Структурный анализ систем

Веполем (3.11) можно представить, например, любые электрические измерения: напряжения, тока, мощности, частоты; измеритель информации и т. д.

Пример 3.7. Обнаружение пешехода

Для того чтобы в темное время суток обнаружить и не сбить пешехода (В₁), к его одежде, обуви или сумке прикрепляют светоотражающий материал (В₂). Свет фар (П») автомобиля отражается от этого материала (В₂), и шофер видит отраженный свет (П»»). Это можно представить веполем (3.12).

Где:

В₁ — пешеход;

В₂ — светоотражающий материал;

П«_опт — свет фар (оптическое поле);

П««_опт — отраженный свет (оптическое поле).

Пример 3.8. Бактерии определяют химикат

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали устройство, определяющее конкретный химикат.

В качестве индикатора использовали конкретные бактерии, которые при прикосновении с определенным химическим веществом светятся4.

В качестве живого материала использовали конкретные бактерии, расположенные в воде, находящейся в гидрогеле.

Поддержание жизнедеятельности бактерий осуществляется с помощью жидкой питательной среды, расположенной в гидрогеле5.

Устройство выполнено в виде перчаток или бандажа (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Устройство, определяющее химикат

3.3. Виды вепольных структур

Существуют следующие виды вепольных структур:

1. невепольная система (3.13), (3.14), (3.15);

2. вепольная система — простой веполь (3.16);

3. комплексный веполь:

— внутренний комплексный веполь (3.20), (2.21);

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

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

— комплексный веполь на измененной внешней среде (3.32), (3.33);

4. цепной веполь (3.36);

5. двойной веполь (3.40);

6. смешанный (3.43), (3.44).

Невепольная система

Система, состоящая из одного элемента: вещества В₁ или поля П₁, описанных схемой (3.13), или двух элементов: двух веществ В₁, В₂ (3.14); вещества В₁ и поля П₁ (3.15), называется невепольной или неполной вепольной системой.

Невепольные системы, как правило, неуправляемые или плохо управляемые.

Основное правило вепольного анализа

Невепольные системы для повышения управляемости необходимо сделать вепольными. Это правило можно условно представить в виде (3.16).

Задача 3.1. Снятие коры с древесины

Условия задачи

Обычно кору древесины отделяют механически в специальных корообдирочных барабанах или механическими инструментами, например топором. При этом повреждается и сама древесина.

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:

В₁ — древесина;

В₂ — кора.

Это не вепольная система ее необходимо достроить до вепольной. Достройка веполя заключается во ведении поля П₁, воздействующего только на кору в направлении ее отрыва от древесины. В вепольном анализе такое действие осуществляется через посредник, в данном случае через древесину В₁. Это показано вепольной схемой (3.18).

Необходимо подобрать поле П₁, 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 П₁ = 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 В₁ — 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 В₂ («радиожук»), которое генерирует поле П₁ (радиополе).

Веполь будет иметь вид (3.19).

Где:

В₁—объект слежения;

В₂ — «радиожук»;

П₁ — радиополе.

Дальнейшее повышение управляемости вепольных систем осуществляется 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, цепные и двойные. Рассмотрим эти структуры.

Комплексный веполь

Комплексный веполь — это веполь с дополнительным введенным веществом В₃, которое может присоединяться к В₁ или В₂, 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 В₃ присоединяется внутрь веществ В₁ (3.20) или В₂ (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).