на главную страницу
визитка
темы

Семинары доктора Марцинкевича
(занятие двадцать девятое) 

029.34  Энергетическая система (2)
(разработка )

1. Примем такой метод: высказывается некоторое положение. Оно может быть верным, неверным или частично верным. Следствием высказанного положения является испытание его истинности и введения корректив на основе результатов испытаний.
2.  Отдельному объекту соответствует отдельный файл или, что то же, отдельная программа, которая может быть оформлена в виде класса с его методами.
3. Исполнение 2. Сформирован класс th2cc. В нём сформирован таймер и сделана привязка к его тактам.
4.  Плотность вещества и, соответственно, объём вещества. Т.о. можно плотность вещества непосредственно связать с энергетической его эффективностью. Чем выше плотность, тем больше количество выделяемой энергии относительно единицы объёма вещества. Т.о. мы свяжем плотность с энергетической ёмкостью. А это позволяет определить количество работы, которая может быть произведена.
5. Но плотность вещества может быть также привязана к его массе. Чем выше плотность вещества, тем больше его масса как характеристика его инертности.
6. Инертность - это способность реагирования на воздействия. Чем меньше инертность, тем более "чувствительным" является тело, и, в то же самое время, тем более реактивным, то есть тем более оно оказывается подвержено всевозможным воздействиям, тем более способно принимать форму воздействующих на него сил. С другой стороны, тем менее оно способно оказывать воздействия на другие тела. И, напротив, чем больше масса тела, тем менее оно чувствительно к воздействиям, и тем более оно способно оказыватть управляющие воздействия на другие тела.
7. Объекты. Объекты могут быть простыми и сложными. Простые объекты могут быть представлены переменными. Тогда в качестве следствия этого положения можно ввести переменные, представляющие работу (work), силу (force), ускорение (acceleration), скорость (speed), расстояние (distance), массу (weight), плотность (food), объём (window). Для этого множества переменных можно объявить область видимости (Energy)
8. п. 7 выполнен
9. Плотность показывает, чему равна масса вещества, взятого в единице объёма, напр., 1м3 (или 1 см3).
      Итак, чтобы найти плотность вещества, необходимо массу вещества разделить на объём.  Физическая величина, численно равная массе вещества в единице объёма, называется плотностью данного вещества.
10. На основании положений пп 4, 5, 8, 9 конструируем понятие энергетической ёмкости энергетического тела как функции от его плотности и объёма. (не нужно путать этот конструкт с реальными продуктами. В последнем случае реальные продукты переводятся на язык конструкта. Это - то, что называют "идеальный образ объективного мира". Он потому и отличается от реального объекта, что совпадает с ним только в каких-то отдельных пунктах)
11. Следующий момент - это установка связи между массой и энергией. Действительно, для того, чтобы изменить характер движения тела, к нему нужно приложить силу, а для этого нужно затратить какое-то количество энергии. При этом обнаруживается связь между величиной массы тела и величиной силы в том, что относится  к получению определенного  изменения в характеристиках его движения, то есть изменение в его скорости. Если мы представим себе вакуумное пространство, то есть пространство, в котором движение не встречает сопротивления, то в отсутствие на тело действия сил тело будет двигаться с постоянной скоростью. Вы приложили к телу силу - и тело начало изменять скорость. Действие силы прекратилось - и тело продолжит движение с измененной скоростью. Величина изменения скорости прямо пропорциональна приложенной силе и обратно пропорциональна массе. В этом смысле масса оказывается эквивалентом работе силы, то есть масса тела и энергия, приложенная к телу, оказываются взаимопереводимыми. Другими словами, масса тела характеризуется энергией. Энергия же, которой обладает масса, проявляется в её скорости (количество движения). 
12. "Количеством движения точки называется векторная величина mv, равная произведению массы точки на вектор её скорости".
