Технический менеджмент

Лекция 1. ПРЕДМЕТ ТЕХНИЧЕСКОГО МЕНЕДЖМЕНТА. История изобретательства.
Cегодня мы начинаем изучение совершенно нового предмета, которо го пока не существует в программах вузов. Нам с вами вместе предстоит создать этот предмет, так как от вашей активности и готовности к твор честву будет зависеть содержательность и наполненность занятий. Итак, что же такое технический менеджмент? Менеджмент-это управ ление производством, совокупность принципов, методов, средств и форм уп равления производством, которые разрабатываются и применяются с целью повышения эффективности производства и увеличения прибыли.
Технический менеджмент - это совокупность принципов, методов, средств и форм управления техникой, а точнее развитием техники. Но разве можно научиться управлять тем, не знаю чем? Можно ли уп равлять развитием техники, не зная механики, сопромата, электротехни ки, физики, теории машин и механизмов, материаловедения, обработки матери алов-всех знаний, которые дает технический университет или вуз? Однако все мы пользуемся техникой и управляем ею, не зная даже принципов ее устройства: утюг, телефон, телевизор, автомашина - мы ис пользуем только их функциональные свойства.
Но вот надо отремонтировать вещь - и мы вынуждены или обращаться к специалисту, или узнавать принципы ее работы и особенности связей между ее деталями. А чтобы усовершенствовать вещь, надо уже знать и физические законы, которым она подчиняется и физические свойства ее деталей.
А уж для создания новой вещи необходимо, очевидно, владеть всеми знаниями о будущей вещи - ее физикой, химией, знать математические за кономерности, описывающие взаимодействие ее деталей между собой и с внешним миром.
Как же управлять развитием техники, не владея всей суммой этих знаний ? Ведь невозможно овладеть всеми знаниями во всех областях тех ники !
Как же быть ? Стать узким специалистом в какой-то области можно - так и делают, но в результате остаются обнаженными стыки наук, где как раз и спрятаны новые открытия. Именно поэтому многие новые откры тия делали дилетанты. Что такое дилетант ? Дилетант - это любитель, занимающийся каким-то искусством или наукой без специальной подготовки. - 2
Академик Образцов / отец артиста С. В. Образцова, который создал "Театр кукол" в Москве / говорил, что " Новое в науке и искусстве чаще всего открывают любители, потому что у нового нет профессии. Паровозник вряд ли изобретет электровоз. Он будет все время улучшать отдельные части парового двигателя, а любитель догадается воткнуть электромотор. Станиславский - любитель, и Эдисон, и Циолковский и Форд. В общем, профессионал, выросший из любительства, чаще всего новатор ". Основы многих наук были заложены дилетантами. Теплотехника / врач Р. Мейер, пивовар Д. Джоуль, врач Г. Гельмгольц /; математика / юристы А. Ферма и Г. Лейбниц, биолог Л. Эйлер, врач Д'Аламбер, цирюльник С. Пуас сон, военный Р. Декарт /; юрист Э. Хаббл - автор теории разбегания га лактик ; лингвист Ч. Таунс - один из авторов лазера, врач Р. Эшби - один из основателей кибернетики.
Я не призываю вас к дилетантизму во всем. Принцип хорошего спе циалиста : все знать о немногом и понемногу обо всем. Но как говорил исследователь творчества Петр Климентьевич Энгельмейер в книге, издан ной в 1910 году "Дилетантизм имеет одну хорошую сторону и одну дурную. Хорошая его сторона, т. е. сила дилетанта, состоит в том, что его мысли свободны для новых комбинаций, не будучи заранее парализованы традици ей школы. А слабость дилетанта сказывается в плохом отстаивании своих идей, так как ему не достает той эрудиции, которая необходима для прочного обоснования идей".
То есть надо и быть дилетантом и не быть им. Это диалектическое противоречие. В процессе изучения технического менеджмента мы будем с вами на практике разрешать, продуктивно разрешать это противоречие. Оказывается, как доказали своими работами наши ученые-дилетанты Г. С. Альтшуллер, Ю. П. Саламатов, Б. Л. Злотин, А. В. Зусман и другие - су ществуют общие законы развития технических систем, зная которые можно прогнозировать развитие конкретной технической системы.
Законы развития технических систем и возможность прогнозирования их развития будут первыми темами наших занятий.
В результате анализа и обобщения основных приемов, используемых изобретателями на базе изучения свыше 40 тысяч заявок и патентов, ро дилась теория решения изобретательских задач /ТРИЗ/, с которой мы с вами должны познакомиться. Эта теория использует понятие Веполя - ве щества и поля, их взаимосвязей при решении конкретных изобретательских - 3
задач. Теория веполей также будет предметом нашего изучения. В резуль тате этого же анализа были изучены и выделены системы стандартов, для решения изобретательских задач, множество физических, химических, ме ханических и геометрических эффектов, а также общих приемов решения задач. По возможности, вы будете знакомиться со всем этим арсеналом... Вы познакомитесь в теории и на практике с алгоритмом решения изобретательских задач АРИЗ-85, формальным аппаратом, который помогает выделить техническое противоречие и разрешить его.
В наш век персональных ЭВМ грешно не использовать их возможности. Кафедрой менеджмента в машиностроении по инициативе профессора Г. В. Да выдовой приобретены две программы, реализующие наработки ТРИЗ'а. Это программа "Дебют" - своеобразный справочник стандартов, эффектов и приемов, и программа "Изобретающая машина" - программа для изобретате лей, прошедших курс обучения ТРИЗ'у.
С обеими этими программами мы с вами познакомимся, а с програм мой "Дебют" вы будете самостоятельно работать.
Завершим мы наш курс знакомством с законами развития творческой личности. Думаю, что в конце курса вы сами определите, стоит ли выби рать эту судьбу.
Цель нашего предмета раскрепостить ваше мышление, показать, что не боги горшки обжигают, и целеустремленный человек может решить любые задачи, которые ставит перед ним техника и жизнь.
Хотелось бы, чтобы в результате изучения технического менеджмента хотя бы у некоторых из вас родились собственные идеи-изобретения, ко торые вы захотели бы осуществить. В этом случае по этим идеям вы раз работаете под руководством профессора Давыдовой Г. В. бизнес-план и по пытаетесь реализовать его на практике. ИСТОРИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСТВА.
История человечества неразрывно связана с историей техники. Тех ника возникла одновременно с образованием человеческого общества. Че ловек вынужден был изобретать, чтобы выжить . Но и техника формировала человека, создавала предпосылки для возникновения новых потребностей. Такова диалектическая взаимосвязь между человеком и техникой. Техника часто напоминает джинна, выпущеного из бутылки. Только этого джинна загнать в бутылку уже не удастся. - 4
Я напомню основные изобретения человечества, а вы подумайте, что они с человеком сделали.
Праща, палица, нож, топор, копье, лук и стрелы, меч, шлем, щит, латы; колесо, колесница, телега, карета; дом, стена, крепость; лодка, корабль, парус, мельница; порох, пушка, снаряд, ружье, пулемет, автомат; паровая машина, паровоз, пароход;
электромотор, эл. лампочка, трамвай, троллейбус, электропоезд; автомобиль, трактор, танк, самолет; ракета;
химическое оружие, химиотерапия, удобрение, синтез материалов; телефон, телеграф, радио, телевидение, ЭВМ, голография, лазер; генетика, синтез живых существ, биологическое оружие; атомная энергия.
Большинство этих изобретений сделаны методом проб и ошибок (МПиО). Этот метод известен человечеству с древнейших времен, но был сформули рован в 1898 году. Американский психолог Э. Торндайк обосновал и приме нил МПиО в своих исследованиях по обучению. Он считал, что главное в решении задач - это приобретение мыслительных навыков, которые появля ются в результате множественного повторения хаотичных попыток. Т. е. человек обучается по принципу кошки в "проблемной" клетке: голодная кошка, посаженная в клетку, будет метаться по ней, пока случайно не откроет. Второй раз она откроет клетку быстрее, а на каком-то этапе начнет открывать сразу. Муравей на бесконечной былинке.
Исследования интеллекта животных в "проблемном" ящике: 10 дверей, одна открыта, корм в третьей двери справа от открытой. Кривая числа ошибок для разных животных имела вид 1 число % орангутанг ошибок ¦ 2/ ¦ 2 ¦ 2 ___________ жвачные ¦ 2 ¦ 2 __ собака, крыса, свинья L-----------------------------6 номер опыта 0
Может быть так же дрессируется и изобретатель на опыте решения множества задач? - 5
Вот пример из истории изобретательства - история изобретения Ч. Гудьиром способа получения резины вулканизацией каучука. Плащи Ма кинтоша (патент 1823 г. ) - путь Ч. Гудьира: идея-фикс, нищета, долги, голод, тысячи попыток, пары кислоты и, случайно, - нагрев, 1841 год год изобретения резины. Патент, покупатели, умер в 1860 году, оставив 200 тысяч долларов долга. К этому времени 60 тысяч человек на мощных фабриках изготавливали 500 видов изделий на сумму 8 млн. долларов в год. Гудьир решил всего одну задачу - причем ему невероятно повезло, т. к. многим изобретателям, решавшим эту и подобные задачи, не хватило жизни, и они так и остались в безвестности.
В конце ХIХ века начал складываться новый тип изобретате ля, опирающегося на науку и внедряющего в технику ее достижения. Одна ко это был все тот же слепой МПиО.
Пример такого изобретателя - немецкий врач, бактериолог, химик и биохимик, основатель химиотерапии П. Эрлих (1854-1915). Принцип МПиО незнание обменивается на время ("чем меньше знаем, тем дольше ищем"). П. Эрлих, поставив задачу "химически прицеливаться в микроба возбудителя болезни", твердо верил в успех и не остановился после 300, 400, 500 неудачных опытов. 606-й препарат, названный Эрлих-606, или сольварсан, принес ему триумф. 914-й -(новарсенол) - оказался еще более эффективным. В 1907 году Эрлих совместно с Бертхеймом победил считав шийся ранее неизлечимым сифилис и получил в 1908 году Нобелевскую премию (совместно с И. И. Мечниковым).
Другой пример приверженца и триумфатора слепого МПиО - знамени тый Томас Алва Эдисон - американец из семьи голландских переселенцев (1847-1931). Имел начальное образование. С 12 лет работал : продавец газет, телеграфист. С 1868 года занялся изобретательством, открыл мас терскую в Нью-Арке. Там изобрел прибор для передачи информации о бирже вых курсах, усовершенствовал пишущую машинку.
С 1876 по 1887гг. - крупная лаборатория с мастерскими в Менло-Пар ке. Там усовершенствовал телефон, изобрел фонограф, лампу накаливания, различную электротехнику (патрон, выключатель, счетчик), электрифици ровал железную дорогу, изобрел магнитную сепарацию руды, наблюдал тер моионную эмиссию, создал первую в мире электростанцию постоянного тока общего пользования в Нью-Йорке. Осуществил крупные коммерческие опера ции по продаже своих изобретений. - 6
С 1887 по 1931г. возглавил организованный им исследовательский центр в Уэст-Ориндже. Там усовершенствовал фонограф, кинокамеру, изоб рел диктофон, аппарат для записи телефонных разговоров, ж/д тормоза, железо-никелевый аккумулятор. Всего 1093 изобретения!
Пример его работы - изобретение лампы накаливания. Взяв за осно ву лампу Лодыгина (угольные стержни в вакууме - 1873 г. ), Эдисон в 1878 году приступил к решению этой задачи. Он пробовал все подряд : нить из обугленной бумаги светилась 8 минут, из платины - 10 минут. Нити из сплава титана с иридием, бора, хрома, молибдена, осмия и нике ля дали плохие результаты. Обугленная хлопчатобумажная нить после 1600 материалов - 13, 5 часов, а через 14 месяцев проб нить из обуглен ного картона - 170 часов, из обугленного бамбука (от футляра японского веера)- 1200 часов ! Это был 1879 год - позади около 6000 опытов. Перебор огромного числа вариантов - главный недостаток слепого МПиО. Изобретая щелочной аккумулятор, Эдисон получил положительный ре зультат после 50 тысяч опытов. Как же он успел их сде лать? И здесь мы приходим к главному изобретению Эдисона - он изобрел научно-исследовательский институт. 50 тысяч проб он поделил на 1000 сотрудников. Простая идея дала великолепный результат. Казалось, что с главным недостатком МПиО покончено навсегда. Наступил ХХ век, и НИИ стали расти, как грибы. Вот статистика США : 1920 - 300, 1930 -1600, 1940 - 2200, 1967 - 15000. К 70 - 80 годам во всех развитых странах ма териальные и людские ресурсы были исчерпаны, и рост средств на науку и технику остановился на уровне своего"потолка" - темпов роста нацио нального дохода.
При совершенствовании МПиО шли по двум путям. Путь первый - ак тивизация перебора вариантов. Здесь нужно отметить морфологический ме тод, его блеск и нищету. Блеск - т. к. он способен дать огромное коли чество вариантов, и нищету - т. к. из этих вариантов 99% будут пустыми и нет критерия их отбора. Суть морфологического метода в создании таб лиц или ящика, где по осям перечисляются основные показатели или свой ства вещи. Например, если по одной оси - 20 материалов, а по другой 20 форм, то имеем 400 вариантов различных комбинаций материалов и форм. Если осей не две (таблица), а три (ящик) или больше, то число вариантов резко возрастает.
Прообразом морфологического метода можно считать "Арс магна" - 7
("Великое искусство") Раймундо Луллия (1235- г. Пальма на острове Маль орке, -1315 - Тунис). Его жизнь и смерть.
Прибор Луллия : две окружности по 16 частей дают 256 сочетаний, а 14 окружностей - 70 квадриллионов сочетаний.
