Ocho leyes de la evolución de los sistemas tecnológicos, previendo el próximo Tesla
Los animales que viven en zonas frías tienen el pelo grueso; lo contrario ocurre con las personas que viven cerca del ecuador.
Las personas en áreas frías tienen narices altas y largas que pueden calentar y humidificar el aire; en áreas tropicales, las narices de las personas son cortas y cortas.
La mayoría de los peces tienen una vejiga natatoria, un órgano retráctil en forma de saco que se expande o contrae para ayudar a los peces a subir y bajar, y también les brinda apoyo en ausencia de oxígeno.
Si el oído y la visión del animal no están lo suficientemente desarrollados, definitivamente desarrollará otra función especial de percepción de información. Los murciélagos, por ejemplo, localizan mediante ultrasonidos; debido al calor corporal de las serpientes de cascabel, son extremadamente sensibles a la luz infrarroja que emiten los animales.
En el proceso de "evolución", los sistemas técnicos también muestran ciertas leyes, que se pueden resumir en ocho patrones típicos:
Primero, la ley de la integridad
Segundo, la ley de conducción de energía
Tercero, la ley de coordinación
(Las tres primeras leyes representan las condiciones necesarias para el mantenimiento y desarrollo del sistema técnico, y también pueden llamarse la "vitalidad" del sistema técnico "Ley)
Cuarto, perfeccionar la ley ideal
Quinto, la ley de la evolución desequilibrada de los subsistemas
Sexto, la ley de evolución del supersistema
7. La ley de evolución a sistemas microscópicos
8. Método dinámico
Primero, la ley de completitud del sistema:
“Un sistema es un sistema con ciertas El todo orgánico funcional está compuesto por varios elementos conectados en una determinada forma estructural” (Qian Xuesen, Ingeniería de Sistemas). Un sistema técnico completo debe incluir cuatro partes: 1. Central eléctrica; 2. Equipo de transmisión; 3. Dispositivo de ejecución; 4. Dispositivo de control. 1. Dispositivo de energía: Obtener energía de fuentes de energía y convertirla en la energía requerida por el sistema. 2. Dispositivo de transmisión: transmite energía (o campo) al dispositivo de ejecución. 3. Dispositivo de ejecución: implementa funciones sobre los objetos sobre los que el sistema necesita actuar, normalmente llamados "herramientas". 4. Dispositivo de control: controle cómo se coordinan otros componentes para lograr funciones.
Los principales componentes de un sistema técnico incluyen potencia, transmisión, ejecución y control. En los primeros días de un sistema, es posible que uno o varios componentes no sean perfectos. A medida que se desarrolla el sistema técnico, el sistema técnico obtiene gradualmente los recursos necesarios y proporciona las funciones requeridas por sí solo. Los sistemas técnicos seguirán mejorándose y reduciendo la participación humana, mejorando así la eficiencia de los sistemas técnicos.
Tomemos el transporte como ejemplo. La fuente original de energía para los automóviles eran los humanos o los animales (como los carruajes tirados por caballos y los carros de bueyes). Después del nacimiento de la máquina de vapor y del motor de combustión interna, ya sea un vehículo de dos ruedas, un vehículo de tres ruedas, un vehículo de cuatro ruedas o un vehículo de varias ruedas, tiene su propia fuente de energía, evolucionando a partir de la energía externa previa para generar su propia energía.
Lo mismo ocurre con el módulo "Control". La velocidad y dirección de un velero las logra el marinero controlando las velas y el timón; el conductor controla el volante, el acelerador, la transmisión y los frenos. En los últimos años, la conducción autónoma ha madurado y han entrado en funcionamiento sistemas tecnológicamente avanzados, lo que significa que el control del coche pasa al propio sistema del vehículo, especialmente a la inteligencia artificial.