13. Представьте себе, что точка находится в состоянии покоя. В этом случае её скорость равна нолю, и количество движения  равно нолю. Но при этом масса осталась. И теперь, воздействуя на точку силой, мы можем придать точке некую скорость. Возникает впечатление, что энергия силы просто передана массе точки, стала её свойством. Но ведь скорость, которую приобретает при этом точка, зависит от её массы. Т.о. мы получаем, что действие на тело силы F в течение времени ∆t придаёт телу массой m приращение скорости ∆v: F∆t=m∆v. За этим отношением стоит изменение количества движения точки. Т.о. F=(∆v/∆t) m, и сила связана с массой коэффициентом отношением приращения скорости ко времени ∆t и отношение между силой и массой являет себя в движении.
14. В единице объема вещества может содержаться  1кг, или 10 кг. И этим определяется плотность вещества ρ=m/V, откуда масса равна произведению плотности вещества на его объём m=ρV. Значит, для нас величина ρ есть основная характеристика единицы энергетического вещества.  От плотности мы переходим к массе, и уже от массы - к силе: m=F/a=F/(v/t)=Ft/v=Ft/(s/t)=Ft²/s. Но работа А=Fs, отсюда F=A/s, сл. m=At²/s² и А=m/(t²/s²)=ρV/(t²/s²) и, соответственно, ρV=A/(t²/s²)
15. Желудок имеет определенный объём и он перерабатывает пищу с определенной скоростью, зависящей от того, что именно им перерабатывается, и в этом смысле скорость переработки должна связываться с перерабатываемым веществом, причем, процесс этот непрерывный и скорость его не регулируется, она выступает в качестве данной (фиксированной). В то же самое время, желудок загружается дискретно. Очевидно, что этот процесс  моделируется моделью бассейна. Значит, мы должны задать объём желудка со всеми теми параметрами его заполнения и реакциями, которые давались для бассейна. Значит, с одной стороны, система управления СУ машины должна снимать данные от желудка, а также опережающим образом рассчитывать расписание его заполнения. Мы условно примем, что то, что мы назвали желудком, преобразует энергетическое вещество в энергию, которая как бы складируется внутри организма и которая расходуется по мере надобности. При этом, конечно, следует помнить, что на поддержание процессов в машине также расходуется энергия. И также должна существовать возможность снимать данные о количестве энергии в организме.
16. Т.о. перед УС машины на каждом отдельном периоде жизнедеятельности стоит задача расчета его энергетического поведения.
17. Так как одна и та же "бассейновая" операция будет выполняться относительно разных задач, то её следует оформить в виде функции.
18. Если в качестве принципа построения принять принцип последовательности переработки материала, то мы должны начать с привязки к таймеру. Синхронизация привязывается к каким-то подмножествам интервалов таймера. Делаем это т.о., что делим число счетчика импульсов таймера на какое-то число1, 2, 3, 5, 10, 20 и т.п. Если в результате деления остаток будет равен нолю, то выдаётся разрешение на отработку, если нет - то запрет. Оформим синхронизацию в виде отдельной функции, поскольку это - универсальная операция, применяющаяся во многих случаях. Функция имеет вид: Синхронизация (Счет, интервал синхронизации, разрешение работы). Если  в окне "Разрешение работы" 1, то работа разрешена, если ноль, то запрет работы.
       Исполнение: выполнено
19. Теперь нам нужно сформировать функцию "бассейна". Всякая функция имеет свой вход и свой выход, причем, если мы имеем дело с множеством взаимодействующих функций, каждая из которых выступает по отношению к другой в качестве черного ящика, то обычно так или иначе множество таких функций образуют кольцо, которое в какой-то точке нужно разорвать. Но любое кольцо представляет собой систему противоположностей, поэтому разрыв должен осуществляться на стыке противоположностей. При построении механизмов одной стороны противоположности другая сторона противоположности по отношению к ней берется в качестве черного ящика, то есть в качестве функции, которая имеет свой вход и свой выход.
    Например, если мы строим функцию F2 (рис. 1), то её вход и выход могут быть замкнуты на одну и ту же другую функцию, либо же на разные функции.
