Методологические основы системного проектирования материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Сорокин Дмитрий Сергеевич,

Гарькина Ирина Александровна

Определяются методологические принципы разработки композиционных материалов с позиций системного анализа. Материал рассматривается как сложная система с иерархической структурой, что позволяет использовать методы векторной оптимизации свойств (критериальное пространство) композиционного материала.

Ключевые слова: векторная оптимизация, композиционные материалы, методика синтеза, системные атрибуты, сложные системы

Известно [1…3], в сложных системах связь между подсистемами строится по иерархическому принципу. Предусматривается подчиненность системы надсистеме и подсистемы системе; в структуре системы предусматривается иерархия ее подсистем. Цели элементов нижнего уровня подчиняются целям более высокого уровня. Вся сложная иерархическая система функционирует как единое целое.

Иерархическое строение имеет место также для отношений и связей в системе. Для любой системы и они могут быть разложены на более элементарные. На их основе формируется система более низкого уровня. В результате система выступает как сложное, иерархическое образование (структурированные системы), в котором выделяются различные уровни, разные типы взаимосвязей между различными уровнями. Как элемент иерархии, в частности, можно рассматривать ковалентные, Ван-дер-Ваальсовские, ионные, металлические связи. Существуют, правда, сетчатые системы (неиерархические, неструктурированные), в которых каждый элемент или подсистема связаны с другими элементами системы сложными обратными связями, сильно влияющими друг на друга.

Рассмотрим, как можно такой подход использовать при разработке композиционных материалов, если их рассматривать как сложные системы (рис.1.2), для которых совокупность элементов является целостной (система - единое целое, состоящее из взаимодействующих или взаимосвязанных элементов, часто разнокачественных, но совместимых). Под целостностью понимается внутреннее единство и принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств, составляющих ее элементов.

* Свойства системы как целого определяются свойствами его отдельных элементов и свойствами структуры.

** Определяется наличием существенных связей (отношений) между элементами системы.

*** Возникает при наличии закономерных устойчивых связей и/или отношений.

Рис. 1 Характерные признаки системы

Не всякие отношения придают множеству элементов целостность; выделяются специальные отношения - системообразующие или интегративные. Они присущи системе в целом, но не присущи ее элементам в отдельности. Интегративное свойство системы обуславливает тот факт, что свойство системы, несмотря на зависимость от свойств элементов, не определяется ими полностью. Из этого следует, что простая совокупность элементов и связей между ними еще не система, и поэтому, расчленяя систему на отдельные части (элементы) и изучая каждую из них в отдельности, нельзя познать все свойства нормально (хорошо) организованной системы в целом. Интегративное свойство (качество) - это то, новое, которое формируется при согласованном взаимодействии объединенных в структуру элементов и которым элементы до этого не обладали. В частности, интегративным свойством является смачиваемость дисперсных фаз вяжущим веществом и управление этим процессом.

Рис. 2 Строительный материал как система

Только в составе системы отдельно взятые элементы вместе со всей совокупностью элементов приобретают интегративное системное качество, которым они не обладали вне системы. Система сохраняется, если интегративные параметры находятся в некоторых допустимых пределах (гомеостазис системы).

Системообразующие связи и отношения являются главными среди любых связей и отношений. Именно они выражают целостные интегративные свойства системы (являются внутренними для данной системы), определяют ее специфику. Так, отсутствие адгезионных взаимодействий превращает строительный материал в смесь компонентов.

Обмен информацией, энергией и веществом между элементами системы и между системой и окружающей средой осуществляется при помощи связи, представляющей физический канал. Так, зерновой материал связан силами аутогезии (взаимодействие при точечных контактах между зернами).

Свойства композиционного материала в значительной степени определяются пространственным расположением контактов и энергией взаимодействия между компонентами (адгезия) и самих компонентов (когезия). Свойства элементов, связанные с процессами сохранения и развития целостности (существование системы) можно рассматривать как организацию системы. Она возникает при наличии закономерных устойчивых связей или/и отношений; связана с упорядоченностью и согласованностью функционирования автономных частей системы и проявляется, прежде всего, в снижении их энтропии по сравнению с энтропией системоформирующих факторов; проявляется в структурных особенностях системы, сложности, способности сохранения системы и ее развития. Чем выше степень организованности, тем выше негэнтропия системы и ниже ее энтропия. Структура системы определяется при формировании межэлементных связей. Различные комбинации элементов и их связей определяют различные структуры.

При формировании межэлементных связей некоторые свойства подавляются, а другие усиливаются и приобретают более отчетливое выражение. Однако степень подавления системообразующих (системозначимых) свойств элементов, как правило, бывает частичной, не полной, поэтому при формировании системы возникают не только полезные функции, положительно влияющие на функционирование системы и обеспечивающие сохранение системой её качественной особенности, но и функции, негативно влияющие на ее функционирование. Как видим, основной системной характеристикой является также совместимость на элементном уровне. Известно, что внешнее воздействие разрушает систему, если его сила (мощность) становится больше силы (мощности) внутренних связей системы. Из-за дезорганизующих внешних воздействий происходит возрастание энтропии системы. Снижение энтропии системы до нулевого значения означает полную «заорганизованность» системы и приводит к негативному результату (вырождению системы), так же как и ее чрезмерное возрастание (сравни: тоталитаризм и анархия). Так, особо качественный бетон - заорганизованная система, а стекло - система с недостаточной организацией. строительный композиционный материал системный

Системный подход и системное мышление базируются на целостном видении объектов, явлений и процессов. При системном подходе к синтезу композиционных материалов даже с преобладанием фактора интуиции могут использоваться методы как дедуктивного (сначала определяются системные проблемы, а затем находятся решения этих проблем), так и индуктивного (сначала находится новая идея - «прорывное» решение, а затем это решение применяется для решения возникшей проблемы) мышления.

В связи с этим применение системного подхода к исследованию строительных материалов, как сложных систем, можно считать своевременным и актуальным; подход использовался при разработке материалов специального назначения [4…8].

Библиографический список

1. Баженов Ю.М., Гарькина И.А., Данилов А.М., Королев Е.В. Системный анализ в строительном материаловедении: монография. М.: МГСУ: Библиотека научных разработок и проектов.2 012. 432 с.

2. Данилов А.М., Гарькина И.А. Сложные системы: идентификация, синтез, управление: монография. Пенза: ПГУАС, 2011. 308 с.

3. A.Danilov, I. Garkina. Systems approach to the modeling and synthesis of building materials / Contemporary Engineering Sciences. Vol. 8. 2015. no. 5. P.219-225. http:// dx.doi.org/10.12988/ces.2015.517

4. I.Garkina. Modeling of kinetic processes in composite materials / Contemporary Engineering Sciences.Vol. 8. 2015. no. 10. P. 421-425. http://dx.doi.org/10.12988 /ces. 2015. 5258.

5. Данилов А.М., Гарькина И.А., Сорокин Д.С. Гомеостатическая концепция моделирования систем в строительном материаловедении / Региональная архитектура и строительство. 2014. № 4. С. 24-30.

6. Гарькина И.А., Данилов А.М., Петренко В.О. Разработка материалов специального назначения: методологические принципы, моделирование / Альманах современной науки и образования. 2014.№ 2 (81). С. 32-34.

7. Гарькина И.А., Данилов А.М., Прошин И.А. Опыт разработки материалов с позиций системного анализа / XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2013. № 12 (16). С. 219-225.

8. Гарькина И.А., Данилов А.М., Петренко В.О. Из опыта разработки материалов специального назначения / Современные проблемы науки и образования. 2014. № 5. С. 235.

Размещено на Allbest.ru