Приложение. Пример.  История развития радиолампы.

ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ «Теория поиска и принятия решений» Осень 2018 г.

нед	Наименование Лекции или ПЗ	Лек	ПЗ
2	Введение. Цели, задачи и структура дисциплины	2	0
2	ВПИ. Приёмы, активизирующие мышление. Преобразование. Инверсия	0	2
3	Аналогия, символическая аналогия. Лево- и правополушарное мышление	0	2
4	Некоторые логические основы мышления: понятия, как форма мышления. Операции с понятиями	2	0
4	Моделирование. Виды моделей, (аналогии моделей) + ММЧ	0	2
5	Сущность системного подхода. Приёмы решения задач, основанные на системном подходе. Операционный подход и предметный анализ.	0	2
6	Виды простых высказываний и их отношения. Законы логики	2	0
6	Приёмы решения задач, основанные на системном подходе	0	2
7	Физико-технические эффекты	0	2
8	Модальные суждения. Понятие противоречий. Типовые операции мышления	2	0
8	Вещественно-полевой анализ (ВПА), вепольное моделирование	0	2
9	Поиск ресурсов ВПА, пространство, время. Задачи измерения	0	2
10	Законы техники. Принципы строения и функционирования ТС	2	0
10	Закон идеальности. Решение задач с использованием оператора ИКР	0	2
11	Законы техники. Закономерности развития ТС.	0	2
12	Функциональный анализ технических систем. Цели, задачи и модели.	2	0
12	Закономер­ности развития технических систем	0	2
13	Противоречия в технических задачах и приёмы их разрешения. Виды противоречий, их источники	0	2
14	Морфологический подход к анализу и синтезу систем  Формы представления результатов.	2	0
14	Противоречия – решение задач	0	2
15	Разбор примеров и задач	0	2
16	Основные положения теории принятия решений	2	0
16	Анализ проблемы и постановка задач. Методика анализа проблемы. Решение исследовательских задач	0	2
17	Разбор примеров и задач	0	2
18	Основные положения теории принятия решений	2	0
	ИТОГО	18	32

Курсовая работа

Объём КР – 54 ч. СРС

ЦельКР:практическое применение теоретических положений для анализа и синтеза технических систем.

Курсовая работа состоит из 2-х разделов.

1-й раздел посвящён логическому и содержательному анализу материалов учебных дисциплин, изученных в 6-м семестре: Теория автоматического управления, Экономика, Электроника и радиооборудование, Детали машин, Основы строительной механики, Основы теории полёта, Основы устройства ракет и космических аппаратов; а также дисциплин, изучаемых в 7-м семестре: Информационное моделирование инженерных объектов, Системный анализ, Теория автоматического управления, Прочность летательных аппаратов, Ракетные двигатели, Надёжность технологических систем.

Этот раздел направлен на проработку некоторых логических операций и освоение общих приёмов решения задач.

2-й раздел посвящён освоению навыков по анализу закономерностей развития технических систем, некоторых операций, выполняемых при проведении функционального анализа, формулированиюпротиворечий и приёмам их разрешения.

Содержание КР.

1. По материалам учебных дисциплин привести примеры:

· номинальных определений (не менее 2-х);

· реальных определений, – выделить ближайший род и видовое отличие (2…3);

· классификаций: по видоизменению признака и дихотомическое.

В классификацииобязательно указать основание логического деления – признак, по которому образуются члены деления.

2. Привести примеры обобщающих и идеализирующих абстракций, которые использовались в изучаемых учебных дисциплинах. Пояснить что даёт (в чём эффект, практическая польза) применения этих операций.

3. Привести примеры аналогий, которые использовались для разъяснения учебного материала, и при решении задач. Указать вид аналогии. Отметить практические результаты применения аналогии.

4. Составить ментальную карту для какой-либо темы, учебной дисциплины. Дополнить название темы яркими метафорами, раскрывающими смысл темы.

5. Привести примеры проявления системного эффекта в учебных материалах изучаемых смежных дисциплин (в частности от использования моделей). Обязательно дать описание проявляемого системного эффекта.

6. Привести 2 примера применения приёмов решения задач, основанных на системном подходе.

7. Привести пример развития технического объекта (ТО). Объект предварительно согласовать с преподавателем.

Проработку этой темы осуществить по следующим направлениям:

· сформулировать главную полезную функцию, для выполнения которой предназначен ТО;

· сформулировать противоречия, которые проявились в процессе развития ТО, и приёмы, которые были применены для их разрешения;

· указать закономерности, которые проявились в процессе развития технической системы.