       Всё, что ни делается целевой функцией, делается ею ради чего-то. Это значит, что от её выхода требуются определенные значения, и функция должна определить входы, которые позволят ей обеспечить требуемые от неё значения, либо, если это невозможно, обеспечить изменение своей собственной структуры.
       
20. Пусть нужно количество энергии Q, расходуемое в течение времени t. Значит, энергия должна будет расходоваться со скоростью q:  q=Q/t. Удобно представлять  количество энергии и т.п. как расстояние и т.п.. Тогда, если у нас единица энергетического вещества в_э1 выделяет q энергии, то всего потребуется Q/q единиц вещества в_э1. Существует скорость преобразования энергетического вещества в_э1 в энергию. Допустим, что в единицу времени t_е система способна преобразовать в энергию в_e1 единиц вещества , тогда за время t  она преобразует В_е1 =в_е1t единиц вещества
       Т.о. из того количества энергетического вещества, которое есть в запасе у организма, в единицу времени организм может расщепить ограниченное количество вещества, и этим ограничивается количество работы, которую он может производить в единицу времени, и этим ограничением обусловливается мощность организма.
21. Т.о., мы имеем дело с запасами двух родов: с уже расщепленной энергией и с запасом расщепляемых веществ. При этом мы имеем также и промежуточную стадию: преобразование организмом поступающих в него веществ в виде отложений жиров, белков, углеводов, минералов и т.д. в организме
22. Итак,  вещества, поступившие в организм, расщепляются с какой-то скоростью, преобразуясь в энергетические запасы организма, которые затем преобразуются в энергию в зависимости от потребностей организма в работе, при этом существуют ограничения как в скорости преобразования пищевых веществ в энергетические вещества организма, так и преобразование последних в энергию. Всё это - то, что относится к аварийным состояниям организма. Если же до этого не доходит, то мы наблюдаем функциональную зависимость в скорости преобразования веществ в энергию в зависимости от потребностей организма:
       "10.2.8. Регуляция обмена энергии Уровень энергетического обмена находится в тесной зависимости от физической активности, эмоционального напряжения, характера питания, степени напряженности терморегуляции и ряда других факторов.
       Получены многочисленные данные, свидетельствующие об условно рефлекторном изменении потребления О₂ и энергообмена. Любой ранее индифферентный раздражитель, связанный по времени с мышечной деятельностью, может служить сигналом к увеличению обмена веществ и энергии.
       У спортсмена в предстартовом состоянии резко увеличивается потребление О₂, а следовательно, и энергообмен. То же происходит во время прихода на работу и при действии факторов рабочей обстановки у рабочих, деятельность которых связана с мышечными усилиями. Если испытуемому под гипнозом внушить, что он выполняет тяжелую мышечную работу, то обмен у него может значительно повыситься, хотя в действительности испытуемый не производит никакой работы. Все это свидетельствует о том, что уровень энергетического обмена в организме может изменяться под влиянием коры большого мозга.
       Особую роль в регуляции обмена энергии играет гипоталамическая область мозга. Здесь формируются регуляторные влияния, которые реализуются вегетативными нервами или гуморальным звеном за счет увеличения секреции ряда эндокринных желез. Особенно выраженно усиливают обмен энергии гормоны щитовидной железы — тироксин и трийодтиронин, и гормон мозгового вещества надпочечника адреналин".(Физиология человека. ред. Покровский)
       В этом отношении то, что мы начали движение от задачи, которую нужно решить системы, к средствам её решения является правильным.
23. Логика движения оказывается такой: вначале мы исходили из целевой функции - из того, что требуется для того, чтобы какая-то функция была удовлетворена. Мы шли от потребности к механизмам, её реализующим. Когда этот путь пройден, нам нужно пройти обратный путь - от механизмов к реализуемой ими функции.
24. На обратном пути мы начинаем с операций, связанных с количеством пищевых веществ в пищеварительной системе (воды в бассейне). И это - первый механизм. Функционирование этого механизма обусловлено существующей цепочкой обмена веществ. На "бассейн с водой", перерабатывающий пищевые вещества в энергетические вещества организма, влияет состояние запасов последних. Это - второй наш "бассейн с водой", который опустошается потребностями расходования его на энергию работы организма.
