在组成技术系统的各个子系统之间必须向着提高协调性(匹配/故意不匹配)的方向发展,只有在保持彼此协调的前提下,才能执行/增强有用功能特性或消除有害功能,并且大大提高系统完成预设功能的效率。
技术系统的各个子系统之间的协调性可以表现在以下四个方面:
1)形状结构上的协调:各个子系统之间应该保持相同的形状、兼容的形状、自兼容的形状或特殊的形状等。如乐高积木可自由搭接、拼合成不同的造型;汽车的各个覆盖件必须严丝合缝地对接,而且与整体上的车身曲面高度符合;明清风格的街道必须修建同样风格的建筑等。
2)各性能参数的协调:各个子系统之间的各种技术参数必须彼此协调。通常的网球拍在正常击球时,球拍的结构在恢复前会微微变形。然而,一旦拥有磁速网球拍,安装在拍头两侧的两个单极磁铁有助于加快球拍恢复的速度,这样球就有了多余的力量可以弹回到球网的方向,对网球拍的整体重量没有影响。船舶的载客/载货量必须在船的前后左右均匀分布,某一侧严重超载将会引起船舶倾覆。车身设计成流线型是为了在运动中减小空气阻力,可以认为是车身风阻系数与环境中的空气阻力的协调。
举一个反趋势不协调例子,两块金属板通过逐点焊接连接,为了不累积热量,不烧穿钢板,一般会焊一个点而跳过一步,即不焊接下一个标准的焊点,最后在反面的地方焊接那些跳过的焊点。
3)工作节奏/频率上的协调:各个子系统之间的工作节奏(相同节奏、互补节奏和特殊节奏)必须彼此协调。世界上第一架有效使用固定向前射击机枪的飞机,机枪射击频率与活塞发动机工作频率同步,使子弹恰好通过螺旋桨叶片的间隙射出,而不打坏叶片。混凝土浇注施工,一面浇灌混凝土,一面用振捣器进行振捣,加速混凝土流动和沉积,以确保混凝土密实无缝隙。
案例:每个无线电台都以特定频率发射自己的无线电信号。用户要将自己的收音机调谐到希望收听的无线电台的信号,没有来自其他电台的噪声干扰。为了实现该功能,收音机有一个并联谐振电路,该电路由电感器和可调电容器组成,如图3-7所示。
图3-7 利用并联谐振电路调台(www.daowen.com)
当用户想调到无线电台1时,转动可调电容器的旋钮,并联谐波电路改变其谐振频率。当谐振频率与无线电台1的频率协调时,该收音机就可以接受电台1的信号了。
再举一个反趋势不协调例子,在内燃机中各个气缸中的活塞运动,有意设计成频率不协调,目的是为了让曲轴稳定运转,避开共振。
4)材料的协调:各个子系统之间的材料属性必须彼此协调。可以考虑使用相同属性材料、类似属性材料、不同属性材料、相反属性材料、惰性材料等来增强子系统之间的协调性。例如飞机机身蒙皮尽量使用相同属性的材料;汽车刹车片与刹车盘使用类似属性的材料;手机显示屏与金属框使用不同属性的材料;铅笔与橡皮是相反属性的材料;在炼钢过程中使用惰性气体氩气来置换气体或蒸气并防止工艺流程中的氧化等。
5)形状与动作的协调:为了更好地实现预设功能,功能载体的形状与其所发出的动作之间也存在协调问题。在进化趋势上,功能载体的形状遵循着“点→线→面→体”趋势进化,或者是反向的“体→面→线→点”趋势来进化。至于是正趋势还是反趋势,要视资源的情况而决定——如果功能受体(作用对象)的数量巨大,资源丰富,那么功能载体的形状进化趋势为“点→线→面→体”;如果资源匮乏,则反向为“体→面→线→点”进化。如果目的是消除有害功能,则发出有害功能的载体的形状进化趋势正好与上述相反。
实现有用功能的“点→线→面→体”进化实例:例如加工,当加工能力增强时,钻/车/镗/铣削→线切割→电火花成型→精密浇铸;例如电脑存储,当数据量趋大时,单机存储→双机存储→网络存储→云存储;例如消防救援,救援量增大时,救生吊钩→救生绳滑下→救生网→救生气垫。
消除有害功能的“体→面→线→点”进化实例:例如媒体,当观赏条件受限时,影院环幕播放→影院平幕播放→家庭播放→手机播放;例如比萨饼盒底,当水汽增多时,底面接触→瓦楞接触→尖点接触;例如凿石,当石头坚硬时,锤凿→斧凿→钻凿。
要点小结
构建和谐的技术系统而实现预设功能。不协调的技术系统内耗大,效率低,乃至是功能失效的。该法则带给我们的几点启示是:保持子系统、部件或零件间交变运动或参数的和谐性;避免采用不需要的交变运动;合理地安排各组件或子系统间的运动或动作顺序;应用谐振。故意不协调的反趋势也是存在的,其目的是为了在功能上趋利避害。
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