Метод разработан профессором Р. Коллером и его учениками (ФРГ) в 1975 г. и предназначен для синтеза технических систем (ТС) на новых принципах действия. В основе метода лежат три составляющих:

  1. анализ функций технических систем и их элементов;
  2. систематизированный фонд физических эффектов;
  3. программа поиска новых физических принципов действия объекта и реализующих их технических решений.


Исходя из того, что любая ТС характеризуется наличием в ней организованных потоков энергии, вещества или информации, все эти системы Коллер условно делит на три класса: машины, осуществляющие преобразование энергии; аппараты, осуществляющие преобразование веществ, и приборы, осуществляющие преобразование (переработку) информации.
В действительности в современных ТС могут присутствовать все преобразования потоков.

Разработка новых ТС предусматривает три стадии.

1. Постановка задачи, включающей формулирование цели, условий и ограничений, и построение функциональной структуры ТС (что соответствует составлению технического задания).

Описав цель разработки и создания ТС, формулируют общую (главную) функцию разрабатываемой системы, которая должна содержать указание "входа" и "выхода" в системе, т. е. описание преобразования входных физических величин в выходные физические величины, благодаря чему происходит реализация поставленной цели. Общую (главную) функцию рекомендуется изображать графически в виде черного ящика, имеющего "вход" и "выход". Затем составляется список основных требований к ТС с учетом пожеланий потребителей, включающий наиболее важные и принципиальные условия и ограничения выполнения общей (главной) функции.

После этого приступают к построению структуры элементарных функций, соответствующих основным операциям. В любой сложной системе можно выделить функциональные узлы, в соответствии с чем общая функция может быть разделена на подфункции 1-го уровня. Аналогично найденные подфункции 1-го уровня могут быть разбиты на подфункции 2-го уровня и т. д. Разбивка функций на подфункции более низкого уровня осуществляется до тех пор, пока они не будут соответствовать элементарным (неделимым) функциям, каждая из которых должна соответствует какой-либо основной операции, для чего полученные функции сопоставляются со списком основных операций.

Введение понятия "основная операция" (под которой понимается сам процесс преобразования в отрыве от параметров на входе и выходе, т. е. от того, что преобразуется) представляет собой более высокий уровень абстрагирования и обобщения по сравнению с понятием "функция". Коллер утверждает, что все функциональное многообразие ТС сводится к 12 парам противоположных основных операций.

При построении структуры элементарных функций анализируются несколько ТС с наиболее близкими общими функциями, поэтому может быть получено несколько вариантов структур элементарных функций. Путем перестановки основных операций, используя известные алгебраические (сложение, вычитание, умножение, деление и т. д.) и логические ("и", "или", "не") действия, получают альтернативные структуры, отсеивая недопустимые структуры, противоречащие основным законам природы. Далее отбирают те структуры, которые существенно отличаются друг от друга.

2. Выбор физических эффектов (ФЭ) для реализации каждой функции и принципиальных технических решений (качественное конструирование).

После разработки структуры элементарных функций осуществляется ее реализация с помощью подбора одного или нескольких ФЭ, у которых наименования физических величин совпадают с наименованиями физических величин на входе и выходе элементарной функции соответственно, и их носителей.

Поиск ФЭ производится с помощью указателя ФЭ для соответствующей пары противоположных основных операций. При выборе физических эффектов Коллер рекомендует рассмотреть возможно большее число вариантов физических идей для реализации каждой элементарной функции и каждой основной операции. Особое внимание при этом следует обращать на реализацию двух или более элементарных функций одним ФЭ. Все возможные реализации структур элементарных функций с помощью различных ФЭ сводятся в структуры ФЭ. Каждая такая структура еще называется физическим принципом действия ТС. Затем на основании анализа принципов действия осуществляется выбор наиболее перспективных физических принципов действия для последующей проработки. Для этого рекомендуется использовать морфологический анализ.

Выбор носителей ФЭ осуществляется с помощью справочников по веществам и материалам. После выбора материалов проводится конструкторская проработка.

3. Разработка конструкторской документации заключается в подготовке технического и рабочего проекта (количественное конструирование).

Таким образом, предложенная Коллером последовательность операций позволяет перейти от постановки задачи к ее принципиальному решению.

К достоинствам метода можно отнести удачную организацию фонда ФЭ, удобную для поиска нового принципа действия ТС. Однако отсутствие критериев для выбора наилучших вариантов среди множества возможных ведет к необходимости рассмотрения очень большего числа вариантов. Для большинства "основных операций" нет указателей ФЭ, отсутствуют также указатели химических, геометрических и биологических эффектов. Следует отметить и неоднозначность синтеза функциональной структуры, многовариантность действий, зависящих от субъективных факторов.



Защита от автоматического заполнения   Введите символы с картинки*