8. Привести примеры операционных или предметных противоречий, которые встретились при изучении прикладных дисциплин. Указать какими способами они были разрешены.

Примечание.

1. Необходимо стремиться выполнить работу на 4-мтворческом уровне.Высокое качество выполненной КРбудет учитываться при формировании экзаменационной оценки.

2. КР сдаётся в электронном и бумажном видах.

3. Примеры не должны повторяться, – друг у друга не списывать!

4. Примеры из бытовой области могут быть только как дополнительные.

5. Приветствуется творческий подход, как к содержанию (дополнительные яркие примеры по изучаемой тематике), так и форме представления материалов, а также уровень использования возможностей Word при оформлении работы, а именно:

• форматирование текста (использовать форматы файла «ШаблонДляКР»);

· Использование автоматической нумерации рис. и динамических перекрёстных ссылок, например, Рис. 0.1 (Чтобы увидеть поля включите «Затенение полей всегда»).

Подготовка к экзамену по дисциплине «Теория поиска и принятия решений»

При подготовке к экзамену постарайтесь:

1. Найти логические и содержательные связи между изучаемыми разделами (темами). При изложении темы, которая будет предложена в билете, нужно показать, что материал усвоен системно!

2. Для подтверждения теоретических положений приводите свои примеры (не те, что были в лекциях). Эти примеры во многом показывают уровень усвоения материала.

Будьте готовы к тому, чтобы убедительно и аргументировано отстаивать всё, что Вы будете излагать на экзамене.

3. Не забывайте, что оценка Ваших знаний на экзамене относится к органолептическим методам! Время на ответ весьма ограничено.

4. На экзамене, при подготовке и в процессе ответа можно использовать всё, что в этом документе и, следовательно, – следующими схемами.

Важно, как Вы будете их комментировать!

Контрольные вопросы для самопроверки

Введение

Для чего необходимо изучать методы решения задач?

1. Некоторые логические основы мышления

1. В чём заключается закон обратного соотношения между содержанием и объёмом понятия?
2. В чём заключается различие между конкретным и абстрактным понятием?
3. Приведите примеры обобщения и ограничения понятий.
4. Перечислите виды определений понятий.
5. Какова структура родовидового определения.
6. Перечислите правила, которые необходимо соблюдать при формулировании определения понятия.
7. Перечислите существенные и отличительные признаки логического деления понятия по видоизменению признака и дихотомического.
8. Перечислите основные правила логического деления понятия.
9. Чем отличается логическое деление понятия от декомпозиции?
10. Сформулируйте логические законы категорических высказываний: тождества, непротиворечия, исключённого третьего.
11. Перечислите виды простых высказываний, их структура.
12. Дайте характеристику видам отношений между простыми категорическими высказываниями (используя схему в виде логического квадрата).
13. Дайте характеристику индуктивным и дедуктивным умозаключениям. Каковы их существенные и отличительные признаки?
14. Дайте общую характеристику модальным суждениям.
15. Охарактеризуйте логические отношения между логическими, физическими и нормативными модальностями.

2. Общие приёмы поиска решений

1. Перечислите основные недостатки метода проб и ошибок (МПиО).
2. С какими негативными установками может быть связан вектор психологической инерции (ВПИ)?
3. Назовите способы борьбы с ВПИ.
4. В чем проявляется положительный эффект от преобразования условий задачи?
5. Назовите общие приёмы активизирующие мышление при решении задачи. Объясните, почему они способствуют активизации мышления.
6. Дайте определение модели.
7. Какие требования предъявляются к моделям, которые используются при решении задач?
8. Какие преимущества даёт работа с моделью объекта по сравнению с самим объектом?
9. Назовите два способа инвертирования поставленной задачи.
10. Назовите виды аналогий, активизирующие правополушарное мышление.
11. В чем заключается применение оператора «превращение незнакомого в знакомое»? В чем состоит эвристическая ценность применения этого оператора?
12. Дайте определение понятия системы.
13. Охарактеризуйте понятие синергетического эффекта. Назовите отличительные признаки системного эффекта и системного качества.
14. Приведите примерыпроявления системных свойств.
15. Какие факторы влияют на системные свойства объектов.
16. Перечислите возможные способы изменения системных свойств объектов.

3. Поиск ресурсов при решении технических задач

1. Чем отличается операционный и предметный стили мышления?
2. Перечислите приёмы, позволяющие изменять системные свойства технических объектов (ТО). Приведите примеры.
3. Какие приёмы решения задач ориентированы на использование ресурсов пространства?
4. Составьте схему рассуждения при поиске вещественно-полевых ресурсов. Примеры.
5. Составьте схему рассуждения при решении задач измерения.

