Введение к работе
Актуальность темы исследований. Характерной чертой научно-технического прогресса является тенденция усложнения систем и устройств, а так же проникновение точных наук в общественные и описательные естественнонаучные дисциплины. В этой связи приходится решать проблемы оптимизации конструирования и функционирования, как технических, так и социально-экономических систем с прогнозируемым и предсказуемым поведением вдоль графа функционирования. Естественным допускающим, как индуктивный, так и дедуктивный подходы, инструментом для решения встающих здесь задач служит модульный принцип конструирования таких систем.
Естественность модульного принципа можно, например, определить, исходя из микроуровневого устройства живых организмов, от простейших до самых сложных и это устройство послужило основой при создании сложных технических систем с гарантированной надежностью, устойчивостью функционирования и безопасностью. Характерной чертой модульного принципа является ее междисциплинарность, позволяющая объединить модульно устроенные системы из различных областей человеческого знания сфер использования. Часто, именно модульный принцип позволяет найти простое, оптимальное и экономически выгодное решение той или иной проблемы.
Естественным для понимания устройства, функционирования и эволюции систем живой природы, геологических объектов, творений технического прогресса, систем порожденных социально-экономическими и политическими отношениями (развития, совершенствования) является процесс познания, направленный от простого к сложному, от частного к общему (индуктивное познание). При этом общим является подход к описаний предмета (объекта) изучения подразумевающий его способность быть разложенным на составляющие элементы (модули) по тем или иным признакам, свойствам. Сказанное выше относится в основном к природным объектам, однако, создание фантомов наделенных теми или иными свойствами модулей природных систем весьма полезно в человеческой практике.
В человеческой деятельности при создании сложных систем необходима разработка составляющих блоков (модулей) обладающих требуемыми свойствами и наделенных необходимыми функциями; составленных из этих разработанных модулей проектируемого объекта.
В природных системах функционирование всех модулей сбалансировано, а структура бывает удивительно экономична, оптимальна
(природа избавляется от лишнего). В этой связи использование опыта, т копленного в процессе эволюции окружающего мира, трудно переоце нить. Современные открытия, сделанные в области науки о живом на миь ро уровне, легли в основу многих сложных, ответственных технически решений, в электронной промышленности, среднем машиностроении и т.;
Возможна и другая довольно часто встречающаяся ситуация. ] условиях общего технического прогресса, имеется целый "парк" разрабс тайных в свое время для каких либо нужд модулей, особенно эго касаетс многофункциональных модулей (например, микросхем), возможно "втс ричное" использование этих модулей при разработке и синтезе новых обі ектов, причем часть функций модуля может быть не востребована. Во: можность такого вторичного модульного рынка сейчас широко использ) ется. И такое свойство модульного конструирования является неоспорі мым, громадным преимуществом перед консервативными, монолитным проектами.
Гибкость модульного проектирования позволяет подчас просто перегруппировкой (перестановкой) модулей получить систему с качест венно иной генеральной функцией, не говоря о других менее сильных пр{ образованиях.
Трудность выработки общей теории (фундаментальной части) мс дульного подхода к синтез анализу систем и объектов окружающего мир определяется, прежде всего, различными условиями и весьма далеким областями их приложения, что приводит естественно к многообразию вь рабатываемых критериев, которым должны отвечать функциональные с( ставляющие этих синтетических (синтезированных) объектов и систеи Однако, соблюдая элементарную логику, при вполне обоснованном пр< стом разделении объектов исследования на несколько классов, каждый \ которых в свою очередь допускает весьма глубокое разбиение на подклаї сы различных уровней подчинения возможно определение принципов стратегических рекомендаций по проектированию и созданию, как сами систем, так и формирующих эти системы модулей. Задача модульної синтеза систем с нелинейными, нестационарными параметрами или с прі ближенно известной линейной составляющей, в общем случае до сих по эффективного решения не имеет.
Целью диссертации является разработка основ модульног проектирования и их применение в конкретных технических задачах, из; чении природных явлений и социально-экономических системах.
