Примеры применения целостного подхода Целостное конструирование

Известно ухудшающее влияние компьютера на здоровье человека за счет шумов системы охлаждения. Шум – один из наиболее распространенных источников опасности при работе, на производстве. Основным последствием постоянного шумового воздействия (допустимый уровень шума – 55 дБ, шум компьютера – 65–70 дБ), является ухудшение слуха, но не единственным. Есть и другие последствия, такие как – звон в ушах, нарушения речи, замедленность восприятия, снижение работоспособности, раздражительность и слуховые галлюцинации. В связи с этим возникает проблема несоответствия степени шумового воздействия систем охлаждения компьютеров на здоровье человека условиям обеспечения комфортной и безопасной рабочей среды.

На решение этой проблемы направлены усилия многих отечественных и зарубежных исследовательских и конструкторских организаций. В результате значительно снижена шумность вентиляторов (кулеров), используемых для охлаждения компьютеров, созданы системы жидкостного охлаждения, криогенные системы охлаждения, системы охлаждения с использованием эффекта Пельтье, а также системы охлаждения с использованием тепловых трубок. Постоянно совершенствуется конструкция теплоотводящих радиаторов в системах воздушного охлаждения.

Наилучшим решением данной проблемы было бы, конечно, создание полностью бесшумной конструкции для охлаждения компьютеров, недорогой и удобной для использования как при промышленном производстве компьютеров, так и в условиях офисного и домашнего применения. Как наиболее удачное на сегодняшний день решение, в смысле создания бесшумной конструкции для охлаждения компьютера, необходимо отметить решение южнокорейской фирмы «Zalman» в виде корпуса компьютера Zalman TNN 500A. Предлагаемый корпус компьютера изготовлен без применения вентиляторов и других движущихся элементов с использованием тепловых трубок для бесшумного охлаждения тепловыделяющих элементов компьютеров. Недостатки данного решения – высокая цена корпуса (от $500), в котором использованы дорогостоящие материалы, а также сложность конструкции, затрудняющая использование данного корпуса при массовом производстве. Сложность конструкции корпуса Zalman TNN 500A затрудняет также и использование его для замены корпуса в домашних условиях. Можно считать, что проблема создания недорого и удобного бесшумного устройства для охлаждения компьютера еще не решена.

На этой основе можно сформулировать аксиому системности объекта проектирования в следующем упрощенном виде: для формирования и осуществления системного проектирования объект проектирования необходимо представить в виде общей модели целостной и целой системы.

В качестве объекта проектирования в данном случае рассматривается система охлаждения компьютера. Для реализации в практике данной аксиомы системности используем совокупность этапов и ключевую процедуру метода системной технологии.

Применение Принципа целостности основано на трехшаговой ключевой процедуре метода системной технологии «от исходной формулы через нахождение общей модели целостной и цельной системы к рабочей формуле», которую для данного случая можно структурировать следующим образом: вначале – разработка исходной формулы Принципа системности для проектирования бесшумной системы отвода тепла от компьютера; затем – постановка и решение задачи нахождения общей модели системы для применения Принципа системности для проектирования бесшумной системы отвода тепла от компьютера и, далее, – разработка и применение рабочей формулы Принципа системности для проектирования бесшумной системы отвода тепла от компьютера.

Исходная формула системности для данного случая уже сформулирована в виде аксиомы системности объекта проектирования. На данной предпроектной стадии работы нет необходимости в формулировке всей совокупности аксиом системности и центральной теоремы Принципа системности.

Решение задачи нахождения общей модели системы для применения Принципа системности для проектирования бесшумной системы отвода тепла от компьютера проведем следующим образом; вначале определим состав совокупности существующих теплоотводящих устройств и систем для компьютеров; затем определим состав множества всех элементов совокупности существующих теплоотводящих устройств и систем для компьютеров; далее определим перечень всех функций, выполняемых элементами совокупности существующих теплоотводящих устройств и систем для компьютеров; после этого определяем перечень общих элементов, обеспечивающих в совокупности выполнение всех функций теплоотвода для компьютеров; полученные общие элементы используем при разработке общей модели системы для разработки рабочей формулы Принципа системности для проектирования бесшумной системы отвода тепла от компьютера.

