Владимир Петров - Структурный анализ систем

Необходимо предложить способ отделения коры от древесины, который бы не портил древесину.

Разбор задачи

Разберем эту задачу с позиций вепольного анализа. Имеется древесина и кора. Система невепольная. Она может быть описана схемой (3.17).

Где:

В 1 — древесина;

В 2 — кора.

Это не вепольная система ее необходимо достроить до вепольной. Достройка веполя заключается во ведении поля П 1, воздействующего только на кору в направлении ее отрыва от древесины. В вепольном анализе такое действие осуществляется через посредник, в данном случае через древесину В 1. Это показано вепольной схемой (3.18).

Необходимо подобрать поле П 1, которое может осуществить такое действие.

Между корой и древесиной (рис. 3.3) находится слой клеток ( камбий ), содержащий большое количество влаги, вскипание которой может оторвать кору. Вскипание можно осуществить с помощью вакуума или нагрева, например, токами высокой частоты. Таким образом, вепольный анализ рекомендует использовать тепловое поле П 1= П теп.

Здесь использовали ресурсы — структуру древесины — камбий, а также физические эффекты: кипение и нагрев токами высокой частоты.

Рис. 3.3. Схема поперечного разреза ствола дерева

Задача 3.2. Слежение за объектом

Условия задачи

Необходимо следить за каким-то объектом В 1.

Разбор задачи

Дано только одно вещество В 1 — объект слежения.

Система невепольная .

Для слежения за каким-либо объектом к нему прикрепляют «жучок». С помощью специальной аппаратуры определяют место нахождения объекта слежения.

Итак, у нас имеется объект слежение В 1.Построим вепольную схему слежения за объектом. Для этого добавим еще одно вещество В 2(«радиожук»), которое генерирует поле П 1(радиополе).

Веполь будет иметь вид (3.19).

Где:

В 1—объект слежения;

В 2 — «радиожук»;

П 1 — радиополе.

Дальнейшее повышение управляемости вепольных системосуществляется заменой веществ и/или полей на более управляемые и изменением структуры веполей .

Рассмотрим виды вепольных структур.

Как мы отмечали выше, вепольные структуры могут быть комплексные, цепныеи двойные. Рассмотрим эти структуры.

Комплексный веполь

Комплексный веполь — это веполь с дополнительным введенным веществом В 3, которое может присоединяться к В 1или В 2, повышая управляемость системой или придавая ей новые свойства, тем самым, повышая эффективность технической системы.

Комплексные веполи бывают:

— внутренний комплексный веполь (3.20) и (3.21);

— внешний комплексный веполь (3.24) и (3.25);

— комплексный веполь на внешней среде (3.28) и (3.29);

— комплексный веполь на измененной внешней среде (3.32) и (3.33).

Внутренний комплексный веполь — это комплексный веполь, где добавка В 3присоединяется внутрь веществ В 1(3.20) или В 2(3.21). Введение вещества внутрь условно показано в виде скобок.

Задача 3.3. Сбор разлитой нефти

Условия задачи

В результате аварий танкеров на поверхности моря разливается нефть (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Крушение супертанкера «Эксон Вальдез» (Exxon Valdez)

24.03.1989 г., пролив Принца Уильяма возле Аляски (Prince William Sound, Alaska). Вылилось более 40 миллионов литров сырой нефти.

Один из методов сбора разлитой нефти на поверхности воды заключается в следующем. Пятно нефти окружают плавающими барьерами, которые предотвращают растекание нефти (рис. 3.5). Затем окруженное пространство засыпают пористыми гранулами — адсорбентами, которые впитывают нефть.

Рис. 3.5. Плавучие барьеры, ограждающие пятно нефти

Задача возникает при сборе гранул, заполненных нефтью.

Разбор задачи

Имеются гранулы В 1, заполненные нефтью В 2.

Система невепольная . Она представлена на схеме (3.22). Гранула В 1воздействует на нефть В 2адсорбируя ее (капиллярный эффект).

Где:

В 1 — гранула;

В 2 — нефть.

Для решения мы должны достроить систему до вепольной. Необходимо найти поле, отзывчивое на гранулу с нефтью, чтобы можно было ее легко убирать. Такое поле найти сложно, поэтому мы добавляем еще одно вещество В 3в гранулу В 1, которое будет отзываться на введенное поле П 1. Это поле должно поднимать гранулу, а вместе с ней и нефть.

Предложено в гранулы добавить ферромагнитные частицы В 3, тогда их будет легко собрать магнитным полем П 1(рис. 3.6).

Рис. 3.6. Сбор нефти на поверхности моря 6 6 Рисунок из компьютерной программы Innovation WorkBench компании Ideation International Inc.

Вепольная структура (3.23).

Внешний комплексный веполь — это комплексный веполь, где добавка В 3присоединяется внешне к В 1(3.24) или В 2(3.25). Этот вид комплексного веполя используется, когда невозможно или нежелательно вводить В 3внутрь имеющихся веществ.

Задача 3.4. Демонтаж радиоэлементов

Условия задачи

Демонтаж радиоэлементов производится с помощью паяльника. При этом часто перегрев (термоудар) приводит к порче радиоэлемента. Как быть?

Разбор задачи

Построим вепольную модель описанной системы. Она может быть представлена схемой (3.26).

Где:

П 1 — температурное поле разогретого паяльника;

В 1 — олово;

В 2 — вывод (ножка) радиоэлемента.

Задача описывается веполем с полезной и вредной связью. Полезное действие (прямая стрелка от В 1к В 2) — олово расплавляется и освобождает ножку радиоэлемента. Вредное (волнистая стрелка от В 1к В 2) — горячее олово перегревает ножку радиоэлемента и собственно радиоэлемент.

Одно из возможных решений перейти к внешнему комплексному веполю (3.27), т. е. необходимо внешне ввести дополнительное вещество. Обозначим его как В 3.

Чтобы радиоэлемент при демонтаже не испортился от термоудара, перед нагревом в место распайки вводят припой В 3с температурой плавления ниже температуры плавления основного припоя (рис. 3.7). Дополнительный припой, представляющий собой сплав олово-свинец-висмут, существенно уменьшает термоудар радиоэлемента.

Рис. 3.7. Введение низкотемпературного припоя

Комплексный веполь на внешней среде — это внешний комплексный веполь, где в качестве В 3используется внешняя среда В ВС, которая может добавляться к В 2(3.28) или к В 1(3.29).