В современной форме морфологический анализ применил астрофизик Ф. Цвикки (Швейцария) для классификации звезд и предсказал существова ние нейтральных звезд. Когда Цвикки привлекли к американским ракетным разработкам, он тоже применил свой морфологический анализ к технике. Второй путь - увеличение степени фильтрации идей. Здесь надо от метить методику мысленных экспериментов. Знание объективных закономер ностей в природе, научные знания позволяют просеять множество вариантов сквозь научное сито, отбросив заведомо, очевидно пустые, то есть вмес то физического эксперимента поставить мысленный эксперимент. В случае применения ЭВМ речь идет о математическом моделировании и эвристичес ком программировании. При поиске оптимального решения создается мате матическая модель процесса или устройства, с помощью функции описыва ющая связь между компонентами процесса или деталями устройства. Зада вая различные исходные данные, можно получить тысячи вариантов решений. Вопрос встает о критерии отбора. И здесь в полной мере сказывается субъективность критерия, которая может увести решение с правильного пути.
Кроме того, отказываясь от физических экспериментов, мы лишаемся побочных результатов. Пропадает так называемый "эффект Колумба" : ис кал Индию, а открыл Америку. Зашоренность человека на определенную цель играет с ним скверные шутки. Так, Эдисон наблюдал термоэмиссионное свечение, но даже не запатентовал его, посчитав забавным фокусом. А исследование этого процесса привело к открытию электрона и стало осно вой ламповой электроники.
Итак, недостатком является логичность ЭВМ, поиск по определен ному алгоритму в заданных условиях, отсутствие диалектической логики, отсутствие постановки и решения технического противоречия.
"Усредняя мнения гениев, мы в лучшем случае получим мнение посредс твенности. Убирая противоречивые мнения - обедним модель экспертных знаний. Остается один путь - искать логику работы с противоречиями, что, конечно, не так-то просто"(Шрейдер Ю. А. "Природа", 1986, N10). Новые убытки от МПиО : 50% поисковых работ закрывается; 25% из - 8
оставшихся не выдерживают требований производства и лишь 20% приносят успех фирме.
МПиО не дает возможности увидеть новые задачи. Менисковый телес коп Максутова мог быть изобретен еще во времена Ньютона. Идею лазера советский ученый Фабрикант предложил в 1939 году, в 1951 подал заявку на изобретение, которая экспертами была разбита в пух и прах. Решение было пересмотрено только в 1964 году.
Пенициллин предложил Флеминг в 1929 году, но оказывается в 1871 году его предлагали русские врачи Манассеин и Полотебнов, в 1906 году - болгарин Григоров. МПиО ответственен за отсутствие критериев оценки новых идей.
За год до изобретения телефона в 1876 году был арестован человек по обвинению в попытке получить в банке кредит под фальшивым предлогом. Он предложил телефон.
Вспомним истории Илизарова, Федорова. Рассказ о нашей истории со стальным пакетом.
В борьбе с инерционностью мышления на западе стали предлагать психологические способы борьбы. В 1957 году Алекс Осборн предложил ме тод мозгового штурма(МШ).
Биография автора МШ : стройка, посыльный, клерк, помощник уп равляющего малого завода (новые изделия), компаньон рекламной фирмы. Предложил МШ в 1937 году и после 20 лет эксплуатации опубликовал ре зультаты.
Основная идея мозгового штурма : процесс генерирования идей необ ходимо отделить от процесса их оценки.
Боязнь участников - критика- гибель идей в зародыше. Осборн зап ретил критику - поощрялись все идеи, даже шуточные. В группу генерато ров не включают руководителя, а процесс генерирования ведут в непри нужденной обстановке с записью на магнитофоне. Полученный материал оценивается группой экспертов.
Философская основа МШ - фрейдизм : море подсознательного регули руется тонким слоем сознания. Оно удерживает нас от нелогичных поступ ков, налагает массу запретов. Но изобретение - это преодоление привыч ных представлений о возможном и невозможном. Мозговой штурм создает в пиковые моменты условия для прорыва смутных иррациональных идей из подсознания. . - 9
С МШ первые 10-15 лет связывали большие надежды. Однако потом оказалось, что он хорошо "берет" организационные задачи, а современные изобретательские задачи штурму не поддаются. Г. С. Альтшуллер неоднок ратно наблюдал, как при МШ решающая идея тонула в массе ложных идей. Среди многих попыток улучшить метод МШ следует отметить синекти ку, разработанную У. Гордоном (США). У. Гордон тоже не психолог. Сменил 4 университета, не окончив ни одного, перепробовал полтора десятка профессий, получил полсотни патентов на изобретения. В 1952 году Гор дон организовал первую постоянную группу для решения изобретательских задач. К 1960 году группа выросла в фирму "Синектикс инкорпорейтед", принимавшую заказы на решение задач и обучение творческому мышлению. Суть синектики : постоянные группы, не боящиеся критики, стимуля ция операционных процессов (использование аналогий) и нетрадиционных (неуправляемых) процессов - интуиции, вдохновения. Большое внимание уделяется пониманию проблемы и постановке задачи, при этом важно уметь превращать непривычное в привычное и наоборот. Использование аналогий: прямой ( например из природы ), личной (эмпатия - представить себя объектом), символической и фантастической.
Возвращаясь к морфологическому методу, Альтшуллер предлагает уни версальную таблицу, пригодную для морфологического анализа многих механических систем. Такую таблицу называют фантограммой. По вертикали отложим : химсостав, физ. состояние, инфраструктура системы, система, надструктура системы, направление развития, воспроизведение, энергоо беспечение, передвижение, сфера распространения, управление, назначе ние. По горизонтальной оси отложим перечень приемов изменения: умень шить, увеличить, объединить, разъединить, раздробить, заменить на ан тивещество, ускорить, замедлить, сместить по времени назад, вперед, сделать свойство меняющимся во времени, постоянным, отделить функцию от объекта, изменить связь со средой. Фантограмма дает 144 сочетания, из которых 20-25% не лишены смысла. . Лекция 2. История ТРИЗ. Структура современной ТРИЗ. Основные цели и понятия ТРИЗ.
На предыдущей лекции мы ознакомились с методом проб и ошибок и различными способами его усовершенствования: морфологический метод, научно-исследовательские институты, математическое моделирование, ме тод мозгового штурма, синектика.
Все эти методы имеют одну общую основу: они ставят в центр чело веческое ЭГО и его возможности. Теория решения изобретательских задач, предложенная впервые в нашей стране и в мире Г. С. Альтшуллером, предла гает для решения задач иную основу : изучение законов развития техни ческих систем.
Признается, что технические системы развиваются по объективным (т. е. не зависящим от воли человека) внутренним закономерностям, диа лектически преодолевая возникающие противоречия. Если познать эти законы, то можно предугадать, предвидеть путь развития конкретной тех нической системы.
Игнорирование этих законов, порожденных эгоцентризмом человека, и является причиной неэффективности известных методик.
Альтшуллер поставил целью создать эвристическую программу, заме няющую перебор вариантов целенаправленным продвижением в район реше ния. Работу эту он начал в 1946 году (ему тогда было 20 лет). Первона чальной целью было найти приемы, помогающие в изобретательской практи ке. Альтшуллер понял, что "изобретение способа изобретать" - проблема намного более интересная. "Обычным" изобретениям отводилась роль подо пытных кроликов, на которых испытывался алгоритм решения изобретатель ских задач.
Альтшуллер был человеком с активной жизненной позицией, считал, что все разумное - действительно, смело обращался со своими предложе ниями к вершинам власти. Результатом стал ГУЛАГ. Но и в лагере Аль тшуллер продолжал продумывать свою систему. В 1956 году впервые в "Вопросах психологии" N6 появилась публикация, излагающая основные идеи новой науки: понятия технического противоречия, идеального конеч ного результата решения, приемов разрешения технических противоречий. Там же была сформулирована программа дальнейшей работы по развитию ТРИЗ, которая активно выполняется уже около сорока лет. - 2
Первая публикация не привлекла внимания. Положение изменилось только в 1959 году, когда "Комсомольская правда" рассказала о практи ческих результатах, которые дает ТРИЗ. Вслед за этим ее основные прин ципы были изложены в журнале "Изобретатель и рационализатор"N10. В течение года на страницах журнала проходила дискуссия.
В 1961 году экспертный совет Комитета по делам изобретений и открытий рассмотрел и одобрил работу по методологии избретательства. В 1968 году после многолетних обращений Альтшуллера в ЦС ВОИР, оставав шихся без ответа, ЦС ВОИР организовал трехдневное совещание по вопро сам разработки и пропаганды методов технического творчества. В соот ветствии с решением этого совещания в конце 1968 года в Дзинтари был проведен первый всесоюзный семинар по обучению методам технического творчества, неделя которого была отведена на изучение АРИЗ. Ряд спе циалистов, которые участвовали в этом семинаре, начали обучать АРИЗ в своих городах.
В конце 1969 года ЦС ВОИР, рассмотрев результаты годичной работы по обучению творчеству, организовал Общественную лабораторию методоло гии изобретательства(ОЛМИ) под руководством Альтшуллера. В 1970 году в Баку был создан первый в стране Азербайджанский общественный институт изобретательского творчества (АЗОИИТ). В течение нескольких лет в нем изучали АРИЗ самые разные слушатели : от школьников до кандидатов наук. В 1972 году школы ТРИЗ появились в Днепропетровске, Горьком, Курске, Волгограде, других городах. В 1974 году в Баку приехала группа препо давателей института повышения квалификации руководящих кадров при Совете Министров Польской Народной республики. В Горьком было проведе но областное совещение по ТРИЗ, которое фактически превратилось во всесоюзное.
ТРИЗ успешно развивалась во многих городах. Это стало вызывать недовольство тогдашнего руководства ЦС ВОИР, которому нужны были од на-две "ручные" школы методологии изобретательства для отчетности, но не хлопоты и сложности, связанные с массовым изобретательским движени ем вокруг ТРИЗ. В октябре 1974 года в Москве на ВДНХ была проведена научно-практическая конференция "Эвристика", организованная ЦС ВОИР. В рекомендациях конференции работа ОЛМИ получила высокую оценку, но на следующий день решением ЦС ВОИР ОЛМИ была объявлена закрытой. Вместо нее была создана комиссия "Эвристика", в которую были включены сотни . - 3
людей, не имевших отношения к изобретательству. Однако закрыть работу уже не удалось, хотя группе преподавателей во главе с Альтшуллером пришлось уйти из АзИИТ, а представители ЦС ВОИР объявляли всюду, что "ЦС ВОИР закрыл АРИЗ". Чиновники в нашей стране уверены, что по их приказу можно и "закрыть" и "открыть" новую науку.
Школы ТРИЗ, которыми руководили энтузиасты, продолжали работать в большинстве городов вопреки решению ЦС ВОИР. Местные руководители, убедившиеся в эффективности ТРИЗ, активно ее поддерживали. Появлялись все новые и новые школы ТРИЗ. В книгах и журналах ВСНТО "Техника и на ука" с 1979 по 1984 гг. почти в каждом номере публиковались материалы по ТРИЗ. С 1980 года были проведены учебные семинары по ТРИЗ в круп нейших городах Союза: Москве, Ленинграде, Свердловске, Новосибирске, Днепропетровске, Уфе, Ярославле, Куйбышеве, Ростове-на-Дону, Кишиневе, Норильске, Пензе, Владивостоке, Симферополе, а также в районных цент рах. Семинары стали популярными, на многих из них собирались группы по 50 и более человек из разных городов страны.
Ускорились темпы разработки ТРИЗ, подготовка преподавателей, исследователей ТРИЗ. С 1980 года регулярно проводятся конференциии преподавателей и разработчиков ТРИЗ (в 1980, 82, 85, 87 - в Петрозаводс ке, в 1984 - в Новосибирске, в 1988 - в Миассе). Появились новые школы ТРИЗ. Сейчас обучение и работа по ТРИЗ ведется более чем в 200 горо дах. Работает государственный центр обучения ТРИЗ в Болгарии, в бывшей ГДР. Книги по ТРИЗ переводились за рубежом : в Болгарии, ПНР, ГДР, Вь етнаме, США, Англии, Франции, Швейцарии, ФРГ, Финляндии. По сообщению английского журнала "Технология" в аэрокосмической промышленности США работает 80 групп специалистов, использующих ТРИЗ. Тиражи книг за ру бежом во много раз превышают отечественные.
Занятия ТРИЗ с врачами, рабочими, журналистами, социологами, учителями, биологами и так далее показали, что овладение ТРИЗ вполне доступно и полезно и нетехнической аудитории.
ТРИЗом стали заниматься с детьми школьного и даже дошкольного возраста.
Методы ТРИЗ начинают применяться не только в технике, но и в со циологии, педагогике, искусстве. Какова же структура современной ТРИЗ ?
Мы уже говорили, что основой ТРИЗ является изучение объективных законов развития ТС(технических систем). Эти законы исследовались при - 4
изучении и анализе свыше 40 тысяч авторских свидетельств на изобрете ние, которые составляют информационный фонд ТРИЗ.
В результате изучения этого фонда были выявлены технические при емы разрешения технических противоречий и использумые при этом эффекты (физические, химические и геометрические).
Для описания технической системы используется вепольный анализ, с помощью которого представляют взаимодействия основных деталей ТС между собой и со средой.