4. Принципы строения и закономер­ности развития технических систем (ТС)

1. В чём заключается эвристическая ценность таких идеализирующих абстракций как идеальный конечный результат (ИКР), идеальное техническое решение (ИТР)?
2. В чём заключается сущность принципа соответствия функции и структуры?
3. В чём заключается принцип энергетической проводимости для технических систем?
4. Назовите виды согласований в ТО. Приведите примеры.
5. Как используется закономерность стадийного развития при решении технических задач?
6. Какое практическое значение имеет знание закономерности конструктивной эволюции?
7. В чём сущность динамизации ТС? Приведите примеры.
8. В чём заключается закономерность перехода с макро на микроуровень? Примеры.
9. Приведите примеры свёртывания-развёртывания ТС и поясните смысл этого перехода.
10. Что даёт знание закономерности свёртывания-развёртывания ТС?

5. Противоречия в технических задачах и приёмы их разрешения

1. Чем отличаются операционные противоречия (ОП) от предметных противоречий (ПП)?
2. Какой позиции должен придерживаться инженер, решающий задачу, к чему он должен стремиться, искать противоречия в технической задаче или стараться избегать их?
3. В чём заключается ПП, какую оно имеет структуру? Приведите примеры.
4. В чём заключается прагматичность (полезность) анализа нормативных систем в ПП?
5. Что является источником ПП?
6. Перечислите способы разрешения ПП? Приведите примеры.
7. Каким образом динамизация технической системы позволяет разрешать противоречия? Приведите примеры.

6. Функциональный анализ технических систем

1. С какой целью, и на каких этапах проводится функциональный анализ?
2. Какие особенности формулирования функций ТО и его компонентов?
3. В чём состоит принципиальное различие между конструктивной функциональной схемой (КФС) и потоковой функциональной схемой (ПФС)? С какой целью строятся эти модели?
4. Какие преимущества имеет иерархическая модель связи функций в виде диаграммы Исикавы-Сибирякова по сравнению с КФС и ПФС?
5. На какой принцип строения ТС следует опираться при проведении функционального анализа?

7. Морфологический подход к анализу и синтезу технических объектов

1. Что изучает морфология?
2. С какой целью используется морфологический подход при решении технических задач?
3. Каким образом построение морфологической таблицы активизирует мышление на поиск возможных вариантов решения задачи?
4. В чём заключается применение стратегии У. Диснея при проведении морфологического исследования?
5. В каких графических моделях могут быть представлены результаты морфологического исследования?

8. Основные положения теории принятия решений

1. Дайте характеристику основным методам принятия решений

2. Какие факторы способствуют формированию неопределённости при принятии решений?

3. Дайте характеристику основным шкалам измерений

4. Дайте характеристику экспертному методу принятия решений и определите область его применения.

Литература

а) основная литература:

1. Ревенков А. В. Введение в анализ технических объектов. М.: Изд-во МАИ, 2003.

2. Ревенков А. В., Панасенков В. П. Анализ и синтез технических решений при производстве ЛА. М.: Изд-во МАИ, 1992.

3. Ревенков А.В. Резчикова Е.В. Теория и практика решения технических задач. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: ФОРУМ, 2013.

4. Орлов А.И. Теория принятия решений. Учебное пособие / А.И.Орлов.– М.: Издательство «Март», 2004. - 656 с.

б) дополнительная литература:

5. Гетманов А.Д. Логика. – М.: Высш. шк., 1986.

6. Дикарев В.И. Справочник изобретателя. Серия «Учебники для вузов. Специальная литература». – СПб.: Изд-во Лань, 2001.

7. Зарецкий В.К. Если ситуация кажется неразрешимой… М.: Форум, 2011.

8. Михелькевич В.Н., Радомский В.М. Основы научно-технического творчества. Ростов-на-Дону: Феникс, 2004.

9. Пойа Д. Как решать задачу.– Львов.: Изд-во Журнал «Квантор», 1991.

10. Решетова З.А. Психологические основы профессионального обучения. – М.: Изд-во Московского университета, 1985.

11. Сухотин А.К. Парадоксы науки. – М.: Молодая гвардия, 1978.

12. Физические эффекты в машиностроении: Справочник \ В. А. Лукьянец З. И., Алмазова Н П., Бурмистрова и др.; Под общ.ред. В. А. Лукьянца. – М.: Машиностроение, 1993.

