Методологические основы системного проектирования материалов
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 ее 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.
Похожие статьи
-
Физико-механические основы получения изделий из строительных материалов - Строительные материалы
Удельное значение в народном хозяйстве нашей страны строительных материалов и изделий по объему производства и стоимости велико; потребление их с каждым...
-
Требования предъявляемые к материалам - Проектирование детской игровой площадки
Кроме технологических аспектов применения различных материалов при проектировании детских игровых площадок, необходимо учитывать и потребительские...
-
Расчет потребности в строительных материалах осуществляется на основании норм расхода материалов на единичный объем работ, представленных в сборниках...
-
Рассмотрены теплоизоляционные и звукоизоляционные материалы на основе жидкого стекла, вспенивание в которых происходит за счет химических реакций. В...
-
Общественные здания и их комплексы - это искусственная среда, в которой протекают один или несколько взаимно связанных процессов общественной...
-
Расчет потребности в сырьевых материалах представлен в таблице 6. Таблица - Потребность в сырье Наименование передела Расход в Год Сутки Смена Час...
-
Формирование системной организации в строительстве
Системная организация предполагает формирование научного строительного комплекса, обеспечивающего конкурентоспособность строителей не только в России, но...
-
Пеностекло: основы производства и область применения - Строительные материалы
Пеностекло (ячеистое стекло, вспененное стекло) - это высокопористый ячеистый неорганический теплоизоляционный материал, получаемый спеканием...
-
Основным гигиеническим требованием к отделке помещений является доступность для систематической влажной уборки и отсутствие мест скопления пыли. Стены и...
-
Основы производства керамических материалов - Керамические строительные материалы
Основным сырьевым компонентом керамических строительных материалов является Глина - осадочная горная порода, состоящая из природных водных алюмосиликатов...
-
Разработка курсового проекта начинается с компоновочных работ, включающих в себя: План здания с разбивкой сетки колонн (схематический продольный и...
-
Строго говоря, разделение теплоизоляционных материалов на органические и неорганические весьма условно. Между тем, для удобства изложения сути вопроса о...
-
Пластмассами называют обширную группу органических материалов, основу которых составляют искусственные или природные высокомолекулярные соединения -...
-
История стиля минимализм Стремясь к простоте и гладкости форм, художники, архитекторы и дизайнеры США в первой половине 60-х годов ХХ века создали...
-
Введение - Композиционные материалы
Композиционный материал - неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы,...
-
Рекомендуемая высота насыпи по условиям снегонезаносимости для Борисовского района (hСн5%=60 см): В данном проекте необходим пропуск воды под дорогой в...
-
Долговечность - комплексное свойство, количественно выражаемое продолжительностью эффективного сопротивления материала всему комплексу воздействий в...
-
Защита древесины от возгорания Сделать древесину негорючей в современных условиях возможно, но неэкономично, поэтому в строительстве ограничиваются...
-
Прогоны - Проектирование зданий с несущими и ограждающими конструкциями на основе древесины
Прогоны воспринимают нагрузки от настилов и передают их на верхние кромки несущих конструкций. Прогоны укладывают вдоль ската шагом 1,5 м. Прогоны...
-
Свойства, строение и состав строительных материалов - Строительные материалы
Свойства строительного материала определяются его структурой. Для получения материала заданных свойств следует создать его внутреннюю структуру,...
-
Несущая способность сваи по материалу на сжатие для железобетонных свай определяется по формуле: ; , коэффициент, учитывающий условия загружения. Для...
-
Ведомость потребности в строительных конструкциях, изделиях, полуфабрикатах, основных материалах. № п. п. Наименование Единицы измерения Показатель 1....
-
Ригель армируется плоскими сварными каркасами. При этом, для удобства и из методических соображений, необходимо учитывать следующее: - в пролетных...
-
Битумные и дегтевые вяжущие и материалы на их основе
Битумные и дегтевые вяжущие применяются для изготовления кровельных, гидроизоляционных и пароизоляционных материалов, дорожных, кровельных и...
-
Расчет плиты покрытия Основные элементы и размеры Рисунок 3.1 - Основные элементы и размеры Определение нагрузок на 1мІ плиты покрытия Таблица 1.1 -...
-
Одним из примеров, на мой взгляд, удачного решения является семейная клиника Rehab Family - Лечебно-террапевтические программы - Лечебно-спортивный...
-
График потребности рабочей силы График движения рабочей силы составляется общий для всех рабочих, занятых на строительстве во всех сменах. Критерием...
-
При проектировании складов каменных материалов должны быть выполнены следующие условия: - Раздельный прием и выдача каменных материалов различных...
-
Анализ опасных и вредных отходов при орг-ции земляных работ Согласно ГОСТ [4] вредное вещество - вещество, которое при контакте с организмом человека в...
-
Расход пара 1 м3 расчетного материала (кг/м3) (65) РСуш.1м3 = Где qСуш - суммарный удельный расход тепла на сушку для среднегодовых условий, кДж/кг: IN -...
-
Годовая производительность камеры в условном материале определяется по формуле (м3усл./год) Пу = Еусл -- nусл, (13) Пу =61,2*77,9=4767,8 Где Еусл -...
-
Рассмотрены теплоизоляционные и звукоизоляционные материалы на основе жидкого стекла, отверждаемые при повышенной температуре. Данные материалы...
-
Керамические материалы получают из глиняных масс путем формования и последующего обжига. При этом часто имеет место промежуточная технологическая...
-
Продольная рабочая арматура в пролете 218А500+220А500 с мм2. Площадь этой арматуры определена из расчета на действие максимального изгибающего момента в...
-
Объем выемки протяжением L Вычисляют по формуле Где В 1 - ширина выемки по низу; I Зп - поперечный уклон верха земполотна; H - средняя глубина выемки; M...
-
Стены гражданских зданий: классификация, требования, конструктивные решения - Основы строительства
Стены являются важнейшими конструктивными элементами зданий, которые служат не только вертикальными ограждающими конструкциями, но и нередко несущими...
-
Организация технологии проектирования моделей - Организация технологии проектирования моделей
Градостроительная теория и практика уделяют все большее внимание проблеме управления сложными градостроительными системами и их развитию, что в свою...
-
Соответствие любого строительного материала предъявляемым к нему требованиям оценивается по его качеству, которое определяется совокупностью показателей...
-
Сырьевые материалы - Ячеистые бетоны, строительные изделия и конструкции на их основе
Вяжущим для цементных ячеистых бетонов обычно служит портландцемент. Бесцементные ячеистые бетоны (газо - и паносиликат) автоклавного твердения...
-
Проектирование плана трассы закругления малого радиуса Проектирование плана закругления малого радиуса ведется в следующей последовательности. Вычисляем...
Методологические основы системного проектирования материалов