В результате анализа ТС формулируют техническое противоречие(ТП), физическое противоречие(ФП) и идеальный конечный результат(ИКР). Реше ние задачи ищется или применением системы стандартов, которая основы вается на совокупности приемов и эффектов, или, если задача нестан дартная, то применением алгоритма решения изобретательских задач(АРИЗ). В целом структуру ТРИЗ можно представить в виде схемы. 1 С Т Р У К Т У Р Н А Я С Х Е М А Т Р И З
------------------------------------------------------------------¬ ¦ ¦ ¦ -----------------¬ ¦ ¦ ---->----+ Р Е Ш Е Н И Е +-------+ А Р И З ¦ ¦ ¦ ¦СТАНДАРТОВ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ L------T--T--T- ---------------¬ L-T--T-T----- ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ Т П , Ф П , ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ L----- ¦ ¦ ¦ ¦ ^ ^ L-------T------- ^ ^ ¦ ¦ ¦ L-----¬ ^ --------- ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ --------+------¬ ¦ ¦ ¦ ¦ -------+-------¬¦ ¦ ВЕПОЛЬНЫЙ ¦ ¦ -------+------¬ ¦ ¦ ¦ ЭФФЕКТЫ ¦¦ ¦ АНАЛИЗ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦геометрически妦 L--------------- ¦ ¦ П Р И Е М Ы ¦ ¦ ¦ ¦физические ¦L------------------+--+ РЕШЕНИЯ ТП ¦ ¦ ¦ ¦химические +-------------------- ¦ ¦ ¦ ¦ L--------------- L-------------- ¦ ¦ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ¦ ¦ -----+---+----+---+---+----+----+---¬ ¦ ¦ ¦ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ¦ ¦ ¦ L------------------------------------ ¦ ¦ ¦ L----------------------------------------------------------------- 0 . Лекция 3. Законы развития технических систем. 1. Основные понятия технических систем(ТС).

Система - это множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство. Начало науки о системах и системном подходе связано с тремя именами.
Богданов Александр Александрович (1873-1928) - Малиновский экономист, философ, политический деятель, ученый-естествоиспытатель, окончил медицинский факультет Харьковского университета (1899), народ ник, с 1896 года - член с. д. партии, с 1903 г. - большевик, член ЦК на 3, 4, 5 съездах, в 1905-1907 гг. вместе с Л. Б. Красиным возглавлял боевую техническую группу, организовал "каприйскую школу", группу "Вперед", в 1909 исключен за фракционную деятельность, после 1917 года в Коминака демии, лекции по экономике в МГУ, организовал Пролеткульт. С 1921 года целиком ушел в геронтологию и гематологию, организовал первый в мире институт переливания крови (1926), умер в результате эксперимента по переливанию крови на себе. В труде "Всеобщая организационная наука" (т. 1, 2 1913-1917гг. ) выдвинул идею создания науки об общих законах ор ганизации - тектологии - пионер системного подхода. В тектологии пред восхитил идеи кибернетики ( принцип обратной связи, идея моделирования и др. ). БСЭ, т. 3, с. 442.
Вернадский Владимир Иванович (1863-1945), естествоиспытатель, выдающийся мыслитель, минералог и кристаллограф, основоположник геохи мии, биогеохимии, радиогеологии, учение о биосфере и ноосфере(сфере разума), основал науковедение.
Котарбинский Тадеуш (1886 - в 1973 жив) польский философ и ло гик, президент Польской АН (1957-1962гг. ). автор работ по теории поз нания, логике, методологии науки, этике, праксиологии - логической те ории действия. Основные системные принципы:
целостность - принципиальная несводимость системы к сумме свойств составляющих ее элементов и невыводимость из них свойств целого; зависимость каждого элемента, свойства и отношения сис темы от его места, функций внутри целого; - 2
структурность - возможность описания системы через установление ее структуры, т. е. сети связей и отношений; обусловленность пове дения системы поведением ее отдельных элементов и свойствами ее структуры;
взаимозависимость системы и среды - система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой, являясь ведущим активным компонентом взаимодействия;
иерархичность - каждый компонент системы является системой, а сама система является компонентом более широкой системы;
множественность описания каждой системы - в силу принципиальной сложности системы ее адекватное познание требует построения мно жества различных моделей, каждая из которых описывает определен ный аспект системы. Системы бывают материальными и абстрактными:
материальные: системы неорганизованной природы и живые ( от био до соц. );
абстрактные: продукты человеческого мышления (теории, гипотезы и т. д. ).
Системное свойство может быть полезным для человека (именно тем, ради которого система создана) и вредным, побочным, возникшим наряду с полезным. Неожиданное свойство может быть и полезным - тогда его на зывают сверхэффект. Пример - аспирин, разжижение крови и лечение ин фарктов.
Элементы, составляющие систему, называются подсистемами. Они в свою очередь являются системами для своих подсистем и так далее. Сис тема, ее подсистемы и надсистемы образуют иерархию - расположение час тей в порядке от низшего к высшему.
Возможны и другие структуры - ретикулярные (сетчатые), в которых все подсистемы связаны друг с другом сложными обратными связями и не возможно изменить иерархию.
Техническая система может состоять из элементов, размещенных и связанных между собой в пространстве (устройства и вещества) или во времени ( технология, операция, процесс-способ ). Оба вида систем не разрывно связаны и дополняют друг друга.
Цель создания ТС - выполнение комплекса полезных функций, кото рые можно разделить на основные, для выполнения которых создана ТС, второстепенные - для выполнения побочных целей и вспомогательные . - 3 обеспечивающие выполнение основных.
Все эти функции связаны между собой и образуют некоторое иерархи ческое "дерево" функций объекта.
Любую систему можно рассматривать как "черный ящик", реализующий определенную связь между входом и выходом. Связь реализуется функцио нальными звеньями, состоящими из функциональных элементов, которые также делятся на основные и вспомогательные. К последним относятся системообразующие, которые обеспечивают существование системы как це лого.
ТС называется полной, если она может выполнить свои функции без участия человека. Это высшая ступень развития ТС. Большинство ТС явля ются неполными.
За реализацию полезных функций необходимо "расплачиваться". Фак торы расплаты включают различные затраты на создание, эксплуатацию и утилизацию ТС и создаваемые ею вредные функции (засорение среды, ис черпание ресурсов и т. д. ).
Развитие ТС - это процесс ее перехода из одного состояния в дру гое, более совершенное. Степень совершенства ТС определяется в виде отношения суммы выполняемых полезных функций (ФП) к сумме факторов расплаты (ФР) : S ФП И = \\\\\\\\ S ФР
Эта формула качественная. Количественно ее реализовать очень сложно.
Системный подход - это умение воспринимать ТС как единое целое во всей ее сложности, сочетая следующие подходы:
компонентный, изучающий состав системы (наличие надсистем и под систем),
структурный, изучающий расположение подсистем в пространстве и времени,
функциональный, изучающий взаимодействие подсистем и надсистем, генетический, изучающий становление ТС, последовательность ее развития, замену одной системы другой. - 4 2. Этапы развития ТС.
В прошлом веке были установлены некоторые общие закономерности развития биологических систем ( рост колоний бактерий, популяций насе комых, размеров плода во времени ). Кривые, отражающие этот процесс, включали три этапа : медленное нарастание, лавинообразный рост и ста билизация или угасание ( рост огурцов ). В двадцатых годах нашего сто летия было показано, что аналогичные этапы проходят в своем развитии и ТС.
Будем откладывать по вертикали численные значения одной из глав ных характеристик ТС (скорость для самолета, мощность для электрогене ратора), а по горизонтали "возраст" ТС или затраты на ее развитие. Исследовались S-кривые развития кораблей, тракторов, авиации и т. д. Были попытки их математического описания (кривые Гомпеца, Перла, логистическая кривая и т. д. ).
Для нас важно усвоить качественную картину развития ТС и иметь в виду, что S-кривые - это идеализация развития ТС, т. к. ТС создавались разными конструкторами, в разных условиях эксплуатировалиь, поэтому данные о них неточны. Рассмотрим подробнее основные этапы развития ТС. I этап - рождение и детство технической системы.
Новая ТС появляется на определенном уровне развития науки и тех ники при двух главных условиях : есть потребность в системе и есть возможность ее реализации. Эти условия неодновременны, и одно стимули рует другое.
Характер развития ТС определяется уровнем ее новизны. Если это пионерная система, не имеющая аналога, то ее развитию ничего не пре пятствует. На первом этапе движущей силой развития ТС яаляется личный интерес ее создателей (энтузиазм, тщеславие, надежда на обогащение). Тормозом является равнодушие общества и неверие в возможности новой ТС. Действительно, эффективность новой ТС на этом этапе чрезвычайно низка, она убыточна: пользы от новой ТС мало, а затраты огромные. Аналогия с рождением и ростом младенца.
Консерватизм общества активно возрастает, если новая ТС не пио нерная, а идет на смену старой ТС. Здесь добавляется сопротивление и специалистов по старой ТС, и отлаженного для нее производства. Первый - 5
этап характеризуется огромными техническими трудностями, отсутствием средств, высоким уровнем факторов расплаты. Основная работа на этом этапе - уменьшение факторов расплаты. Когда полезность новой ТС осоз нается обществом, наступает второй этап развития ТС.
II этап - период интенсивного развития ТС, которое носит лавино образный характер: новая ТС вытесняет устаревшие системы, порождает множество различных модификаций для разных условий. Общество выделяет огромные ресурсы для развития ТС. Главная движущая сила - общественная потребность, которая рождает три типа претензий к системе:
разрушающие, вызывающие необходимость защиты (коррозия, огонь противника, износ ствола),
вытесняющие - со стороны конкурирующих ТС( например, за принятие на вооружение однотипных самолетов ) или альтернативных ТС, стимулирующие - со стороны систем, которые нуждаются в новой ТС для своего развития.
Ускоренное развитие по типу положительной обратной связи: снаряд броня. В биологии : хищник и жертва. Факторы торможения на этом этапе ослабевают. ТС становится экономически выгодной, но ее развитие может замедляться вследствие чисто технических трудностей. III этап - "старость" и "смерть" ТС.
Основной фактор - стабилизация параметров, несмотря на рост средств и сил. Увеличивается сложность и наукоемкость ТС. Попытки ее совершенствования приводят к падению эффективности. Старая система сменяется новой. Агония старой ТС связана с инерцией общества: матери альной - объективной и психологической - субъективной. Гигантизм как признак вырождения.
Идеальность ТС сначала растет за счет снижения ФР, затем за счет определяющего роста ФП, а на третьем этапе или стабилизируется или падает из-за роста ФР.
Не все ТС умирают: многие консервируются на столетия без измене ний (инструменты, револьвер), некоторые остаются в виде исключений (шары-зонды, парусники).
Развитие ТС связано с изобретениями, количество и качество кото рых меняется на разных этапах развития ТС. Первый этап - малое число изобретений при высоком их уровне, затем число растет, а уровень пада ет. Иногда в момент перехода ко II этапу наблюдается небольшой пик уровня изобретений (при освоении массового производства), а затем уро . - 6
вень их падает. Количество изобретений имеет два местных максимума: в период перехода ко II этапу и во время дряхления системы.
Особенность развития сложных систем заключается в том, что каж дая подсистема, рассматриваемая в отдельности, также проходит все три этапа. Поэтому развитие ТС характеризуется целым пучком S-кривых для подсистем. Развитие ТС лимитирует обычно самая "слабая" ее подсистема. Она становится тормозом всей системы и дальнейшее развитие возможно после ее замены.
Определить положение ТС на S-кривой сложно, но можно, с учетом всех факторов развития. В зависимости от положения ТС задачи разработ чика:
на I этапе - выбор основного направления, наиболее перспективных элементов, снижение ФР,
на II этапе - определить границы быстрого роста, выявить воз можные противоречия и "слабые" подсистемы, искать альтернативную сис тему для замены.
Изучение истории развития ТС показывает, что ТС развиваются по вполне определенным законам. Эти законы развития ТС являются внутрен ними законами, не зависящими от субъективных желаний отдельного чело века. С другой стороны, законы развития обнаружены и установлены чело веком при анализе больших групп фактов и нет уверенности, что в отоб ранную группу фактов попали устойчивые, неслучайные и существенные системы отношения. То есть эти законы являются не абсолютными, а отно сительными и их познание вынужденно идет методом последовательных приближений.
Перечислим основные законы развития технических ситем, которые были впервые сформулированы Г. С. Альтшуллером в 1974 году: 1. Закон полноты частей системы. 2. Закон "энергетической проводимости" системы. 3. Закон согласования ритмики частей системы. 4. Закон увеличения степени идеальности системы. 5. Закон неравномерности развития частей системы. 6. Закон перехода в надсистему. 7. Закон перехода с макроуровня на микроуровень. 8. Закон увеличения степени вепольности. 9. Закон увеличения степени динамичности. - 7 В дальнейшем номера законов обозначаются : 1. С. - первый по Саламатову, 1. А. - первый по Альтшуллеру.
Римскими цифрами обозначены номера законов в нашем изложении.
1С. 1А. Закон полноты частей системы гласит, что необходимым ус I ловием принципиальной жизнеспособности ТС является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы.
Каждая ТС должна включать 4 части: двигатель(Дв), трансмис сию(Тр), рабочий орган(РО) и орган управления(ОУ). Для синтеза ТС не обходимо наличие этих частей и их минимальная пригодность к выполнению функций системы. Если хотя бы одна часть отсутствует, то это еше не ТС, а если хотя бы одна часть не работоспособна, то ТС не выживет. 1
-------------¬ -----¬ ------¬ -----¬ --------¬ ¦ Источник +-----¦ Дв +------+ Тр +------------+ РО +----+Изделие¦ ¦ энергии(ИЭ)¦ L-T--- L--T--- L-T--- L---T--- L------T------ ¦ ---+--¬ ¦ ¦ L-------------+---------+ ОУ +--------------+----------- L----- 0
Первые ТС развились из орудий труда: требовалось увеличение по лезной функции, а человек не мог обеспечить мощность. Тогда сила чело века заменялась двигателем, появилась трансмиссия, а орудие труда превращалось в рабочий орган: 1
-----------¬ --------¬ --------¬ ------------¬ ¦Человек, ¦ ¦ Орудия¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦его органы+------6¦ труда +-----6¦РО + Тр+----6¦РО+Тр+Дв+ОУ¦ L----------- L-------- L-------- L----------- 0
На примере плуга (неолит), отвал, металлический (XVIII век), трактор (XX век).