 

 

Приложение. Пример.  История развития радиолампы.

В 1881 г. Томас Эдисон, занимаясь опытами по улучшению первых электрических ламп, ввёл внутрь стеклянной колбы металлическую пластинку, расположив её вблизи от накаливаемой нити [ссылка на источник]. Воздух из колбы был выкачан (Рис. 1.1), а пластинка соединена с положительным полюсом батареи накала нити. По проводнику проходил электрический ток, хотя цепь не была замкнута. Когда же пластинку соединили с отрицательным полюсом батареи, то тока не было.

Объяснение эффекту Эдисона было дано позже, после того, как в 1891 г. Стонеем и Томпсоном были открыты электроны, а в 1900–1903 гг. Ричардсон провёл ряд исследований по термоэлектронной эмиссии.

 

Рис. 1.1. Схема эксперимента Эдисона

В 1904 г. Джон Флеминг, занимался опытами по приёму сигналов беспроволочного телеграфа,и ему понадобилась односторонняя проводимость. Так эффект Эдисона был практически применён в радиотехнике (Рис. 1.2). Роль детектора в схеме Флеминга выполнял электрический клапан, который представлял собой первую простейшую двухэлектродную радиолампу – диод.

1881г. – эффект Эдисона

Теоретически предельновозможный для радиоламп

1893 – теоретическое обоснование эффекта Эдисона

Затраты Время

1891г – открытие электрона

1904 1913

1906 1916

Диод

Триод

Гексод

Пентод

Полупроводники

Теоретически предельновозможный для полупроводников

Радиолампы

Рис. 1.2. Схема конструктивной эволюции радиолампы

В 1906 г. Ли де-Форест поместил в пространство между катодом и анодом третий электрод в виде проволочной сетки, – так появилась трёхэлектродная лампа – триод.

Если по отношению к катоду сетка заряжена отрицательно, то она препятствует возникновению анодного тока. Если сетка заряжена положительно, то она как бы ускоряет движение электронов. При этом достаточно лишь немного изменить напряжение на сетке, чтобы анодный ток изменился очень сильно.

Введение ещё одного компонента привело к появлению нового системного свойства (синергетический эффект). Таким образомбыл создан ламповый усилитель.

Начался процесс конструктивной эволюции, направленный на улучшение функциональных параметров усилителя, в первую очередь коэффициента усиления, линейности характеристик, повышение КПД, надёжности.

 Эмиссия электронов зависит от температуры катода. Сначала катод представлял собой тонкую проволоку (нить), которая нагревалась проходящим через неё электрическим током. Напряжение накала подавалось от трансформатора, а оно переменное, поэтому электронная эмиссия изменяется, «пульсирует»,– из громкоговорителя слышен фон переменного тока, гудение.

ПП. Электронная эмиссия должна быть постоянной для качественной работы усилителя, и она должна быть переменной, так как на катод подаётся переменное напряжение.

Противоречие можно разрешить за счёт:

1) внешнего функционирования: между трансформатором и накалом катода поставить выпрямитель (переход в надсистему);

2) внутреннего функционирования: сделать так, чтобы при переменном токе электронная эмиссия была постоянной.

Проволочка выполняет две функции: создание электронной эмиссии (ГПФ) и нагрев (основная).Разделение функций, выполняемых катодом, привело к созданию бисистемы: «В каналах тонкого и длинного фарфорового цилиндрика помещена вольфрамовая нить – нагреватель. Нить накаливается переменным током и её тепло передаётся фарфоровому цилиндрику и надетому на поверх него никелевому «чехлу»…». Электрического контакта между катодом и нагревателем нет. (Системный эффект от введения компонента)

Ещё одна проблема была связана с тем, что для увеличения мощности необходима большая электронная эмиссия катода. Для этого требуется высокое напряжение между катодом и анодом и высокая температура катода. При этом лампа сильно нагревается, уменьшается её КПД. Эта задача была решена введением ещё одного вещества: на внешней поверхности никелевого цилиндрика нанесён тонкий слой окислов щелочного металла (стронция, бария, цезия и др.). Эти окислы отличаются большой электронной эмиссией при сравнительно низких температурах (порядка 600 ⁰С).

Совершенствование лампы в процессе конструктивной эволюции осуществлялось поиском и применением материалов, обладающих хорошими характеристиками электронной эмиссии, поиском формы и взаимного расположения компонентов, отрабатывалась технология изготовления.

