Закони розвитку технічних систем

1. Семінар №3 на тему: ”Закони розвитку технічних систем”

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ I НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМЕНІ ІГОРЯ
СІКОРСЬКОГО»
ФАКУЛЬТЕТ БІОМЕДИЧНОЇ ІНЖЕНЕРІЇ
КАФЕДРА БІОМЕДИЧНОЇ КІБЕРНЕТИКИ
Дисципліна: “Теорія вирішення винахідницьких задач.”
Семінар №3 на тему:
”Закони розвитку технічних систем”
Виконали
студенти ФБМІ гр. БС-41
Конюх Анастасія
Тимошенко Юлія
Федоренко Руслан

2. Мета та задачі семінару

2
Мета: ознайомитися з законами розвитку
технічних систем.
Задачі:
використовуючи
закони
статики
проаналізувати технічну чи інформаційну
систему.
використовуючи закони кінематики
проаналізувати технічну чи інформаційну
систему.
використовуючи
закони
динаміки
проаналізувати технічну чи інформаційну
систему.

3. Закони статики

1. Закон повноти частин.
Необхідною
умовою
принципової
життєздатності технічної системи є наявність і
мінімальна працездатність основних частин
системи.
2. Закон енергетичної провідності системи.
Необхідною
умовою
принципової
життєздатності технічної системи є наскрізний
прохід енергії по всім частинам системи.
3. Закон узгодження ритміки частин системи.
Необхідною
умовою
принципової
життєздатності
технічної
системи
є
узгодження ритміки (частоти коливань,
періодичності) всіх частин системи.
3

4. Ручний портативний апарат штучного дихання

Призначений для проведення в польових умовах
короткочасного штучного дихання з активним
вдихом і пасивним видихом. Експлуатація апарата
допускається у всіх кліматичних районах.
Функції
штучна вентиляція легенів повітрям;
штучна вентиляція легенів в зараженій атмосфері
з застосуванням протигазної коробки;
штучна вентиляція легенів з підключенням
апарату до маски протигаза;
штучна вентиляція легень киснево-повітряною
сумішами;
штучна вентиляція легенів повітрянонаркотичними сумішами.
4

5. Закон повноти частин

Орган управління-вентиль для
включення і регулювання аспірації
рідини(4),кнопка
вмикання
дихального апарату(6)
Трансмісія-перехідник(8),
аспіраторний
стакан(10),
катетер(11)
Двигун-кислородний
балон
с
запорним вентилем(1), дихальний
автомат(5), дихальний мішок
Робочий
органредуктор
с
манометром(2) , регулятор частоти
дихання(3),
зволожувачконденсатор(7), маска(9).
5

6. Закон енергетичної провідності системи

6
В даному апараті, енергією можна назвати вдихаєме і видихаєме
повітря паціента, яке проходить по всім частям системи.
Принцип роботи апарата:
При стисненні руками в дихальному мішку створюється
надлишковий тиск, під дією якого мембрана притискається до
сідла, закриваючи вихід в атмосферу. Пелюстковий клапан
клапанної коробки відкривається, пропускаючи повітря з мішка в
маску і далі через воздуховод – в легені хворого. По закінченні
стиснення дихальний мішок, володіє пружністю, розподіляється, в
ньому створюється розрідження, під дією перепаду тиску
мембрана відходить від сідла. Завдяки тиску, створеному в
легенях пацієнта, мембрана відкривається і видихається хворим
повітря виходить в атмосферу через канали клапанної коробки.
При цьому одночасно під дією атмосферного тиску відкривається
всмоктуючий клапан, який забезпечує надходження в дихальний
мішок нової порції повітря до повного розправлення мішка.

7. Закон узгодження ритміки частин системи.

Ритміка
всіх
частин
являеться
узгодженою.
Апарат
забезпечує
вдування
максимального об'єму повітря не менше
1500 мл (1,5 л) за один цикл. Цикл
повторюється: опір вдиху не більше 10 мм
вод. ст. В нижній частині дихального
мішку розташований запобіжний клапан,
що спрацьовує при тиску в ноьму більше
300 мм вод. ст. Тобто при вмиканні
запобіжного клапану весь пристрій
перестає функціунувати, що доводить
ритміка частин узгоджена.
7

8. Закони динаміки

1. Закон переходу з макрорівня на мікро- і
на нанорівень.
Розвиток частин системи відбувається
спочатку на макрорівні, потім на мікро-,
потім на нанорівні.
2. Закон збільшення ступеня вепольності.
Заміна
механічних
зв’язків
між
елементами системи на польові
(електричні, магнітні, …).
8

9. Кардіостимулятор

Розглянемо закон переходу з макрорівня на мікро- і
на нанорівень на прикладі кардіостимулятора.
Кардіостимулятор – це штучний стимулятор серця. Є
приладом, що призначений для електричної
стимуляції
серцевого
ритму.
Перший
кардіостимулятор був імплантований у 1958 році.
Кардіостимулятор останнього покоління вводиться
через катетер в паху і кріпиться до серця
маленькими зубцями, в той час як звичайні
кардіостимулятори
потребують
складного
хірургічного втручання із створенням “кишені” для
пристрою поряд із серцем.
Рис.2. Кардіостимулятор
останнього покоління
9

10. Закон переходу з макрорівня на мікро- і на нанорівень

Схема генератора електричних імпульсів перших
кардіостимуляторів була побудована на
напівпровідникових приладах (транзисторах),
які відносяться до категорії “макрорівня”.
Із розвитком мікроелектроніки стимулятори
почали
використовувати
інтегральні
мікросхеми, розміри яких лежать в діапазоні
мкм-мм.
Однак останні покоління стимуляторів побудовані
на базі компонентів наноелектроніки. Внаслідок
цього загальний розмір стимулятора зменшився
до розміру вітамінки.
10

11. Закон збільшення ступеня вепольності

Розглянемо на прикладі маніпулятора для вакуумних методів
обробки матеріалів.
У промисловості застосовуються вакуумні методи обробки
матеріалів. Виріб, який обробляється, розміщується
всередині вакуумної камери, з якої відсмоктується повітря.
Для обробки виріб необхідно переміщувати відносно
інструмента. Для цього ззовні вакуумної камери
розміщується електродвигун. Механічний рух передається
через вал, який обертається і проходить крізь стінку
вакуумної камери. Для збереження вакууму всередині
камери застосовують складні і ненадійні ущільнення.
Надійність системи можна підвищити, застосувавши
електромагнітну муфту. Одна половина муфти встановлена
ззовні камери, на валу двигуна, друга – всередині.
Механічного зв’язку між ними немає. Зв’язок здійснюється
через електромагнітне поле. Рух передається від
зовнішньої напівмуфти до внутрішньої без механічного
контакту. Зовнішня напівмуфта створює поле, а внутрішня
його сприймає і обертається разом із зовнішньою. Таким
чином рух передається без порушення герметичності
камери.
11