25. Но если пищевая потребность объективно обусловлена потребностью организма в энергии для совершения работы, то на практике мы зачастую видим противоположное отношение, при котором целью становится пищевая потребность как таковая, так что не потребность в работе становится двигателем пищевой потребности, но пищевая потребность становится двигателем работы. ("Для чего и живём, как не для того, чтобы хорошо и вкусно покушать") Т.о. мы видим, что, имея дело с некоторым замкнутым кольцом, разрыв в нём на стыке его противоположностей может брать в качестве начала кольца любую из его сторон. В реальности мы имеем, т.о., так или иначе два противоположных  сбалансированных друг с другом процесса, отвечающих на вопрос: что ради чего: пища ради работы или работа ради пищи.
26. Это обстоятельство может быть отражено посредством нескольких схем.
    
       Простая схема (рис.2а) отражает простое отношение между работой и питанием. Противоположные установки на работу ради пищи или на пищу ради работы выражаются в том, что при установке на работу  значительная часть производимой работы оказывается никак не связана с пищей, тогда как противоположная установка требует минимизации потерь в работе, не ведущей к пищевому результату. Требование минимизации в конечном счете редуцируется в элементарное требование пищи в отсутствие работы (рис. 2б). Подобного рода установка с необходимостью развивается в бизнессхему рис. 2в. С другой стороны, установка на работу развивается в натуральную схему рис.2в.  Противоречие между бизнессхемой и натуральной схемой разрешается в соцсхему (рис.2д)
27. Итак, мы имеем дело с отношением со (система объекта) и сс(система субекта) как отношением противоположностей, в которых два противоположных процесса так или иначе уравновешивают друг друга.
       С одной стороны, система со (рис.3) выставляет функции F1 требование в производстве какого-то количества работы (синяя стрелка), для чего функция F1 должна будет выделять потребные количества энергии (зеленая стрелка). Функция F1 предъявляет требование к функции F2 иметь соответствующие запасы собственных пищевых веществ. Функция F2 предъявляет к функции F3 требование в поставке соответствующих веществ. Функция F3 предъявляет к системе со требование поставок необходимых количеств внешних пищевых веществ. Если система со удовлетворяет это требование, то начинается реальный процесс, характеризующийся противоположным направлением (зеленые стрелки): со поставляет питательные вещества. Функция F3 перерабатывает их в питательные вещества системы сс, функция F2 преобразует их в энергию, функция F1 производит работу.
28. В жизненной практике, как мы знаем, всё происходит с точностью до наоборот: вначале производится работа, и только после этого она оплачивается. То есть работник авансирует капиталиста. Т.о. мы получаем важное смещение, которое заключается в том, что работник также должен иметь первоначальный капитал - свою способность к труду - для того, чтобы иметь возможность трудиться. По окончании трудового цикла работник получает средства для воспроизводства своей способности к труду в следующем цикле. Дело в том, что способность к труду реализуется в процессе. Сам по себе трудовой процесс капиталиста не интересует, как не интересует работник сам по себе. Его интересует результат рабочего  процесса, и этот результат им и оплачивается. В этом и заключается суть товарных отношений. Материальное не может обмениваться на процесс. Материальное может обмениваться только на материальное.
29. Теперь нам следует смоделировать описанный процесс. Мы имеем по сути своей три структурно одинаковые функции, и поэтому они и могут выполняться одной и той же функциональной схемой. Что делает функция? Мы имеем два противоположные процесса: один процесс - то, что д`олжно, другой процесс - реальный. Причем, реальный процесс должен стремиться к выполнению того, что д`олжно. Значит, перед нами вопрос о преобразовании должного в реальное. Реальность наёмного труда состоит в том, что он исходит из тех условий, которые для него существуют на данный момент. Он должен быть способен выполнить предъявляемые к нему требования. То есть то, что уже есть, должно соответствовать тому, что должно быть. Это значит, что "бассейн" функции F3 должен быть заполнен "водой" настолько, чтобы её хватило для выполнения работы. Правда, здесь возможно дополнение функции F3 функцией F4, определяемой существование собственных материальных запасов у работника. И получается, что все эти в общем одинаковые вещи нужно подсчитывать. А если так, то мы должны начинать не с требований к сс, а к определению того, какое количество работы сс способна произвести при существующих у неё запасах.