2. La ley de conducción de la energía:
Condiciones necesarias para que los sistemas técnicos realicen sus funciones: La energía debe poder fluir desde la fuente de energía hasta los distintos componentes del sistema técnico. . Si un componente no recibe energía, no puede funcionar, lo que afecta a la funcionalidad general del sistema técnico. Por ejemplo, si una ficha de dominó no se cae, la que está detrás sólo puede mantenerse en pie. La evolución de los sistemas tecnológicos debe dirigirse a acortar las rutas de flujo de energía para reducir las pérdidas de energía. Hay tres formas de reducir la pérdida de energía:
1. Acortar la ruta de transmisión de energía y reducir la pérdida de energía durante el proceso de transmisión. Picadora de carne de manivela en lugar de cuchillo de cocina: el movimiento giratorio de la hoja reemplaza el movimiento vertical del cuchillo, acortando la ruta de transmisión de energía, reduciendo la pérdida de energía y mejorando la eficiencia.
2. Para reducir la conversión de formas de energía, lo mejor es utilizar un tipo de energía (o campo) durante todo el proceso de trabajo del sistema para reducir la pérdida de energía provocada por la conversión de formas de energía. . Desde su nacimiento hace más de 200 años, los trenes han pasado por tres etapas en términos de potencia. Cada evolución supone una reducción en el número de conversiones de formas de energía.
3. Si los componentes del sistema se pueden reemplazar, reemplace las áreas que sean difíciles de controlar con áreas que sean fáciles de controlar. Dificultad de control (de difícil a fácil): Campo mecánico - Campo sonoro - Campo térmico - Campo químico - Campo eléctrico - Campo magnético / Campo electromagnético El control de las luces y puertas comunes en la vida está experimentando estos cambios. Interruptor de luz: Control mecánico: utilice un botón manual o un cordón. Control electromagnético: utilice el mando a distancia. Interruptor de puerta: Control mecánico: abre y cierra la puerta manualmente. Control electromagnético: use el control remoto o use la aplicación en su teléfono.
3. Ley de Coordinación:
Todas las partes del sistema técnico deben adaptarse y coincidir para garantizar la vitalidad del sistema. La evolución de los sistemas técnicos va hacia una mayor coordinación entre los subsistemas del sistema general; hacia una mayor coordinación con el supersistema. Al igual que el sistema del cuerpo humano, varios sistemas y órganos (sistema digestivo, sistema nervioso, sistema endocrino, sistema urinario, sistema digestivo, etc.) deben coordinarse entre sí, la coordinación de varias partes de los huesos y músculos también debe coordinarse; mantenerse, de lo contrario el cuerpo humano no puede mantener el metabolismo y la función motora normales.
La coordinación de sistemas técnicos se manifiesta en cuatro aspectos:
1. Coordinación estructural
2. Coordinación de frecuencias
3. > 4. Coordinación material
1. Coordinación estructural:
La estructura de un sistema (incluidos los subsistemas y supersistemas) incluye: forma de la superficie y estructura interna. Por lo tanto, la coordinación de la estructura se refleja en:
(1) Coordinación de la apariencia
(2) Coordinación de la forma de la superficie
(3) Coordinación de las formas geométricas forma
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(4) Coordinación de la estructura interna
2. Coordinación de ritmo o frecuencia
En un sistema técnico, si es un componente o El subsistema está estrechamente relacionado con otras partes del sistema. Sin consistencia en el ritmo o la frecuencia, pueden ocurrir problemas o mal funcionamiento en el sistema. Por ejemplo, cuando un automóvil circula por un terreno accidentado y húmedo, si las ruedas se atascan en un foso de rocas y no pueden moverse, y el conductor presiona el acelerador con demasiada fuerza, el ritmo de rotación del cubo de la rueda será inconsistente con la rotación. frecuencia del motor y del eje de transmisión, lo que puede provocar un mal funcionamiento del eje de transmisión. Problemas graves como roturas o daños en la caja de cambios.
Otro ejemplo es el intermitente de un coche. En la actualidad, los faros de los coches de alta gama girarán con la dirección y el ángulo del volante, es decir, el ritmo de los dos es constante. La ventaja de esto es que los objetos delante del coche se pueden ver a tiempo. . Si se trata de un faro convencional que no puede girar, cuando la rueda delantera haya girado, el faro seguirá brillando en la otra dirección.