Итак, вначале для разработки необходимой модели общей системы для проектируемого объекта необходимо определить состав совокупности существующих теплоотводящих устройств и систем для компьютеров.

Для этого рассмотрим множество существующих теплоотводящих устройств для компьютеров. Их можно разделить на 6 видов: 1. Вентиляторные; 2. На тепловых трубках; 3. Термоэлектрические; 4. Жидкостные; 5. Криогенные; 6. Комбинированные.

Затем определим состав множества всех элементов. В перечисленных устройствах содержатся следующие основные элементы: радиаторы, вентиляторы (в вентиляторных устройствах); тепловые трубки, радиаторы, вентиляторы (в устройствах на тепловых трубках); элементы Пелтье, радиаторы, вентиляторы (в термоэлектрических устройствах); теплообменники, помпы, радиаторы, резервуары (в жидкостных системах); компрессоры, вентиляторы (в криогенных системах). Для построения комбинированных устройств используются различные комбинации большинства из перечисленных элементов.

Далее определим перечень всех функций, выполняемых элементами совокупности существующих теплоотводящих устройств и систем для компьютеров. Теплоотводящие устройства являются частями теплоотводящих систем. Элементы существующих теплоотводящих систем для компьютеров выполняют 4 основные функции. Первая функция – производство тепла. Эта функция осуществляется такими элементами теплоотводящих систем как процессор, винчестер, блоки питания и другими. Производство тепла не сопровождается производством звуковой энергии (шума). Другая функция – транспортировка тепла, осуществляется тепловыми трубками, вентиляторами, теплоносителями жидкостных систем и т.д. Производство транспортировки тепла сопровождается повышенным, в сравнении с осуществлением других основных функций, производством звуковой энергии (шума), так как связано с применением вентиляторов. Третья функция – рассеивание тепла, осуществляется пассивными радиаторами, вентиляторами и другими элементами. Производство рассеивания тепла сопровождается производством звуковой энергии (шума), только если производится попутно с транспортировкой тепла вентиляторами. Четвертая функция – поглощение тепла, осуществляется, в конечном счете, окружающей средой. Производство поглощения тепла не сопровождается производством звуковой энергии (шума).

После этого определяем перечень общих элементов, обеспечивающих в совокупности выполнение всех функций теплоотвода для компьютеров. Выделив и описав элементы всех видов теплоотводящих устройств для компьютеров, в результате получаем множество следующих общих элементов, из которых можно составить рабочую модель общей системы: 1. Источник тепла. Основными источниками тепла являются центральный процессор, графический процессор, системный блок компьютера, жесткие диски, модули памяти, микросхема чипсета, блок питания. 2. Транспортировщик тепла. Основными транспортировщиками тепла являются вентиляторы (кулеры). 3. Рассеиватель тепла. Основными рассеивателями тепла являются радиаторы, жидкости, воздух. 4. Поглотитель тепла. Основным поглотителем тепла является окружающая среда.

Полученные общие элементы используем при разработке общей модели системы для разработки рабочей формулы Принципа системности для проектирования бесшумной системы отвода тепла от компьютера. Общая модель системы включает четыре последовательно соединенных элемента – источник тепла, транспортировщик тепла, рассеиватель тепла, окружающая среда. На основе данной общей модели системы можно найти рабочую модель системы, которая наилучшим образом соответствует поставленной цели. В такой рабочей модели общей системы проектируемого устройства функции транспортировщика и рассеивателя объединены в одном элементе системы: источник тепла, транспортировщик тепла и рассеиватель тепла, окружающая среда.

Тогда рабочую формулу системности можно представить в следующем виде: для формирования и осуществления системного проектирования объект проектирования – систему охлаждения компьютера, необходимо представить в виде модели общей системы, в которой выполнение функций транспортировщика тепла и рассеивателя тепла обеспечивается одним элементом конструкции теплоотводящего устройства.

В результате данный элемент конструкции соответствует поставленным требованиям, так как не содержит производящие шум детали. Предложенная конструкция решает поставленную проблему.