    
       
30. Нам нужен ясный, прозрачный способ рассуждения. Говоря о чем-то, мы должны ясно себе представлять, с каким процессом имеем дело. Для чего мы должны моделировать нечто  посредством процессов, которые являются привычными и существуют в нашем инстинкте. Такими привычными  являются отношения расстояния, скорости и т.п. Что такое расстояние? - это множество каких-то единиц, порций чего-то. Если мы говорим об энергетическом веществе, то мы имеем дело точно с такими же порциями, которые выражаются в единицах измерения. Расстояние - это линейная величина. Порция вещества - величина объёмная. Но и множество единиц расстояния, и множество единиц объёма - это количества, которые могут упорядочиваться линейным образом. И поэтому мы можем одно представлять при посредстве другого, один образ при посредстве другого образа.
31. Второй момент, относящийся к мышлению же - это представление физической стороны при помощи пространственной. Именно, когда мы говорили о бассейне с водой, бассейн представлял собой пространственную сторону, вода - физическую. Определенные количества воды представлялись пространственно отметками в бассейне. Т.о. мы переходили от количеств воды к её пространственным характеристикам, отмечаемым пространственным же образом. Включение и выключение труб осуществлялось не непосредственным измерением объёма воды, но достижением ею определенного уровня в бассейне. Т.о., измерялась линейная характеристика изменения  объёма воды благодаря тому, что бассейн обладает постоянными габаритами, что касается его длины и ширины. Изменения объёма заполняемой жидкости связано только с его высотой. Подобного рода модель может быть принята и относительно желудка, хотя по отношению к нему, если рассматривать его как резиновый пузырь, в качестве измеряемой величины могло бы быть принято давление, что было бы, пожалуй, более адекватным подходом.
32. Как всё это могло бы быть сделано программно?
       Представим себе, что что вода заполняет бассейн слой за слоем. Допустим, что единица жидкости представляет собой единичный куб. Тогда, в соответствии с площадью дна бассейна, мы получили бы производные единицы, представляющие собой заполнение жидкостью одного слоя площади дна бассейна. Тогда отметки по высоте бассейна соответствовали бы какому-то числу таких производных единиц. Значит, если мы создаем программу, которая следует за таким представлением, то мы должны будем из потока жидкости формировать производные единицы объёма, и уже их рассматривать относительно меток в бассейне.
       В единичные интервалы времени, отсчитываемые таймером, в бассейн должно поступать и (или) удаляться какое-то количество воды. При этом нужно взять за правило, что всякий процесс происходит во времени, он не осуществляется мгновенно, то есть вода поступает и удаляется с какой-то максимально возможной  скоростью.
33. Значит, с чем  мы имеем дело: 1. максимальные скорости поступления и удаления воды из бассейна, которыми ограничиваются возможности регулировок. 2. Площадь дна бассейна. 3. Длина ребра единичного куба жидкости. 4. Количественные линейные характеристики меток по высоте бассейна.
        Бассейн функционирует в автоматическом режиме. Этого рода автомат нам и предстоит запрограммировать. Позже можно будет ввести переменные как относительно уровня меток, так и других характеристик работы автомата.
34. Что мы должны задать: 1. площадь дна бассейна. Это - величина постоянная. 2. Скорость вытекания воды из бассейна, выступающая в качестве аргумента функции, которая может изменяться во времени в течение текущего процесса или от процесса к процессу. 3. Скорость поступления воды в бассейн, значение функции. В общем случае это может быть также изменяющаяся величина, но пока она принимается за максимальную величину и функционирует по принципу "да-нет" При этом нужно учитывать, что во время наполнения бассейна вода продолжает вытекать из бассейна. 4. И, конечно, метки и линейные значения воды по высоте. 