3. Coordinación de parámetros de desempeño
Es fácil entender que los parámetros de desempeño de diferentes componentes o subsistemas de un sistema técnico deben estar coordinados. También debería existir coordinación entre los diferentes parámetros de desempeño de los propios componentes o subsistemas. Por ejemplo, el equilibrio entre peso y potencia en una raqueta de tenis. Una raqueta más ligera es más flexible y una raqueta más pesada puede producir más potencia de swing, por lo que es necesario considerar la coordinación de ambos parámetros de rendimiento. Los diseñadores redujeron el peso total de la raqueta para mejorar la flexibilidad, al tiempo que aumentaron el peso de la cabeza de la raqueta para garantizar la potencia del swing.
4. Coordinación de materiales
Algunos pacientes con enfermedades cardíacas graves requieren un trasplante de corazón para sobrevivir. Con el desarrollo de la tecnología, las soluciones de corazones artificiales están cada vez más maduras. El trasplante de corazón consiste en instalar un órgano del mismo material en el cuerpo humano; como sistema técnico complejo, el corazón artificial debe estar compuesto de materiales metálicos y biológicos resistentes a la corrosión y anticoagulantes. Aunque el material es diferente del cuerpo humano, aún se puede coordinar.
Cuarto, perfeccionar la ley ideal:
Cualquier sistema técnico, durante su ciclo de vida, evoluciona en la dirección de mejorar la idealidad del sistema más ideal y mejorar las leyes de la idealidad. representan la dirección última de las leyes de evolución de todos los sistemas técnicos. La idealización es la principal fuerza impulsora detrás de la evolución del sistema.
El sistema técnico más ideal debería ser aquel que no tenga entidades físicas y no consuma ningún recurso, pero que pueda realizar todas las funciones necesarias, es decir, las entidades físicas tienden a cero y las funciones son ilimitadas. En definitiva, "todas las funciones están disponibles y la estructura desaparece".
Según esta afirmación, tal sistema ideal no existe ni puede crearse, pero es la dirección de la evolución de los sistemas tecnológicos. Formas de mejorar la regla de idealidad:
(1) Ruta de simplificación:
Propósito: Reducir el costo tanto como sea posible asegurando su función. Simplifique el sistema al máximo: cuando el sistema técnico evolucione hasta el límite, el subsistema que implementa una determinada función se separará del sistema y se transferirá al supersistema. Como parte del súper sistema, se mejorarán y mejorarán las funciones de los subsistemas y se simplificarán los sistemas técnicos originales.
(2) Ruta de expansión-simplificación:
Propósito: En la etapa inicial de evolución del sistema, agregar nuevos componentes para proporcionar nuevas funciones. Después de obtener resultados satisfactorios, el sistema se simplifica para reducir. costos. Esta línea evolutiva es la principal tendencia en la evolución de cualquier sistema durante un largo período de tiempo.
5. Reglas de evolución desequilibrada de los subsistemas:
Los subsistemas contenidos en cualquier sistema técnico no están equilibrados de forma sincrónica. Cada subsistema se desarrolla a lo largo de su propia curva S. Esta evolución desequilibrada a menudo conduce a conflictos entre subsistemas, y resolver los conflictos conducirá a una evolución revolucionaria de todo el sistema. La velocidad de evolución de todo el sistema depende del subsistema más lento del sistema, que es la "ley de Konikin". Mejorar el subsistema de evolución más lenta puede mejorar el rendimiento de todo el sistema.
En los sistemas de vehículos eléctricos, la velocidad y eficiencia de los motores ya están muy maduras, pero el almacenamiento de energía y la velocidad de carga de las baterías de litio aún están en proceso de desarrollo. Se puede pensar en la tecnología de baterías como un "lastre" para la evolución general del sistema y la cuota de mercado de los vehículos eléctricos (número de vehículos eléctricos/número total de vehículos). Utilizando las leyes de evolución del sistema en desequilibrio, se pueden descubrir a tiempo subsistemas no ideales en el sistema técnico. Mejorar dichos subsistemas de manera oportuna o reemplazarlos con subsistemas avanzados para mejorar el sistema al mínimo costo.