На первом этапе развития ТС некоторые ее элементы могут выпол нять двойную функцию: лук - ТС: стрела(РО), тетива(Тр), Дв(тетива и дуга), человек(ИЭ+ОУ). Тетива выполняет двойную функцию.
При развертывании ТС становится более управляемой. Чтобы ТС была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна ее часть была управляемой. Реальные ТС включают в себя ИЭ и Изделие.
При анализе ТС очень важно правильно определить ее составные части. Полезно задавать такую серию вопросов: - 8 Что обрабатывается ? - Изделие Куда подводится энергия ? - РО Через что проводится энергия ? - Тр. От чего подводится энергия ? - Дв. Источник энергии для Дв ? - ИЭ
¦¦Итак, уточняем первый закон : Любая ТС должна иметь 4 части, ¦¦все части должны быть работоспособны и хотя бы одна из них ¦¦хорошо управляемой.
В процессе развития ТС происходит поэтапное вытеснение из нее че ловека, т. е. техника постепенно берет на себя функции, которые раньше выполнялись человеком.
Вытеснение человека из ТС освобождает человека от физически тя желого, монотонного труда для более творческой интеллектуальной дея тельности. Говорят, это прогрессивный путь развития человечества. Но здесь надо определить понятие прогресса, которое неразрывно связано со смыслом жизни. ( Небольшое лирическое отступление. Диалог о смысле жиз ни, о любви и творчестве, их тождестве. Недостаточно освободить чело века от физического труда и накормить его. )
Существуют два пути вытеснения человека. Путь первый - замена его имитирующими устройствами - роботами, выполняющими его операции. Этот путь в большинстве случаев механический и тупиковый. Второй путь - отказ от "человеческого" принципа работы, от "человеческой" техноло гии, рассчитанной на человеческие возможности и интеллект. Настоящее вытеснение человека возможно только после выявления , упрощения и "обесчеловечивания" выполняемых функций.
Пример - штамповка деталей: человек, робот и роторно-конвейерная линия (РКЛ).
(Небольшое техническое отступление. ) РКЛ создана в нашей стране в 30-х годах коллективом во главе с Кошкиным Л. П. Это типичный пример вытеснения неустаревшей ТС новой, более совершенной. Принцип работы РКЛ на рисунке. Переизобретена на Западе в 50-х годах. В полной ТС имеются три функциональных уровня:
1 - исполнительный, рабочие органы, выполняющие основные функ ции. 2 - управление рабочими органами. - 9 3 - сбор и обработка информации и принятие рещений.
На каждом уровне есть основные элементы системы: инструмент (исп. орган), преобразователь и источник энергии.
Последовательность вытеснения из ТС человека можно представить в табличной форме. 1
-----------------T-----------------------------------------¬ ¦ ¦ Э Л Е М Е Н Т Ы ¦ ¦ Уровни +---------------T----------------T--------+ ¦ ¦Исполнит. органы¦ Преобразователи¦Источник¦ +----------------+---------------+----------------+--------+ ¦1. Исполнительный¦ Инструмент ¦ энергии ¦энергии ¦ ¦2. Управления ¦ Устр-во упр-я ¦ команд ¦команд ¦ ¦3. Информационный¦ Датчики ¦ информации ¦решений ¦ L----------------+---------------+----------------+-------- 0
Вытеснение человека из ТС происходит слева направо и сверху вниз. Развитие начинается с досистемного уровня (человек-зверь) и идет поэтапно:
с исполнительного уровня: этап 1. 1 - появление инструментов этап 1. 2 - простые механизмы (рычаг, лук) этап 1. 3 - ветер, вода, пар
с уровня управления: этап 2. 1 - устройства управления механизмами (руль корабля, элероны у самолета) этап 2. 2 - механизмы-преобразователи команд в системах управления (сервомоторы) этап 2. 3 - источники команд управления (копиры)
с информационного уровня: этап 3. 1 - инструменты получения информа ции ( датчики ) этап 3. 2 - преобразователи иноформации ( от бинокля до эл. схем ) этап 3. 3 - системы оценки информации и принятия решений (электронные управляемые устройства, АСУ)
Вытеснение идет свободно на первых этапах и уровнях и затруднено на информационном уровне, т. к. человек является сам очень эффективной "информационной машиной". . Лекция 4.
2С. 2А. Закон "энергетической проводимости" : необходимым усло вием принципиальной жизнеспособности ТС является сквоз ной проход энергии по всем частям ТС.
II Следствие : чтобы часть системы была управляемой, не обходимо обеспечить энергетическую проводимость между этой частью и ОУ.
Передача энергии может быть вещественной, полевой и веществен но-полевой. При решении задач надо использовать три правила: 1) При синтезе ТС надо стремиться использовать одно по ле. 2) Использовать поле хорошо проводимое всеми вещества ми ТС. 3) Если вещества можно менять, то плохо управляемое по ле заменяют на хорошо управляемое, изменяя под него вещества (мат. элм. ).
3С. 3А. Закон согласования ритмики частей системы : необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС является
III согласование (или рассогласование) частоты колебаний (периодичности работы) всех частей системы.
На первых этапах развития ТС происходит последовательное согла сование всей иерархии системы с ее подсистемами и надсистемой. На пос ледующих этапах за счет рассогласования удается достичь дополнительно го полезного эффекта. Конечным этапом развития является динамическое согласование-рассогласование, при котором параметры системы изменяются управляемо (и самоуправляемо) так, чтобы принимать оптимальные значе ния в зависимости от условий работы.
При этом рождаются и разрешаются ТП(технические противоречия) согласование одних параметров приводит к рассогласованию других. Из вестны следующие виды согласований: Прямое - увеличение одного параметра требует увеличения
другого (число оборотов-передаточное число коробки передач). Обратное - увеличение одного параметра требует уменьшения другого (число оборотов-диаметр колеса).
Однородное - однотипных параметров (температура, твердость). - 2
Неоднородное - разнотипных параметров (скорость резания-твердость резца). Внутреннее - параметров подсистемы (пары трения).
Внешнее - параметров системы со средой (обтекаемость формы). Непосредственное - электростанция и потребители.
Условное - через глубинные механизмы (начало войны и цена на ба ранов). ТС в развитии проходят следующие этапы согласования :
- принудительное, когда эффективность системы определяется эф фективностью наиболее слабой подсистемы,
- буферное - с помощью согласующих звеньев (коробка передач), - свернутое - за счет динамичности подсистем, частный вид - ре сурсное согласование.
Согласованию-рассогласованию подлежат все параметры ТС, в том числе: материалы, формы и размеры, ритмика действий, структура, энер гетические, информационный и другие потоки, живучесть и т. п. Использование резонанса акустических систем : для быстрого раст ворения сухого молока в воде на смесь действуют частотой, зави сящей от дисперсионности порошка. Способ резки стекла акустичес кими колебаниями. Если неизвестна частота колебаний, то исполь зуется обратная связь и автонастройка.
Патент Франции: лопатки для раскрутки колес самолета при посадке. Визг дисковой фрезы из-за резонанса зубьев - делать их надо разной величины и шага.
Действие в паузах: в Фокке-Вульфе пулемет стрелял между лопастя ми винта. Измерение с помощью резонанса.
5C. 8А. Закон увеличения степени вепольности. Развитие ТС идет в направлении увеличения степени вепольности : неве польные системы стремятся стать вепольными, а в веполь
IV ных развитие идет путем увеличения числа связей между элементами, повышения их чувствительности, увеличения их количества. Муфта с магнитной жидкостью. - 3 Способ извлечения втулки из отверстия. Способ извлечения алкоголя из сухих вин. Тепловая труба.
4С. 9А. Закон увеличения степени динамичности : жесткие системы для повышения их эффективности должны переходить к бо
V лее гибкой, быстро меняющейся структуре и режиму рабо ты, подстраивающемуся под изменения внешней среды.
Это позволяет ТС сохранить высокую степень идеальности при измене нии условий работы (самолет с изменяемой геометрией крыла). Повышение динамичности происходит за счет перехода к многофункцио нальности (системы с изменяющимися элементами), за счет повышения чис ла степеней свободы (шарнирные, эластичные элементы, переход к вещест ву и полю).
Повышение управляемости происходит за счет принудительного уп равления, затем переходом к самоуправлению, введением обратных связей, использованием "умных" веществ, за счет уменьшения устойчивости ТС (шарик на горке).
9С. 4А. Закон увеличения степени идеальности ТС : развитие всех VI ТС идет в направлении увеличения степени идеальности. Напомним формулу для степени идеальности ТС: S ФП И = --------- S ФР
Очевидно, что степень идеальности увеличивается с ростом отноше ния полезных характеристик (мощности, усиления, производительности, точности, надежности) к вредным (потери, помехи, количество брака+вес, размеры, трудоемкость изготовления).
Например, для турбогенератора это отношение мощности Р к массе М 1 Р 100 тыс. квт И = --- . В 50-х годах И = ------------ = 0, 5 , М 200 т 500 тыс. квт в 70-х годах И = ------------ = 1, 25 , 400 т 0
для информационно-вычислительной техники это отношение количест ва перерабатываемой информации (в битах) к энергетическим затратам (в - 4
ваттах) - при переходе от электронных ламп к интегральным схемам это отношение выросло в миллионы раз.
Повышение идеальности ТС может происходить как в рамках существу ющей конструкции, так и в результате радикального изменения принципа действия ТС.
В рамках существующей конструкции повышение идеальности связано с количественными изменениями в системе в результате компромиссных ре шений или путем решения изобретательских задач по радикальному измене нию подсистем.
Основные пути повышения степени идеальности в рамках существующей конструкции :
- увеличение ФП за счет оптимизации, мелких усовершенствований (лучшие материалы, дополнительные регулировки, подбор оптималь ных размеров);
- снижение ФР таким же образом (более дешевые материалы, стан дартные элементы, уменьшение запасов прочности .... ); - снижение ФР путем компенсации вредных функций ТС ; - увеличение количества выполняемых ФП (универсализация) ;
- повышение качества одних ФП за счет отказа от других (специали зация) ;
- повышение единичной мощности оборудования (транспортного, добы вающего, энергетического).
Практика показала, что радикальное изменение конструкции произ вести неизмеримо сложнее, т. к. для данного конкретного предприятия это связано с целым рядом ограничений по ресурсам (веществ, энергии, обо рудования). Решения, учитывающие эти ограничения, дают частное, ло кальное повышение степени идеальности. Использование ресурсов ТС важнейший механизм повышения степени идеальности. Для поиска и исполь зования ресурсов можно использовать такую таблицу-алгоритм : . - 5 1 -----------------------¬ ¦ Ч Т О Н У Ж Н О ? ¦5-------------------------¬ L-----------T----------- ¦ ^ ¦ -------------------------¬ ¦ ¦В И Д Ы Р Е С У Р С О В¦ ¦
--------T-------T-+-----T------T-------T---+----T-------T--------¬ ¦ ¦Вещест-¦Энерге-¦Инфор- ¦Прост-¦Времен-¦Функцио-¦Систем-¦Сверхэф-¦ ¦ ¦венный ¦тичес- ¦мацион-¦ранст-¦ ной ¦нальный ¦ный ¦ фект ¦ ¦ ¦ ¦ кий ¦ ный ¦венный¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ L-------+-------+-------+------+-------+--------+-------+--------- ¦ ^ ¦ -------------------------¬ ¦ ¦ ГОТОВНОСТЬ К ПРИМЕНЕНИЮ¦ ¦ +-----------T------------+ ¦ ¦ готовый ¦ производный¦ ¦ L-----------+------------- ¦ ^ ¦ -------------------------¬ ¦ ¦ Г Д Е В З Я Т Ь ? ¦ ¦ L-----------T------------- ¦ ^ ¦
----------------------------------------------------¬ ¦ ¦ оперативная зона --6 система --6 надсистема --6.... ¦5----¬ ¦ +--------------T---------------T-----------T--------+ ¦ ¦ ¦ инструмент ¦ изделие ¦ отходы ¦ среда ¦ ¦ ¦ L--------------+---------T-----+-----------+--------- ¦ ¦ -----------------------------¬ ¦ ¦ ¦ Ч Т О В Ы Б Р А Т Ь ? ¦ ¦ ¦
---------+---------T----------------T-+------------¬ ¦ ¦ ¦ количество ¦ качество ¦ ценность ¦ ¦ ¦ +------------------+----------------+--------------+ ¦ ¦ ¦ недостаточный ¦ полезный ¦ дорогой ¦ ¦ ¦ ¦ достаточный ¦ нейтральный ¦ копеечный ¦ ¦ ¦ ¦ неограниченный ¦ вредный ¦ бесплатный ¦ ¦ ¦ L------------------+-----T----------+--------------- ¦ ¦ ---------------------------------------------------¬ ¦ ¦ ¦Если нужный ресурс не найден, перейти к надсистеме+------- ¦ L--------------------------------------------------- ¦ % ¦ ^ ¦
---------------------------------------------------¬ ¦ ¦Если нужный ресурс не найден, уточнить, что нужно +------------ L-------------------------------------------------- 0 - 6
Ресурс вещества - использование имеющихся материалов, отходов, продукции (керамзит для набивки фильтров очистки технической во ды, снег - для очистки воздуха, выхлопные газы для бензобака). Ресурс энергии - нереализованные запасы ТС и окружения (кресло тракториста как компрессор воздуха, вращение абажура от тепла лампы).