Бурное раЗВИТИе ВЫЧИСЛИТеЛЬНОЙ ТеХНИКИ ПОЗВОЛЯеТ реШИТЬ В(
общие и содержательные задачи, однако этот процесс одновременно ш рождает и ставит задачи более высокого порядка сложности, расширяете перечень и информационная емкость управляемых объектов. Повышаютс
ребования к качеству разрабатываемых управляющих систем. Одним из ффективных подходов решения этих задач и является модульный синтез-нализ, отвечающий условиям практического моделирования. Гибкость юдульной структуры, ее мобильность особенно важны для систем и объ-ктов с характеристиками и параметрами, темп изменения которых соиз-іерим со скоростью изменения целевого задания.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: Формализация и создание математической идеализации, если это, возможно, то на языке математического анализа, дифференциаль- ных уравнений и дискретной математики. Определение области допустимых состояний объекта (фаз), так называемого "фазового перехода". Задание совокупности процессов-воздействий. Требование выполнения выбранного критерия оптимальности процессов функционирования системы, с точностью до процессов мало влияющих на решение задачи.
Организация механизма ликвидирующего рассогласование параметров и процессов в системе, формирующего управляющее воздействие на объект, его развитие с допустимыми значениями функции, отклонения, а так же обеспечивающего ослабление и локализацию возмущений, отклоняющих реальные процессы от желаемого.
Содержание этих этапов должно определяться решаемой полити-еской, социально-экономической или технической задачей. Является аманчивым и многообещающим умение там, где возможно (медленное зменение во времени, малое влияние неточно заданных параметров) приліпить динамические свойства исследуемой нелинейной системы дина-іическими свойствами линейных стационарных систем. [аучпая новизна и практическая ценность работы состоит в том, что ыли решены следующие задачи:
. Впервые разработан модульный ветроагрегат с гидравлической передачей для обратноосмотического опреснения и стерилизации питьевой воды в полевых условиях.
На основе модульного принципа разработана и обоснована конструкция испарительного агрегата для обезвоживания экологически опасных промышленных стоков за счет сушки (тепломассообмена при обдуве потоком воздуха). При этом используется нетрадиционный источник энергии - низкопотенциальное тепло воздуха, отсасываемого, например, из горячих цехов предприятий. . Математическое моделирование модульного блока центробежной вакуумной дистилляции с тепловым насосом, обоснование оптимальной
тепловой схемы дистиллятора и экспериментальная проверка ее характеристик.
-
Рассмотрены устойчивые высокоэффективные макро- и микросистемы, являющиеся продуктом природной или искусственной оптимизации энергопреобразования за счет появления или введения модулей, концентрирующих электрические поля и потоки заряженных частиц в некоторых пространственных и энергетических каналах. Параллельно действующие, либо каскадно-соединенные модули в системе оптимизированы так, что полезные выходные свойства отдельных модулей не подавляют, а усиливают друг друга при минимальных потерях. При этом природные макросистемы обеспечивают устойчивый сбор и утилизацию рассеянной энергии, а низко диссипативные наноэлектрон-ные структуры могут с максимальной скоростью перерабатывать электрическую энергию в сигналы связи и управления.
-
В рамках предлагаемого модульного подхода к явлениям природы предлагается теория описывающая природу шаровой молнии и огней св. Эльма.
-
Исследованы процессы развития социальных модулей при помощи аппарата дифференциальных уравнений, опираясь на теорию цикличности в экономическом развитии и модульный подход к исследованиям социальных явлений. Данная методология достаточно работоспособна и может применяться для анализа социогенеза и прогнозирования системы государственного управления.
-
Проведен системный модульный анализ потенциала организационных структур на примере республики Тува, с целью оптимизации их работы.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на XXI Workshop on Compound Semiconductor Devices and integrated Circuits (WOCSDICE-97) Netherlands, Международной конференции "Физики и технологии-97, Санкт-Петербург, The XIIі International Conference on the Electronic Properties of 2D-Systems (EP2DS-12) Tokyo 1997, на Международной конференции ТИС для оптимизации природопользования в целях устойчивого развития территорий", Барнаул 1998г., на Третьем Сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (INPRIM-98), на семинаре кафедры Техники и электрофизики высоких напряжений Московского энергетического института 1999г., на семинаре кафедры "Теплотехники" Киевского технического университета "Киевский политехнический институт" 1999г., на семинаре Международной кафедры ЮНЕСКО НГУ И СО РАН "Устойчивое развитие. Науки об
окружающей среде и социальные проблемы", на семинаре кафедры "прикладной математики" Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета, на семинаре кафедры, "теплоэнергетики" Новосибирского государственного технического университета.
Публикации. По теме диссертации выполнено 48 печатных работ, в том числе 2 монографии, получено 9 патентов и авторских свидетельств (СССР, Болгария, Франция, США).