6. Leyes de evolución a supersistemas:
La evolución de los sistemas técnicos se está desarrollando desde un sistema único a un sistema dual y a sistemas múltiples. Los recursos disponibles del sistema actual se agotan gradualmente y se necesitan nuevos recursos para respaldar el desarrollo continuo del sistema. Esto requiere la introducción de nuevos subsistemas para mejorar funciones o reducir costos. Sistema único → sistema dual → evolución multisistema, que incluye: 1. Rutas evolutivas simples, dobles y múltiples con componentes similares.
2. Rutas evolutivas únicas, dobles y múltiples de diferentes componentes
7. La ley de la evolución a sistemas microscópicos
La evolución de los sistemas técnicos es a lo largo de la El camino de reducción de sus piezas originales se desarrolla en la dirección del tamaño, es decir, la pieza original evoluciona desde su tamaño inicial hasta el tamaño de átomos y partículas elementales siendo más capaz de realizar la misma función. Evolucionar al nivel micro puede hacer que el sistema sea más pequeño y reducir la ocupación de recursos espaciales. La transición al nivel microscópico facilita la coordinación de las interacciones de los distintos componentes del sistema, permitiendo establecer un sistema dinámicamente controlable.
8. Método Dinámico
La evolución de los sistemas técnicos debe dirigirse hacia el aumento de la flexibilidad estructural, la movilidad y la controlabilidad. Propósito: Adaptarse a diversos entornos o condiciones de trabajo, ajustar los componentes del sistema para lograr condiciones de trabajo óptimas y ajustar los parámetros del sistema para que coincidan con mayor precisión con los parámetros ambientales cambiantes. (A) Mejora de la flexibilidad estructural: ruta evolutiva: rígido-bisagra única-múltiples bisagras-flexible-líquido/gas-campo.
(B) Incrementar la movilidad: Ruta de evolución: inmóvil - parcialmente móvil - enteramente móvil.
(3) Mejorar la controlabilidad: Ruta evolutiva: control directo-control indirecto-control de retroalimentación-control automático.
La dirección y ruta evolutiva de un sistema técnico puede verse afectada por múltiples leyes al mismo tiempo. Es decir, cuando analizamos y predecimos la tendencia de los sistemas técnicos, podemos combinar varias leyes. Tomemos como ejemplo el desarrollo de los automóviles:
1. Ley de conducción de energía:
Cuando el motor de combustión interna (gasolina y diésel, etc.) tiene energía limitada, la pérdida de energía es grande, es decir, la tasa de conversión de energía no es alta porque en el proceso de convertir energía química en energía mecánica, una proporción considerable de la energía se disipa en forma de energía térmica. La eficiencia de conversión de energía de la electricidad es significativamente mayor que la de los motores de combustión interna. Sumado a consideraciones de protección ambiental, los vehículos propulsados por motores de combustión interna evolucionarán hacia vehículos eléctricos.
2. Evolución a un supersistema:
Con el desarrollo del Internet de los Vehículos, el coche se ha ido convirtiendo paulatinamente en un "ordenador" móvil. La información y los datos sobre los vehículos y las condiciones de las carreteras pueden transmitirse de manera oportuna a instituciones no relacionadas con el tráfico, como fabricantes de automóviles, agencias de gestión del tráfico y proveedores de servicios de mapas; a la inversa, la información de estas instituciones también puede transmitirse a los automóviles y a los conductores en cualquier lugar; tiempo. En este punto, el automóvil pasa a formar parte de una red más grande, un subsistema dentro de un supersistema.
3. Ley dinámica:
Desde la perspectiva de la controlabilidad, los coches seguirán evolucionando hacia vehículos autónomos e incluso inteligentes. Tomemos como ejemplo el aire acondicionado. En el futuro, los automóviles encenderán automáticamente el aire acondicionado, enfriarán o calentarán según la temperatura dentro y fuera del automóvil y harán evolucionar el aire dentro del automóvil sin esperar la operación remota por parte de las personas en el automóvil.