Ресурс информации - дополнительная информация от полей системы или веществ, проходящих через нее (диагноз по пульсу - 200 бо лезней, акустическая эмиссия).
Ресурс пространства - свободные места в ТС, геометрические эф фекты (полости в земле для хранения газа, дверь в купе, камень в мочевом пузыре и электрогидравлический удар в двух фокусах элли птической ванны).
Ресурс времени - промежуток в технологическом процессе или вне его (в роторно-конвейерных линиях технологическое движение сов мещено с транспортным; танкер перерабатывает нефть во время ее перевозки).
Ресурс функциональный - возможность выполнения дополнительных функций (то же кресло тракториста в виде компрессора, выработка электроэнергии колесами транспорта).
Системный ресурс - полезный эффект от изменения связей между под системами или при новом объединении систем (печать фальшивых банкнот тюремной дверью, выхлоп трактора удобряет землю, гашение звука от электрогидравлического удара в ванне очистки литья с помощью самовзбивающейся пены).
Все это примеры готовых ресурсов. Когда ресурс надо накопить, видоизменить, подготовить к использованию, его называют производным (поплавок-сигнализатор нагрева всплывает, когда температура достигает точки Кюри и магнит отлепляется от дна).
Источники ресурсов могут находиться в разных зонах в системе, подсистеме или надсистеме (тепло от силосной башни обогревает коров ник, тепло от чугунной отливки с помощью зеркал направляют на нее же, зола в качестве наполнителя бетона). Функционально-стоимостный анализ. В ТРИЗ используется понятие "идеальной машины" - машина, которой нет, а ее функция выполняется, или "идеальный технологический процесс" - 7 - "процесс, которого нет, а продукция - получается".
Закон повышения степени идеальности ТС - важнейший в ТРИЗ. На его базе вводится понятие об идеальном конечном результате (ИКР) реше ния. Ориентация на идеальность позволяет правильно направить вектор поиска.
6С. 5А. Закон неравномерности развития ТС : развитие частей сис темы идет неравномерно : чем сложне ТС, тем неравномернее развитие ее частей.
VII Теорема Л. Онсагера (1931 г. ) для термодинамических сис тем: движущая сила любого процесса - это появление неод нородности в системе. Механизм возникновения неравномерности : 1 ---------¬ -----------¬
-----------¬ ¦Усиление¦ ¦Рассогла- ¦ -----------¬ ¦Увеличение¦ ¦свойства¦ ¦сованность¦ ¦Появление ¦ ¦ ГПФ +---->¦одного +------>¦с другими +----->¦новых П, В, ¦ ¦ ¦ ¦элемента¦ ¦элементами¦ ¦ ПС ¦ L----------- ¦ ТС ¦ ¦ ТС ¦ L---------- L--------- L---------- 0
Повышение степени идеальности ТС происходит путем развертывания ТС - увеличения количества и качества выполняемых функций за счет ус ложнения ТС, и свертывания - упрощения ТС при сохранении или росте ФП. На всех этапах развития ТС эти процессы могут чередоваться, а в подсистемах действовать параллельно, т. е. одни подсистемы могут раз вертываться, а другие - свертываться.
Развертывание ТС при ее рождении включает создание функциональ ного центра - цепочки функциональных элементов, способных выполнить основную функцию ТС. ( Мотор, шасси, руль и горючее - ФЦ автомобиля - картинг).
В ФЦ объединяются ранее независимые известные системы и новые системы для обеспечения нового системного свойства ( коляска + двига тель + рулевое управление + коробка передач ). При этом должны вы полняться следующие условия :
- все звенья ф-цепочки должны быть минимально жизнеспособны (самолет Можайского с плоскими крыльями и тяжелой паровой маши ной),
- все звенья ф-цепочки должны быть связаны между собой энергети ческой, вещественной, функциональной или информационной связью - 8
(в большинстве ТС совмещаются все виды связей : подсистемы ав томобиля - Э-В-Ф связь, готовальня - Ф-связь, радиолампа и взрыватель - И-связь, в радио - В-Э-Ф связь).
Развертывание ТС на этапе ее развития в рамках существующей конструкции осуществляется следующим образом :
- включением в ТС дополнительных подсистем для повышения качест ва выполнения основной функции (в автомобиле - кузов для защи ты пасажира, гидравлическая коробка передач),
- включением в ТС дополнитнльных подсистем, выполняющих вспомо гательные функции для расширения возможностей ТС (в автомобиле - компьютер с оптимизацией режима, радиоприемник, откидывающи еся кресла),
- усложнением внутренней структуры системы : увеличение ступеней иерархии за счет дробления ТС на однородные или разнородные подсистемы (лихтеровоз),
- переход в надсистему с созданием нового системного свойства, в полисистему (сеть из ЭВМ, трос, катамаран, 2-хцветный каран даш), в надсистему из элементов со сдвинутыми характеристика ми, в надсистему из альтернативных (конкурирующих) систем (когда недостатки каждой из систем компенсируются, а преиму щества - складываются : турбовинтовой двигатель, активно-реак тивный снаряд, железобетон, металлобетон), в надсистему из инверсных систем (кондиционер).
Свертывание ТС проходит в три этапа: минимальное, частичное и полное.
Минимальное свертывание ТС - создание минимальных связей между системами, обеспечивающих появление нового эффекта (стеллаж из отдель ных полок).
Частичное свертывание ТС предполагает частичное изменение, под гонку подсистем, но возможность выхода из системы еще сохраняется. Свертывание идет от периферии к ф-центру :
- исключением дублирующих функций подсистем (один динамик в ком байне),
- совмещением функций отдельных подсистем в одной, переход от пос ледовательных технологических процессов к параллельным (реак тивный двигатель = двигатель + движитель), - 9 - упрощением внутренней структуры ТС и ее подсистем.
Полное свертывание - установление между подсистемами неразрывных связей, выход подсистем невозможен, часто ТС заменяется умным вещест вом (радиоэлементы в интегральной схеме, датчик давления из наполненной резины). 7С. 7А. Переход ТС на микроуровень, использование полей. Анализ патентного фонда позволяет выявить следующие уровни построения ТС : - макроуровень - ТС включают узлы и детали специальной формы, VIII - полисистемы из элементов простой формы, - полисистемы из высокодисперсных элементов, - системы с использованием структурных эффектов веществ, - системы, использующие молекулярные явления, - системы, использующие атомные явления, - системы с использованием вместо веществ действия полей.
Примеры с конструкциями СВД : 1) цельнокованный, многослойный, спирально-многослойный, композитный, полевой; 2) применение гранулиро ванного пенополиуретана для подъема затонувших кораблей.
8С. 6А. Закон перехода в надсистему : развитие системы, достиг шей своего предела, может быть продолжено на уровне над системы. Что дает переход в надсистему : - часть функций ТС передается в НС (ремонт TV в одной IX мастерской), - часть ПС выводятся из ТС, объединяются и становятся частью НС (коллективная антенна), - у объединенных в НС систем появляются новые функции и свойства (кабельное TV + видеосвязь).
Аналогия с биосистемами : клетка - организм - популяция - эко система - биосфера.
К. Саган : "Викинги" на Марсе в 1968 году имел в РС информации в несколько миллионов бит - это несколько больше, чем генетическая ин - 10
формация бактерии, но меньше, чем в клетке. Клетка - это завод по про изводству "Викингов". Т. е. прототипом современной техники могут быть только очень простые древние организмы.
Переход в НС идет также образованием би- и полисистем при воз никновении нового свойства : нож и ножницы, биметалл, многослойная броня ИЛов при увеличении бронебойных пуль до 7, 62 и 12, 7 мм (требо валась броня 15 и 35 мм толщиной).
Полисистема - смесь трав при приготовлении корма скоту : сеют вдоль, скашивают поперек.
Переход в надсистему телевизионной сети - с переходом на микроу ровень : единая антенна - единый приемник с разными экранами - обрат ная связь + компьютер - мультимедиа - непосредственно в мозг. Общую картину развития ТС Ю. П. Саламатов предложил представить в виде диаграммы : . - 11
И. Д. Кондратьев (1892 - 1938 г. ), "Большие циклы коньюнктуры" 1925 год ; Теория больших циклов .
1917 - в 25 лет товарищ министра продовольствия Временного пра вительства, социал-революционер, 1920 - создает Коньюнктурный институт, до 1930 - более 100 работ, 1931 - 8 лет, 1938 - расстрел. 4 фазы : восстановление, процветание, снижение, депрессия. 1
---------------T----------T-----------T-----------T----------T--------¬ ¦ Циклы ¦ I ¦ II ¦ III ¦ IV ¦ V ¦ +--------------+----------+-----------+-----------+----------+--------+ ¦Промышленная ¦1775-1785 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦революция ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦Процветание ¦1785-1815 ¦ 1860-1873 ¦ 1905-1920 ¦1948-1970 ¦ ¦ ¦Снижение ¦1815-1825 ¦ 1873-1886 ¦ 1920-1929 ¦1970-1980 ¦ ¦ ¦Депрессия ¦1825-1840 ¦ 1886-1896 ¦ 1929-1937 ¦1980-2000 ¦ ¦ ¦Длительность ¦ 65 лет ¦ 36 лет ¦ 32 года ¦ 52 года ¦ ¦ ¦Восстановление¦1840-1860 ¦ 1896-1905 ¦ 1937-1948 ¦2000- .... ¦ ¦ L--------------+----------+-----------+-----------+----------+-------- 1. 2 паровой дви- металлургия химия электр-ка (биотехно гатель, ткац- ж/д тр-т электр-во нефтехимия¦логия кий станок автотр-рт авиастр-ие¦искусств. ¦интеллект ¦нанотех ¦нология ¦космичес. ¦индустрия ¦----T--- ¦Саламатов ¦-------- ¦Хаттори ¦ Тосио ¦керамика ¦полупр-ки ¦лаз. тех ¦ника ¦инф-я и ¦связь ¦космичес. ¦иссл-ния L-------- 0 . Лекция 5. Основные приемы устранения ТП.
Как мы уже знаем из структуры ТРИЗ, основные приемы устранения ТП наряду с набором физических, геометрических и химических эффектов являются главной информационной базой ТРИЗ. Уточним некоторые понятия, относящиеся к противоречиям.
Административные противоречия АП (надо сделать неизвестно как) констатируют лишь сам факт возникновения изобретательской ситуации. Они автоматически даются вместе с ситуацией, но ни в какой мере не способствуют продвижению к ответу. Технические противоречия (ТП) отра жают конфликт между частями или свойствами системы (или межранговый конфликт системы с подсистемой), который заключается в том, что улуч шение одного свойства или параметра ТС приводит к ухудшению другого свойства или параметра ТС. Изобретательской ситуации присуща группа ТП, поэтому выбор одного противоречия из этой группы равносилен пере ходу от ситуации к задаче. Существуют типовые ТП, наример "вес-проч ность" или "точность-производительность". Типовые ТП преодолеваются типовыми же приемами. Путем анализа свыше 40 тысяч изобретений было выявлено около 40 типовых приемов разрешения типовых ТП.
Более глубокий анализ ТП предусматривает переход к физическому противоречию как причине ТП. Физическое противоречие заключается в предъявлении противоположных (взаимоисключающих) физических требова ний к одному элементу ТС. Для выявления ФП необходимо выделить одну часть ТС, а в ней одну зону, к которой предъявляются взаимопротиворе чивые требования. "Физичность" ФП, четкая локализация и предельная обостренность конфликта (обладать свойством А и не обладать свойством А) придают ФП высокую "предсказывательную" ценность. Борьбу с ТП ведут двумя путями :
- ищут оптимальные соотношения между конфликтующими частями, свойства ми, причем ТП при этом остается в "недрах" ТС;
- ищут и устраняют само противоречие, только этот путь соответствует диалектике развития ТС.
Для этой цели построена таблица основных приемов устранения ТП. Зная ТП можно выйти на нужную группу ОП, устраняющих это типовое про тиворечие. Рассмотрим общую структуру таблицы.
По вертикали и по горизонтали таблицы размещаются основные пока - 2
затели ТС : по горизонтали располагаем показатели, которые недопустимо ухудшаются при использовании известных способов, по вертикали распола гаем те же показатели, которые нужно улучшить по условиям задачи. Перечислим эти показатели : 1. Вес подвижного объекта 21. Мощность. 2. Вес неподвижного объекта. 22. Потери энергии. 3. Длина подвижного объекта. 23. Потери вещества.
4. Длина неподвижного объекта. 24. Потери информации. 5. Площадь подвижного объекта. 25. Потери времени.
6. Площадь неподвижного объекта. 26. Количество вещества. 7. Объем подвижного объекта. 27. Надежность.
8. Объем неподвижного объекта. 28. Точность измерения. 9. Скорость. 29. Точность изготовления. 10. Сила. 30. Вредные факторы, действующие 11. Напряжение, давление. на объект извне.
12. Форма. 31. Вредные факторы, генерируемые 13. Устойчивость состава объекта. самим объектом.
14. Прочность. 32. Удобство изготовления. 15. Продолжительность действия 33. Удобство эксплуатации. подвижного объекта. 34. Удобство ремонта.
16. Продолжительность действия 35. Адаптация, универсальность. неподвижного объекта. 36. Сложность устройства.
17. Температура. 37. Сложность контроля и измерения. 18. Освещенность. 38. Степень автоматизации. 19. Энергия, расходуемая подвиж- 39. Производительность. ным объектом. 20. Энергия, расходуемая непод вижным объектом.
Техническое противоречие - это ситуация, когда при улучшении ка кого-то i-го показателя системы недопустимо ухудшается какой-то j-й показатель. На пересечении j-го столбца и i-й строки таблицы распола гаются номера основных приемов, разрешающих это техническое противоре чие.
