Структурный анализ систем

Рис. 5.1. Обнаружение затонувшего объекта

Преобразование поля

Необходимо обнаружить вещество В_1. Для этого к нему присоединяют вещество В₂, на которое воздействуют полем П₁и вещество В₂ преобразует его в поле П₂. Преобразование поля описано веполем (3.9).

Примечание. Следует отметить, что если объект измерения В₁ отзывчив на имеющееся в нашем распоряжении поле П₁ и может адекватно реагировать на это поле (генерировать ответное поле П₂), то нет необходимости добавлять другое вещество В₂.

Пример 3.6. Измерение температуры

Градусник можно представить веполем (3.9).

В₁ — объект, температуру которого нужно измерить;

В₂ — градусник, «переводящий» температуру (тепловое поле П₁ или П_тем) в некоторый сигнал (поле П₂), например, электрический сигнал П_эл или оптический П_опт — столб ртути, на который мы смотрим.

Схема (3.9) в данном примере может быть уточнена. Объект, температуру которого нужно измерить В_1, генерирует поле (тепловое поле) П_1, воздействующее на вещество В₂ (градусник), показывающий температуру П_2. (3.10)

Схемой (3.9) можно представить любой датчик (сенсор), например, для измерения: давления, скорости, перемещения, положения, натяжения, расхода, влажности, уровня, радиоактивности и т. д.

Видоизменение поля

Необходимо обнаружить вещество В_1. Для этого к нему присоединяют вещество В₂, на которое воздействуют полем П^», и вещество В₂ видоизменяет его в поле П^»»_. Видоизменение поля описано веполем (3.11). Поля П^» и П^»» одной и той же природы, они, например, могут отличаться количественно, но могут быть и друге характеристики, например полярность, фаза, цвет и т. д.

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 правиловепольного 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;