электрического тока различной величины. Такой ток имеет множество применений. Аппарат для дуговой сварки можно использовать как источник создания металлических капель, шариков, неровностей на поверхности металла и т.п. Можно разогревать металлические предметы для разнообразных назначений, расплавлять металл, наплавлять новый металл.

Использовать озон для окислительных процессов. Выделять полезные продукты из отработанных газов. Использовать ультрафиолетовые лучи, например, для загара, лечения, дезинфекции, освещения и т.п. Механизм подачи электродной проволоки можно использовать для перемещения любой проволоки, стержней, прутков, проделывания отверстий, создания напряжения и давления, перемещения любых предметов, расплющивания проволоки и придания ей определенной формы и т.п.

В качестве еще одного примера возьмем двигатель реактивного самолета.

Основная его функция - создание тяги. Она осуществляется с помощью струи газа. Нежелательный эффект - прогорание сопла из-за большой температуры струи газа. Покажем некоторые применения этих свойств: очистка взлетных полос от ледяной корки; транспортировка в мощной газовой струе полезных ископаемых в открытых карьерах; реактивный канавокопатель, удешевивший стоимость мелиорации в 15 раз по сравнению с использованием экскаватора; очистка бытовых стоков и воды в замкнутых технологических системах. Грязная вода с большой скоростью проходит под струей раскаленного двигателя. 900-градусный жар мгновенно убивает все микробы. Один реактивный двигатель способен обезвредить и переработать бытовые стоки города со стотысячным населением[18].

Рассмотрим механизм развертывания функций на примере автопокрышек.

Пример 28.           Основная функция автопокрышки - предохранять камеру от повреждений. Покрышка имеет форму тора, упруга в радиальном и поперечном направлениях, состоит из резины и металлического корда. Покрышки используются как кранцы (амортизаторы) на бортах судов, ограждения автомобильных дорог[19], берегозащитные сооружения[20], покрытие откосов гидротехнических сооружений[21], в дренажных колодцах[22], как строительные блоки для гаражей, складов, мастерских[23], для закрывания водоемов, в качестве добавки при изготовлении асфальта и т.д