Всего набирается (39&39-39)= 1482 технических противоречия, из которых для 1248 найдены типовые приемы устранения ТП. - 3
Поскольку таблица устранения ТП весьма громоздка и состоит из1521 клетки, ее разбивают на 9 фрагментов, каждый из которых содержит 13*13 клеток.
Чаще всего на этом этапе решения задачи ТП формулируются еще в нечеткой, расплывчатой форме. Набирается довольно большое число воз можных ТП, соответствующих решаемой задаче.
По таблице выбора приемов устранения ТП выбираются типовые прие мы. Приемов набирается такое количество, что их можно выбирать по чис лу повторяемости их в разных ТП. Приемы систематизируются, из каждого приема выделяется конкретый рецепт, представляющийся перспективным. В результате формулируется обобщенный рецепт решения задачи.
В настоящее время предлагается 40 типовых приемов (принципов) устранения ТП : 1. Принцип дробления : - разделить объект на независимые части, - выполнить объект разборным, - увеличить степень дробления, измельчения объекта.
Пример : корабль разделен на отдельные взаимозаменяемые блоки (па тент США 3440990). 2. Принцип вынесения :
- отделить от объекта "ломающуюся" часть, мешающее свойство, или, наоборот, выделить единственную нужную часть, нужное свойство. Пример : прибор с мяуканьем для борьбы с крысами. 3. Принцип местного качества :
- перейти от однородной структуры объекта или внешней среды, внешнего воздействия к неоднородной, - разные части объекта должны иметь разные функции,
- каждая часть объекта должна находиться в условиях, максимально соответствующих ее работе.
Примеры: устройство для УЗ обработки отверстия имеет для уменьшения нагрева среднююю часть, выполненную из теплопроводного материала, а концевую часть для уменьшения износа - из износостойкого материала (а. с. 175376) - бронебойный снаряд Макарова. 4. Принцип асимметрии : - перейти от симметричной формы к асимметричной.
Пример - асимметричная пневмошина имеет одну боковину с повышен ной прочностью и сопротивляемостью ударам о бордюр тротуара (патент - 4 США 34385). 5. Принцип объединения :
- соединить однородные или предназначенные для сменных операций объекты, - объединить во времени однородные или смежные операции.
Пример : лифт, где две кабины размещены в одной шахте, а смежные стенки раскрываются для транспортировки крупных предметов (а. с. 167405). 6. Принцип универсальности :
- объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему от падает необходимость в других объектах.
Примеры : шляпа-сумка (патент Франции 1472626), ручка от портфеля эспандер (а. с. 187964). 7. Принцип "матрешки" :
- один объект размещен внутри другого объекта, который, в свою очередь, находится внутри третьего и т. д. , - один объект проходит сквозь полость в другом объекте.
Примеры : вибратор устанавливают внутри пустотелой сваи (а. с. 153644), запоминающий элемент имеет два сердечника - один внутри другого (а. с. 237933). 8. Принцип антивеса :
- компенсировать вес объекта соединением с другими объектами, обладающими подъемной силой,
- компенсировать вес объекта взаимодействием со средой за счет аэродинамических, гидродинамических и т. п. сил. Примеры : "журавль", непотопляемый черпак, высота пещеры. 9. Принцип предварительного напряжения :
- заранее придать объекту изменения, противоположные недопусти мым или нежелательным рабочим изменениям.
Примеры: предварительно напряженный железобетон, система натягов в сосуде давления. 10. Принцип предварительного исполнения :
- заранее выполнить требуемое изменение объекта полностью или хотя бы частично,
- заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступать в действие без затрат времени на их доставку и с наиболее удоб ного места. - 5
Примеры : дерево окрашивают до того, как спиливают, чтобы получить красивую окраску внутренних слоев; нитку в стерильном пакете вклеивают в корпус пакета. 11. Принцип "заранее подложенной подушки" :
- компенсировать относительно невысокую надежность объекта зара нее подготовленными аварийными средствами.
Пример : в ядовитые химические вещества заранее добавляют лекарства -присадки (а. с. 244626). 12. Принцип эквипотенциальности :
- изменить условия работы так, чтобы не пришлось поднимать или опускать груз.
Пример : при перевозке крупногабаритных железобетонных труб трубо воз подлезает внутрь секции трубы, чуть-чуть поднимает ее домкратами и так везет. 13. Принцип "наоборот" :
- вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить об ратное действие, например, не охлаждать объект, а нагревать, - сделать движущуюся часть объекта или среды неподвижной, а не подвижную - движущейся, - перевернуть объект "вверх ногами". Пример : устройство для тренировки пловцов (а. с. 187577). 14. Принцип сфероидальности :
- перейти от прямолинейных частей к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим и т. д. , - использовать рамки, шарики, спирали, - перейти к вращательному движению, - использовать центробежную силу.
Примеры : кольцевой аэродром, устройство для тренировки пловцов. 15. Принцип динамичности :
- характеристики объекта или внешней среды должны меняться так, чтобы стать оптимальными на каждом этапе работы,
- разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга.
Примеры : катамаран с регулировкой мачты, мачта переменной длины, ТУ-144. . - 6 16. Принцип частичного или избыточного решения :
- если трудно получить 100% эффект, надо получить чуть меньше или чуть больше - задача при этом может существенно измениться. Пример : изготовление колечек с витками для ЗУ - сначала все пок рывают, потом снимают часть. 17. Принцип перехода в другое измерение :
- перейти от движения по линии - к движению в плоскости, или от движения в плоскости к движению в объеме, - многоэтажная компоновка,
- изменение взаимного расположения элементов в пространстве, - использование обратной стороны площади, - использование зеркал для концентрации света.
Пример : шлифовальная лента в виде поверхности Мебиуса (а. с. 236278)... Лекция 6. Основные приемы устранения ТП (продолжение). 18. Использование механических колебаний : - привести объект в колебательное движение, - увеличить частоту колебаний вплоть до ультразвука (УЗ); - применить вместо механических пьезовибраторы, - использовать УЗ вместе с электромагнитным полем.
Примеры : УЗ сварка костей (а. с. 312601), УЗ-очистка деталей в раст воре (патент США 338706). 19. Принцип импульсного действия :
- перейти от непрерывного действия к периодическому, импульсному, - изменить периодичность действия. Пример : импульсный дождеватель с капельной подачей воды. 20. Принцип непрерывности полезного действия :
- вести работу непрерывно, все части объекта работают с высокой нагрузкой, - устранить холостые и промежуточные ходы,
- перейти от возвратно-поступательного движения к вращательному. Пример : вращающийся лабораторный стол (а. с. 217673), паяльник с ро ликом для непрерывной пайки (а. с. 105897). 21. Принцип "проскока" : - преодолеть опасные зоны на скорости.
Пример : разгрузка палубного лесовоза "рывком" (а. с. 112889). 22. Принцип "обратить вред в пользу" :
- использовать вредные факторы или вредные воздействия среды для получения положительного эффекта,
- устранить вредный фактор за счет сложения с другим вредным фактором,
- усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.
Примеры : остановка степного пожара, траншея вокруг дома при взры ве, поочередная подача кислоты и щелочи. 23. Принцип обратной связи : - ввести обратную связь, - если она есть - изменить ее.
Пример : уровень топлива в карбюраторе регулируется запорным клапа ном, помещенным на поплавке. - 2 24. Принцип посредника : - использовать промежуточный объект-переносчик.
Пример : переходные металлы при сварке, кошка для протягивания кабеля в трубе. 25. Принцип самообслуживания :
- объект должен сам себя обслужить, выполняя вспомогательные и ремонтные операции, - использовать отходы энергии, вещества.
Примеры : кресло тракториста как компрессор; уменьшая давление в баллонах акваланга с 200 атм до 3-4 атм подают его на движитель гибко го плавника - дальность плавания увеличивается в 7 раз. 26. Принцип копирования :
- вместо недоступного, сложного, дорогого, неудобного или хруп кого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии,
- заменить объект или систему объектов их оптическими копиями, используя при этом изменение масштаба,
- если нельзя использовать видимые копии, перейти к копиям инф ракрасным или ультрафиолетовым.
Примеры : способ измерения бревен на платформе по фото - в 50 раз быстрее, измерение высоты пирамиды по длине тени. 27. Дешевая недолговечность вместо дорогой долговечности . Примеры : одноразовые шприцы, бумажные салфетки. 28. Замена механической схемы :
- заменить механическую схему электрической, оптической, акусти ческой, запаховой,
- использовать тепловые, электрические, магнитные, электромаг нитные поля,
- перейти от неподвижных полей к подвижным, меняющимся во време ни, имеющим определенную структуру, - использовать поля с ферромагнитными частицами.
Примеры : контроль сломанных зубьев бура запаховым полем, контроль шлифовки малых отверстий по звуку, усиленному динамиком, передвижение предметного столика в микроскопе. 29. Использование пневмо- и гидроконструкций :
- вместо твердых частей использовать газообразные и жидкие (на дувные и наливные, воздушную подушку, гидростатические, гидро реактивные). - 3
Примеры : теплоизоляция дверей потоком горячего воздуха, приводной ремень прижимается к шкиву потоком воздуха. 30. Использование гибких оболочек и тонких пленок : - использовать их вместо объемных конструкций, - использовать их для изоляции объекта от внешней среды.
Пример : зеркало с переменным фокусным расстоянием имеет за оболоч кой полость, в которую подается сжатый воздух, изменяя кривизну обо лочки. 31. Применение пористых материалов :
- выполнить объект пористым или использовать пористые элементы, - в пористом объекте предварительно заполнить поры нужным ве ществом.
Примеры : стержень фломастера; добавки в жидкий металл вносятся с помощью пористого огнеупора, пропитанного материалом добавки (а. с. 283264). 32. Принцип изменения окраски : - изменить окраску объекта или внешней среды, - изменить степень прозрачности объекта или внешней среды,
- использовать красящие добавки для наблюдения за объектом или процессом, - использовать меченные атомы.
Приметы : применение перевязи из прозрачного материала для наблюде ния за раной (патент США 342542), окраска айсбергов светящейся краской. 33. Принцип однородности :
- сделать элементы из однородных материалов или близких по свойствам.
Пример : плавление криогенного вещества осуществляют паром того же вещества. 34. Принцип отброса или регенерации :
- ставшую ненужной часть объекта отбросить, растворить, испарить и т. п. или видоизменить,
- расходуемая часть объекта восстанавливается в процессе работы. Примеры : ступень ракеты; надуваемый спутник связи из проволочного шара (шар уничтожается солнечными лучами); бутылки, саморазрушающиеся под действием солнечных лучей и почвенных кислот. - 4 35. Изменение физико-химических параметров объекта : - изменить агрегатное состояние вещества, - изменить концентрацию или консистенцию, - изменить степень гибкости, - изменить температуру, объем.
Примеры : при сейсморазведке ВВ подается на заданную глубину в га зообразном состоянии (а. с. 269502), гелеобразный бензин. 36. Применение фазовых переходов :
- использовать сопутствующие явления (изменения объема, выделе ния или поглощения тепла и т. п. ).
Примеры : формование металлических деталей замораживанием воды; для полирования оптических стекол суспензию из воды и полировального по рошка замораживают (а. с. 132689).
37. Применение термического расширения - сжатия материалов : Пример : биметаллическая пластинка в качестве термометра. 38. Применение сильных окислителей : - заменить обычный воздух обогащенным, - заменить обогащенный воздух кислородом,
- воздействовать на воздух или кислород ионизирующим излучением, - использовать озон.
Примеры : в двигателях внутреннего сгорания в подлодках используют озон, для прямого получения чугуна из руды в печь подается чистый кис лород. 39. Изменение степени инертности : - заменить обычную среду нейтральной, - ввести в объект нейтральные части, добавки, - проводить процесс в вакууме.
Пример : пеной огнетушителя изолируют огонь от воздуха, при сварке дугу защищают инертным газом (аргоном, СО__2__). 40. ЏаЁ¬ҐҐЁҐ Є®¬Ї®§ЁжЁ®ле ¬ вҐаЁ “®ў : ЏаЁ¬Ґал : ¦Ґ“Ґ§®ЎҐв®, ЄҐа ¬§Ёв®ЎҐв®, б®бг¤л Ё§ Є®¬Ї®§Ёв®ў.
Ђ “Ё§ ЇҐаҐзЁб“Ґле ЇаЁҐ¬®ў Ї®Є §лў Ґв, зв® Ёе ¬®¦® а §¤Ґ“Ёвм на три группы : комбинационные, использующие физические свойства и эф фекты и применяющие новые вещества.
Комбинационные приемы образуют пары Прием-Антиприем : дробление - объединение, однородности - неоднородности, симметрия - асимметрия и - 5
так далее. Насчитывают 14 пар прием-антиприем (итого 28 одинарных при емов), 6 физических приемов (8, 18, 28, 35, 36, 37) и 6 приемов на материа лы (29, 30, 31, 38, 39, 40). Порядок работы с таблицей устранения ТП.
1. Анализируя условия задачи, найти типовой показатель, который по ус ловиям задачи надо улучшить (например, надо повысить прочность - пока затель 14).
2. Найти типовой показатель, который при этом недопустимо ухудшается (например, потери вещества -23 и мощность -21). 3. Записать типовые противоречия в виде 14/23 и 14/21.
4. По таблице найти фрагмент, в котором расположены типовые противоре чия. В нашем примере это фрагмент 6. На пересечении 14 строки и 23 столбца находим номера основных приемов, устраняющих это типовое про тиворечие (35, 28, 31, 40). Записывается это так 14/23 (35, 28, 31, 40), 14/21 (10, 26, 35, 28). Приемы расположены в порядке предпочтительности их использования.