Начался интенсивный процесс развёртывания системы. В 1913 г. Лэнгмюйр ввёл в пространство между катодом и сеткой ещё одну сетку (введение компонента), которая ускоряла поток электронов. Появилась лампа – тетрод (по числу электродов). Первая сетка получила название управляющей, вторая – ускоряющей.

Первые лампы требовали напряжение на аноде порядка 100 В. и более, затем создаются радиолампы, работающие при анодном напряжении 8…20 В. Это послужило мощным толчком для создания переносных радиоприёмных и передающих устройств, работающих от батарей.

Однако «положительно заряженная катодная сетка отнимала большое количество электронов от общего потока…», КПД лампы был низким (противоречие). «Но введение второй сетки послужило сигналом для конструкторов радиоламп: началась эпоха многоэлектродных ламп».

В 1916 г. Шоттки для повышения коэффициента усиления вводит вторую (анодную) сетку в пространство между анодом и имеющейся (управляющей) сеткой. Подавая на неё напряжение, равное примерно половине анодного, Шоттки увеличил коэффициент усиления.

В триоде анод и сетка образовали как бы небольшой конденсатор, ёмкость которого создавала электростатическую связь цепей анода и сетки. Наличие этой паразитной связи приводило к тому, что лампа создавала свои колебания – усилительный каскад превращался в генератор электрических колебаний. Приёмник сильно искажал звук, свистел и переставал работать.

ПП. Анодная сетка должна быть для увеличения коэффициента усиления, но её не должно быть, так как ухудшается качество обработки сигнала.

Противоречие разрешается изменением формы (приём) анодной сетки. Изменение формы вещества – одно из средств влияния на системные свойства объекта.

В 1926 г. Хэлл конструктивно видоизменил анодную сетку, придав ей вид электростатического экрана, который обособляет анод от сетки. Экранированные лампы позволили на порядок увеличить коэффициент усиления. Однако в лампе стало возникать неприятное явление: электроны, ударяясь о поверхность анода выбивали из него вторичные электроны, которые устремляясь к положительно заряженной экранирующей сетке создавали ток обратного направления – так называемый динатронный эффект. Работа лампы нарушалась. Нежелательный эффект (НЭ) (сформулировать противоречие) был устранён введением ещё одной сетки между анодом и экранирующей сеткой, которая получила название защитной или противодинатронной.

Так в 1929г. появилась лама пентод (по числу электродов).

Одним из приёмов разрешения противоречий в технических задачах является использование пустого пространства. Была сконструирована лампа, в которой роль защитной сетки выполняла искусственно образованная зона, находящаяся между анодом и экранирующей сеткой. В этой зоне создавался такой же потенциал, который имела бы защитная сетка. Таким образом, изменениями в конструкции удалось избавиться от возникновения динатронного эффекта.

При освоении коротковолнового диапазона возникла ещё одна проблема. Сила радиосигнала на антенне, особенно коротких волн, изменяется в значительных пределах. Это сказывается на выходном сигнале (явление фединга – замирания). Для борьбы с этим явлением в каскады усиления радиоприёмника ввели отрицательную обратную связь.т. е. нежелательный эффект был устранён в НС по отношению к радиолампе.

Второй способ борьбы с этим явлением сделать так чтобы эту функцию выполняла сама радиолампа. В лампу добавляется ещё одна сетка, которая выполняет функцию автоматического регулятора усиления.

Ряд диод – триод – тетрод – пентод пополнился лампой с шестью электродами – гексодом. Он устроен так, что автоматически быстро меняет коэффициент усиления: слабые сигналы усиливает в бóльшей степени, а сильные – в меньшей.

Для повышения качества обработки электрического сигнала происходит дальнейшее усложнение конструкции радиолампы – увеличивается число сеток. Создаются бисистемы – в одной колбе помещают две лампы. Появляются такие комбинации, как диод-диод, двойные триоды, двойные диод-триоды, двойные диод-пентоды, триод-гексоды и т. п. (В чём заключается эффект?).

Первые радиолампы по виду мало отличались от электрических и светили почти также. Затем они перестали светить, изменилась конфигурация баллона, создали малогабаритные лампы.

К 1960-м г. радиолампа по показателям качества обработки электрического сигнала, надёжности достигла наивысших значений, но уже начала вытесняться с занятой ей функциональной ниши устройством, основанным на другом принципе действия – полупроводниковым прибором. Произошёл переход на микроуровень: от воздействия на поток электронов, летящих между электродами, перешли на управление электрической проводимостью вещества.