35. Теперь нам нужно все эти величины связать между собой. Мы имеем два режима. Режим 1: вытекание воды из бассейна, который пока принимается в качестве постоянного. 2. Поступление воды в бассейн, которое осуществляется периодически.
       Начнём со второго процесса. Аргументом здесь является скорость поступления воды в бассейн v_in - количество единичных кубов, поступающих в единицу времени. Нас интересует время, которое потребуется для формирования единичного слоя воды на дне бассейна. Для этого у нас есть площадь s_дна дна и скорость поступления воды. Тогда время образования единичного слоя воды на дне бассейна: t_e = s_дна/v_in.
       Отсюда  получаем, через сколько времени уровень воды достигнет верхней выключающей отметки. В высоте бассейна h уложится   t_in=h_max*t_ein единиц времени (соответственно, слоёв воды) при условии, что вода из бассейна не вытекает. Тогда во время t_in достаточно будет контролировать достижение водой верхнего уровня, чтобы вовремя выключить воду.
36. Рассмотрим противоположный процесс - вытекание воды из бассейна. Примем, что вода вытекает с постоянной скоростью v_out. Один слой воды вытечет за время t_eout = s_дна/v_out. Тогда, если дан текущий уровень воды, например, если он равен h_max, то нижний уровень h_min будет достигнут через t_{пeреход.}= (h_max - h_min/t_e
37. Очевидно, что для того, чтобы система могла функционировать непрерывно, необходимо, чтобы скорость поступления воды была больше скорости её удаления из бассейна. При этом условии  время, в течение которого бассейн наполнится водой от нижней отметки до верхней будет равно t_нап=t_ein-t_eout
38. Зная начальное количество воды V_нач, можно определить дальнейшее поведение системы.
39. Сказанное относится к идеальной сфере. Эту идеальную сферу можно применить в качестве средства регулировок уровня воды в бассейне. Но наряду с  идеальными вещами мы должны обеспечить реальный процесс.
40. Начнём со скорости удаления воды из бассейна. Для этого мы должны с единицей времени, определяемой таймером,  соотнести число поступающих единиц воды (питательного вещества) и удаляемых. Т.о., скорости v_in и v_out берутся относительно единицы времени  таймера. Как это можно организовать? Это можно сделать посредством введения соответствующих переменных или массива. Ведь вопрос в том, чтобы не запутаться во множестве данных, а это можно сделать, лишь введя соответствующую их организацию. Тем не менее, начнём с простейшего варианта - ввода соответствующих переменных vin, vout. Нам нужно будет их вводить. Для этого воспользуемся окнами типа LEm, соответствующим образом их переименовав. Представляется, что все процессы переименования удобно делать до выполнения программы, привязав их к отдельной кнопке MMpereimenov. Из окон LEm осуществляем перегрузку в соответствующие переменные.
41. Затем по умолчанию введем загрузку в окна типа LEm и в окно LEmass2yslexp нажатием кнопки MMzagrokna. Запускаем программу сс и наблюдаем работу программы.
42. Это довольно разные вещи - обсуждение содержательной стороны дела, то есть того, что программа должна делать, и формирование самой программы. Это разные вещи - обсуждение того, что должна делать программа и вопросы, которые связаны с формированием самой программы. Поэтому эти две стороны дела хотя и постоянно соотносятся друг с другом, и содержание (то, что должна делать программа) и его форма (средства и способы, посредством которых программа реализует содержание), и в процессе работы содержание выступает в качестве определяющей стороны, а формирование новых форм делают возможным выражение всё новых, более точных содержаний, тем не менее, каждая из сторон обладает своей специфичностью и требует отдельного обсуждения.
       В соответствии со сказанным, на следующем занятии мы займемся техническими вопросами, связанными с формированием программы.
    
       22.05.09 г.