5. Делается попытка поочередного использования рекомендуемых приемов для поиска идеи решения поставленной задачи. В качестве примера расс мотрим проблему очистки фильтров. Фильтры для очистки горячих газов от пыли делают из многих слоев металлической ткани. Такие фильтры хо рошо выполняют свою функцию, но сами быстро забиваются пылью и перес тают пропускать газ. Чистить их трудно. Обычно их продувают с обратной стороны чистым воздухом. Поищем идею решения с помощью таблицы. Какой показатель необходимо улучшить ?
Это или удобство эксплуатации 33, или удобство ремонта 34, или произ водительность 39, или степень автоматизации 38, или потери времени 25. Какие показатели недопустимо ухудшаются при этом ?
Увеличиваются потери времени 25, ухудшается продолжительность времени действия неподвижного объекта 16, увеличивается сложность устройства 36, увеличиваются потери энергии 22.
Типовые противоречия записываются в виде 33/25, 33/16, 33/36, 33/22, 34/25 и так далее.
Находим номера основных приемов, устраняющих эти типовые про тиворечия :
33/25 (4, 28, 10, 34) 33/36 (32, 25, 12, 17) 34/25 (32, 1, 10, 25) 33/16 (1, 16, 25) 33/22 (2, 19, 13) 34/36 (35, 1, 13, 11) . - 6
39/16 (20, 10, 2, 18) 34/16 (1) 34/22 (15, 1, 32, 19) 38/36 (15, 24, 10) 39/36 (12, 17, 28, 24) 39/22 (28, 10, 29, 35) 25/36 (6, 29) 38/22 (23, 28) 25/16 (28, 20, 10, 16) 25/22 (10, 5, 18, 32)
Расплывчатая постановка задачи приводит к большому числу возмож ных технических противоречий и приемов их устранения. Поэтому при ана лизе приемов в первую очередь обращаем внимание на приемы, втречающие ся несколько раз или расположенные на первых местах.
Рассмотрим наиболее часто встречающиеся приемы (в скобках ука жем, сколько раз встречается этот прием): 1(5). Принцип дробления. 25(3). Принцип самообслуживания. 28(5). Замена механической схемы. 10(7). Принцип предварительного исполнения. 32(4). Принцип изменения окраски. Выпишем другие приемы, расположенные на первых местах : 4(1). Принцип асимметрии. 2(1). Принцип вынесения. 15(2). Принцип динамичности. 20(2). Принцип непрерывности полезного действия. 12(1). Принцип эквипотенциальности. 6(1). Принцип универсальности.
Перебирая возможные типовые приемы, можно сформулировать общий рецепт решения задачи :
Решение задачи следует искать, увеличивая степень дробления фильтра, заранее выполняя требуемое изменение объекта, при этом объект должен сам себя обслуживать (разбираться, очищаться), используя элект рические, магнитные, электромагнитные поля в сочетании с ферромагнит ными частицами. Возможные решения :
1. Сетки из однонаправленных проволочных нитей под разными углами (ис пользуются приемы 1, 4, 10, 15).
2. Металлические шарики различной величины в магнитном поле (использу ются приемы 1, 4, 28, 10, 25).
Сильные технические решения требуют применения комплекса типовых - 7
приемов, применяемых в определенной последовательности. Такого алго ритма пока не существует. Использование таблицы типовых приемов позво ляет решать задачи первого-второго уровня по классификации ТРИЗ. Первый уровень: Решение таких задач не связано с устранением ТП и приводит к мельчайшим изобретениям : решения лежат в пределах одной профессии и под силу каждому специалисту (примеры - складывающиеся мачты, временный диск-фильтр в трубопроводе).
Второй уровень: Задачи с ТП, легко преодолеваемыми с помощью спо собов известных применительно к родственным системам. Ответы - мелкие изобретения. Для получения ответа приходиися рассмотреть несколько де сятков вариантов решения (пример - поворотная дроссельная заслонка с биметаллическим регулятором). Третий уровень:
Противоречие и способ его преодоления находятся в пределах одной науки (механическая задача решается механически, химическая - химически). Полностью меняется один из элементов системы, частично - другие эле менты. Количество вариантов измеряется сотнями. Итог - добротное сред нее изобретение (пример - взрывная шторка в фото). Четвертый уровень.
Синтезируется новая ТС. ТП относится к старой ТС. ТП устраняются средствами, выходящими за пределы науки, к которой отнносится задача. Число вариантов - тысячи и десятки тысяч. Найденный принцип часто явля ется ключом к решению других задач 2-4 уровней. В итоге крупное изоб ретение (пример - полигон для испытания машин). Пятый уровень.
Изобретательская ситуация представляет собой клубок сложных проблем (например, очистка морей и океанов). Число вариантов практически неог раниченно. В итоге - крупнейшее изобретение, которое создает принципи ально новую ТС, которая постепенно обрастает менее крупными изобрете ниями. Возникает новая отрасль техники (примеры: самолет, радио, ла зер). . Лекция 7. Вепольный анализ. Напомним задачу об упаковке спичек:
при реконструкции спичечной фабрики поставили новое оборудование, поз воляющее увеличить выпуск продукции в 2 раза. Не справлялась линия ук ладки спичек в коробки: старые машины не справлялись с удвоенным коли чеством спичек, а удвоить их количество было невозможно. Кроме того, они работали плохо, укладывали спички без головок, ошибались в коли честве спичек. Нужен новый способ безошибочной укладки спичек в короб ки.
Старую ТС убрали, ТП не видно, решение задачи вам известно: доба вить немного ферропорошка в зажигательный состав головок и ввести маг нитное поле. Возникает новая ТС.
Напомню, что ТС - это совокупность взаимосвязанных элементов, вы полняющих полезные функции, обладающая свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов. В нашем случае : было стало В1(спички) В1(спички) В2(ферропорошок) Пм(магнитное поле)
Как работает ТС: магнитное поле Пм действует на ферропорошок В2, который передает это действие на спички В1 . Обозначим произведенное действие так Пм \ В1 =====> В1>---- В2
Полученная система называется веполем (от слов вещество и поле) и является моделью минимальной работоспособной управляемой ТС. Вепольный анализ содержит основные правила преобразования веполей. Приведем основные обозначения вепольного анализа: В - вещество, элемент веполя, В1 - изделие, В2 - инструмент, П - поле, элемент веполя, П', П" - состояние поля на входе и выходе системы, . - 2 =====> - преобразование, переход к веполю, П#, B# - структурированное поле и вещество, Пmax, Bmax - избыток поля и вещества, ------ - полезное взаимодействие, ------ - неэффективное взаимодействие, ****** - вредное взаимодействие, -----> - направленное действие, ----> >>>>> или ----> - избыточное действие, -->**> или ***> ---> - одновременно полезное и вредное действие.
В вепольном анализе термины "вещество" и "поле" понимают в широ ком смысле. Наряду с известными физическими полями (гравитационным, магнитным, электромагнитным, сильными и слабыми взаимодействиями) ис пользуются всевозможные технические поля (тепловое, механическое, силы трения, электрическое, запаховое, световое и т. д. ). Подробный перечень различных полей приведен в тексте программы "Дебют". Выпишите себе этот список.
Чтобы не пропустить при анализе какое-нибудь поле, можно восполь зоваться "волшебным" словом "МАТХЭМ", составленным из начальных букв наиболее употребительных в технике полей:
М - механическое поле (усилия и перемещения в разных направлени ях, давление, силы трения, инерционные, гравитационные, центро бежные силы, вибрация, удары, аэро- и гидродинамические эффекты), А - акустическое поле (колебания звуковые, ультразвук, инфразвук, стоячие волны, резонансные колебания), Т - тепловое поле,
Х - химическое поле (взаимодействие) с использованием химических реакций,
Э - электрическое поле (электростатическое, поле постоянного и переменного электрического тока),
М - магнитное поле постоянного магнита или электрического тока... - 3 Общая линия развития веполей выглядит так: 1 ----------¬ ------------¬
---------¬ ---------¬ ---------¬ ¦форсиро- ¦ ¦комплексно-¦ ¦неполный+---->¦ полный +--->¦сложный +--->¦ванный +--->¦форсирован-¦ ¦ веполь ¦ ¦ веполь ¦ ¦ веполь ¦ ¦ веполь ¦ ¦ный веполь ¦ L--------- L--------- L--------- L---------- L----------- 0
Форсирование достигается развитием связей и активизацией элемен тов веполя путем дробления, динамизации, структурирования веществ и полей, согласования ритмики, использования более управляемых полей. Примеры веполей неполные : В1, В2 или В1, П П П полные : / \ или \ В1-- В2 В1--- В2 П П комплексные : / \ или / \ B1-- B2B3 B1B3-- B2 П2 П1 ( П2 ) П цепные : \ \ или 2 / \ 2/ \ В1--- В3--- В2 2 B3--- B42--- В1 9 0 П П1 / \ / \ двойные : В2**2**В1 или В2----В1 В3 / П2
На любом этапе развития вепольная система может образовать би- и полисистемы, а также переходить на микроуровень : 1
---------------------------------------------------------------------¬ ¦ надсистема ( образование би- и полисистем ) ¦ L---T--------------T-------------T-------------T---------------T----- ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ -----+---¬ -----+---¬ -----+---¬ -----+----¬ ------+-----¬ ¦неполный+---->¦ полный +--->¦сложный +--->¦форсиро- ¦ ¦комплексно-¦ ¦ веполь ¦ ¦ веполь ¦ ¦ веполь ¦ ¦ванный +--->¦форсирован-¦ L----T---- L----T---- L----T---- ¦ веполь ¦ ¦ный веполь ¦ ¦ ¦ ¦ L----T----- L-----T----- ----+--------------+-------------+-------------+---------------+-----¬ ¦ М И К Р О У Р О В Е Н Ь ¦ L-------------------------------------------------------------------- 0 . - 4 Система стандартов решения изобретательских задач.
¦¦Стандарты - это правила синтеза и преобразования ТС вытекающие ¦¦из законов развития ТС. Именно поэтому их применение гарантирует ¦¦не только получение высокоэффективных решений, но и прогноза ¦¦дальнейшего развития ТС.
В отличие от приемов решения ТП, которые указывают довольно об ширную область нахождения решения, стандарты указывают конкретные действия по улучшению работоспособности ТС. Кроме того, стандарты дают сочетание приемов на основе физического эффекта. Все стандарты нацеле ны на преодоление ТП и ФП или, в крайнем случае, на их обход. Основные особенности стандартов заключаются в том, что :
- в их состав входят не только приемы, но и физические эффекты, - они выстроены в определенной последовательности, соответствующей ЗРТС,
- система стандартов направлена на устранение ТП и ФП, типичных для задач данного класса.
В настоящее время принята система 77 стандартов, которая разбита на пять классов: 1. Синтез и разрушение вепольных систем. 2. Развитие вепольных систем. 3. Переход к надсистеме и на микроуровень. 4. Стандарты на обнаружение и измерение. 5. Стандарты на применение стандартов. Рассмотрим каждый класс стандартов более детально. Первый класс включает два подкласса : 1. 1. Синтез веполей. 1. 2. Разрушение веполей. В первый подкласс входят следующие стандарты :
1. 1. 1. Построение веполя : если дан объект, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия задачи не содержат ограничений на введение ве ществ и полей, то задачу решают синтезом веполя, вводя недостающие элементы : П \ В1 =====> В15----В2 Это графическая иллюстрация примера со спичками. . - 5
Другой пример (а. с. 283885) : способ деаэрации порошкообразных ве ществ ОТЧСЦ интенсификации процесса, деаэрацию производят под действи ем центробежных сил. П / \ В1, В2 =====> B1----B2
Еще пример (а. с. 461722) : спиленное дерево (В1) и гравитационное поле (П) не образуют веполя : нет вещества, поэтому поле не обрабаты вает дерево. Согласно а. с. падающее дерево встречает на своем пути но жевое устройство, которое срезает сучья П / В1, П =====> В1 ----В2
К этому же стандарту : для дозированной подачи сыпучих и жидких ве ществ их наносят ровным слоем на легкоудаляемый материал (т. е. перехо дят от одного вещества к двум, а потом основу удаляют полем - механи ческим, химическим или тепловым).
Другой пример : для выполнения операций с тонкими или хрупкими, или легкодеформирующимися объектами эти объекты соединяют с твердым и прочным веществом, которое затем удаляют полем (растворением, испаре нием и т. д. ). Следующий стандарт.
1. 1. 2. Если дан плохо изменяемый веполь, в который можно вводить до бавки, задачу решают переходом (постоянным или временным) к внутренне му комплексному веполю, вводя в В1 или В2 добавки, которые улучшают управляемость веполя. П П \ \ В1 ---В2 ======> B1 ---(B2B3) Здесь скобки обозначают комплексную связь веществ В2 и В3.
Пример : (а. с. 265068) способ проведения массообменных процессов с вязкой жидкостью, которую предварительно газируют.
Другой пример : введение в вещество люминофора для обнаружения неплотностей в корпусе сосуда (агрегата холодильника). . - 6
1. 1. 3. Если имеется плохо управляемый веполь и вводить добавки нельзя, то задачу решают переходом (постоянным или временным) к внешнему комп лексному веполю, присоединяя к В1 или В2 внешнее вещество В3, которое улучшает управляемость веполя. П П \ \ В1----В2 =====> B1-----B2B3 П П \ \ В1----В2 =====> B1B3-----B2
Пример : если в агрегат холодильника нельзя вводить люминофор внутрь, то вещество-обнаружитель может быть расположено на наружной поверхности агрегата (а. с. 311109).
1. 1. 4. Если дан плохо управляемый веполь и вводить добавки в В1 и В2 или присоединять В3 нельзя, то веполь достраивают, используя в качес тве В3 имеющуюся внешнюю среду.
Пример : саморазгружающаяся баржа (а. с. 163914) ОТЧСЦ повышения устойчивости баржи после разгрузки и опрокидывания баржа выполнена с балластной килевой цистерной, имеющей отверстия в наружных стенках. Нужно иметь тяжелый киль и нельзя его иметь. Выход : сделать киль из воды. В воде он ничего не весит, а при крене баржи он оказывается в воздухе и приобретает вес.
К этому же стандарту : если нужно менять вес движущегося тела, а менять его нельзя, то телу надо придать форму крыла и, меняя форму крыла, получить дополнительную силу, направленную вверх или вниз. Примеры : в скоростном автомобиле нужна сила, направленная вниз, а при спуске корабля в воду - сила, направленная вверх.
1. 1. 5. Если внешняя среда не содержит веществ для построения веполя по стандарту 1. 1. 4, то необходимо заменить внешнюю среду, разложить ее или ввести в нее добавки.
Пример : (а. с. 796500) в опорном узле скольжения смазку (внешняя среда) газируют, разлагая ее электролизом. . - 7
1. 1. 6. Если трудно обеспечить необходимый минимальный (дозированный, оптимальный) режим работы, то нужно использовать максимальный режим, а избыток убрать. При этом избыток поля убирают веществом, а избыток ве щества - полем.
Пример : (а. с. 242714) для получения тонкого слоя краски на изде лие наносят избыточное покрытие, опуская его в краску, а затем его вращают, и центробежные силы сбрасывают избыток краски. П / Пmax П / ^^ / В1 =====> В1 ---В2 или В1 ---В2 ====> B1>>>>>Bmax
1. 1. 7. Если нужен максимальный режим действия на вещество, а он недо пустим, надо направить максимальное действие на другое вещество, свя занное с первым. Пmax / Пmax / \ В1 =====> В15-----В2
Пример : (а. с. 120909) При изготовлении предварительно напряженно го железобетона для растяжения железных стержней их нагревают до 700__o__‘. ‘в “м ¬®¦®  ЈаҐў вм в®“мЄ® ¤® 400__o__‘, Ё зҐ ®  ®в¦ЁЈ Ґвбп Ё 㬥ми Ґв Їа®з®бвм. ЏаҐ¤“®¦Ґ®  ЈаҐў вм Ґа бе®¤гҐ¬л© ¦ а®Їа®зл© бвҐа¦Ґм, Є®в®ал© ®в  ЈаҐў  㤓ЁпҐвбп Ё ў в Є®¬ ўЁ¤Ґ ᮥ¤ЁпҐвбп б Їа®ў®“®Є®©. Ће“ ¦¤ пбм, бвҐа¦Ґм гЄ®а зЁў Ґвбп Ё а бвпЈЁў Ґв е®“®¤го Їа®ў®“®Єг.
1. 1. 8. …б“Ё 㦥 Ё§ЎЁа вҐ“м®-¬ ЄбЁ¬ “мл© аҐ¦Ё¬ (¬ ЄбЁ¬ “мл© аҐ¦Ё¬ ў ®ЇаҐ¤Ґ“Ґле §® е ЇаЁ б®еа ҐЁЁ ¬ЁЁ¬ “м®Ј® ०Ё¬  ў ¤агЈЁе §®  е), Ї®“Ґ ¤®“¦® Ўлвм :
“ЁЎ® ¬ ЄбЁ¬ “мл¬ - в®Ј¤  ў места, где нужно минимальное действие, вводят защитное вещество,
либо минимальным - тогда в места, где необходимо максимальное действие, вводят В, дающее локальное поле, например, термитные составы или ВВ. . - 8
Примеры : (а. с. 264619) для запайки ампулы с лекарством горелку включают на максимальный режим, а избыток пламени отсекают, погрузив корпус ампулы в воду; (а. с. 743810) в зазор между свариваемыми деталями закладывают экзотермическую смесь, выделяющую при сварке тепло... Лекция 8. Система стандартов (продолжение). 1. 2. Разрушение веполей.
В этот подкласс входят стандарты на разрушение веполей и устране ние или нейтрализацию вредных связей в них. Наиболее сильная идея это го подкласса - использование имеющихся ВПР. 1. 2. 1. Устранение вредной связи введением В3. П1 П1 / / В2--6**>В1 =====> В2-6¦**>В1 ¦ В3
Примеры : (а. с. 937726) при взрывном уплотнении стенок скважины взрывные газы приводят к образованию трещин в стенках. Предложено оку тать шнуровой заряд оболочкой из пластилина : давление передается, трещин нет; (а. с. 724242) предложить способ гибки ошипованной трубы на радиус меньше ЗДн трубы. Ответ: шипы при намотке погружают в слой эластичного материала, например, полиуретана; (а. с. 880889) существует способ упаковки и консервации изделий со сложно-рельефной поверхностью окунанием их в расплав полимера. Предложить способ, облегчающий осво бождение от упаковки. Ответ: перед окунанием в расплав на изделие на носится подслой, содержащий парообразующее вещество.
1. 2. 2. Устранение вредной связи введением видоизмененных В1 и (или)В2. Вепольная формула та же самая.
Если между двумя веществами возникают напряженные (полезное и вредное) действия, а использовать посторонние вещества нельзя, вводят между двумя веществами третье, являющееся их видоизменением. В част ности, В3 может быть "пустотой", пузырьками, пеной и т. д.
Примеры : (а. с. 416062) предложить способ предупреждения кавитаци онной эрозии гидродинамических профилей, например, подводных крыльев, покрытие их защитным слоем. Ответ: для снижения гидродинамического сопротивления профиля защитный слой создают беспрерывным намораживани ем на поверхность корки льда; (а. с. 483154) предложить способ транспо ртирования пульпы по трубопроводу, снижающий износ стенок трубопрово да. Ответ: наружную стенку охлаждают до образования на внутренней по верхности слоя замороженной пульпы; (а. с. 553309) при осаждении метал лов электролизом из водных растворов необходимо отделять осадок (про - 2
дукцию) от катода (инструмента). Трудоемкая операция - "сдирка". От вет: между катодом и слоем металла вводят прослойку - легкообразующую ся, электропроводную, легкоразрушающуюся: губчатый слой того же ме талла, который образуется при предельном токе.
1. 2. 3. Оттягивание вредного действия : для устранения вредного дейс твия поля на вещество вводится второй элемент, оттягивающий на себя вредное действие поля. П (0 П (0 \ В1 ======> B1----B2
Примеры : (а. с. 152492) для защиты подземных кабельных линий от повреждений морозобойными трещинами в грунте заранее прорывают узкие прорези в стороне от кабеля. Или : для защиты труб от разрывов при за мораживании в трубу вставляют пластмассовую вставку (шланг). Замерзая, вода расширяется и сдавливает мягкую вставку, а труба остается целой. 1. 2. 4. Противодействие вредным связям с помощью П2.
Когда в веполе между В1 и В2 возникает сопряженное действие, причем взаимодействие В1 и В2 необходимо сохранить, задачу решают переходом к двойному веполю, в котором П1 дает полезное действие, а П2 нейтрализу ет или преобразует в полезное второе действие. П П1 / / В2--6**>В1 =====> В2---6В1 / П2
Примеры : (а. с. 755247) для опыления цветок обдувают воздухом, но цветок от ветра закрывается. Предложено раскрывать цветок воздействием электростатического поля; (а. с. 589482) автоматическая система с обрат ной связью возбуждает в фундаментных опорах колебания, равные по вели чине, но противоположные по направлению колебаниям от работы техноло гического оборудования. 1. 2. 5. Отключение магнитных связей.
Для разрушения веполя с магнитным полем применяют физэффекты, "отклю чающие" ферромагнитные свойства вещества, например, при ударе или наг - 3 реве выше точки Кюри. Пмаг Пт Пмаг / \ / В1--6**>В2 =====> B1-----B2
Примеры : (а. с. 397289) способ контактной приварки с помощью фер ропорошков, которые перед подачей в зону сварки нагревают до точки Кю ри, чтобы они не выталкивались магнитным полем. Класс 2. Развитие вепольных систем.
2. 1. Переход к сложным веполям - цепным и двойным. При этом появ ляются новые качества и улучшается управляемость ТС.
2. 1. 1. Цепные веполи. Для повышения эффективности вепольной системы од ну из частей веполя превращают в независимо управляемый веполь с обра зованием цепного веполя. П П1 ( П2 ) / \ / \ 2 / \ 2 В1----В2 =====> В1--- *В3----В48 9 0 В3 или В4 также могут быть развернуты в веполь.
Примеры : (а. с. 428119) устройство для заклинивания содержит клин и клиновую прокладку с нагревательным элементом, ОТЧСЦ облегчения раз борки клиновая прокладка выполнена из двух частей, одна из которых легкоплавная; (а. с. 1052351) сборный инструмент с корпусом из двух вту лок с натягом. Для гарантии натяга втулки выполнены из материалов с разными коэффициентами линейного расширения.
Перемещение центра тяжести системы обеспечивают введением в объ ект вещества, управляемо движущегося внутри объекта и вызывающего пе ремещение центра тяжести ТС.
Примеры : (а. с. 271763) самоходный кран с подвижным противовесом; (а. с. 329441) качающийся дозатор имеет ковш и противовес. Когда ковш заполняется, дозатор наклоняется и выливает жидкость. Однако дозатор слишком рано поднимается : ковш опорожняется не полностью. В про тивовесе делают канал со стальным шаром, который смещает центр тяжести противовеса и удерживает ковш дозатора в наклонном состоянии; - 4
(а. с. 508427) трактор с подвижным центром тяжести для работы на крутых склонах.
Цепной веполь можно образовать и при развертывании связей в вепо ле. В этом случае связь В1----В2 встраивается в звено П2----В3 : П1 П1 П2 / / / В1-----В2 =====> В1----В3----В2
(Патент Англии 824047) : муфта для передачи вращения с одного ва ла на другой содержит два ротора один внутри другого с магнитной жид костью в зазоре между роторами. При включении наружного электромагнита магнитная жидкость твердеет и передает усилия с вала на вал. 2. 1. 2. Двойные веполи. Для повышения эффективности плохо управляемого веполя без замены его элементов строят двойной вепооль путем введения второго поля, хорошо управляемого. П1 П1 / \ / \ В1----В2 =====> В1--- В2 \ / П2
Пример : (а. с. 275331) способ регулирования расхода жидкого метал ла, в котором гидростатический напор поддерживают в отверстии постоян ным вращением металла электромагнитом. Капица : удержание горячей плазмы вращением газа. 2. 2. Форсирование веполей.
Общая идея шести стандартов этого подкласса - увеличение эффектив ности веполей форсированным использованием имеющихся ВПР.
2. 2. 1. Переход к более управляемым полям: замена гравитационного поля механическим, механического - электрическим и т. д.
Пример : (а. с. 989386) способ определения поверхностного натяжения жид кости методом максимального давления, при котором силу тяжести заменя ют центробежной силой, вращая капилляр, из которого выдавливается кап ля.
2. 2. 2. Дробление В2 : эффективность системы может быть повышена путем увеличения степени дробления вещества, играющего роль инструмента. - 5 П П / \ / \ м В1----В2 =====> В1----В2 , где м В - вещество, состоящее из множества мелких частиц.
Стандарт 2. 2. 2. отражает одну из основных закономерностей разви тия ТС - измельчение инструмента или его части, взаимодействующей с изделием.
Примеры : воздушная подушка, якорь-морозильник, сетка газоочистки. 2. 2. 3. Переход к капиллярно-пористым веществам - особый случай дробле ния по линии : (сплошное вещество -6 сплошное вещество с одной по лостью -6 сплошное вещество со многими полостями -6 капиллярно-пористое В -6 капиллярно-пористое В со структурой пор). Увеличивается возмож ность размещения в полостях жидкого В и использования физических эффе ктов. П П / \ / \ кпм В1****В2 =====> В1----В2
Примеры : (а. с. 243177) - устройство для передачи усилий от опоры копра на фундамент в виде плоского замкнутого сосуда с жидкостью; (а. с. 878312) - огнепреградитель из легкоплавких гранул, внутри которых огнетушащее вещество; (а. с. 403517) - паяльник с капиллярно-пористым стержнем для отсоса припоя при демонтаже.
2. 2. 4. Динамизация: эффективность вепольной системы может быть повыше на путем перехода к более гибкой, быстро меняющейся структуре системы: /\ /\ /__\ =====> /~_\
Динамизация В2 идет по линии : разделение на шарнирные части -6 много шарниров -6 гибкое В2.
Динамизация П идет переходом от постоянного П к импульсному. Пример : (а. с. 324990) опору для шпалерных насаждений в виде стол ба с проволокой выполняют шарнирной для осеннего пригибания ветвей. - 6
Эффективную динамизацию ТС можно получить, используя фазовые пе реходы или эффект "памяти формы": сигнализатор оттаивания вечной мерз лоты, компенсатор для натяжения проводов на ЛЭП.
2. 2. 5. Структуризация полей : эффективность вепольной системы можно повысить переходом от полей однородных или неупорядоченных к полям не однородным или имеющим определенную структуру. П П# / \ / \ В1----В2 =====> В1----В2
Примеры : (а. с. 715341) для быстрого смешивания порошков их заря жают разноименным электричеством и перемещают в неоднородном электри ческом поле. Выращивание кристаллов во вращающемся поле в СВД.
Для придания определенной структуры веществу процесс следует вес ти в поле, имеющем требуемую для В структуру : П П# \ \ В1----В2 =====> В1----В2
Пример : а. с. 536874) способ профилирования прутков наложением на заго товку УЗ-колебаний с пучностями и узлами, соответствующими выступам и впадинам профиля.
2. 2. 6. Структуризация веществ : эффективность вепольной системы повы шают переходом от веществ однородных или неупорядоченной структуры к веществам неоднородным или имеющим определенную пространственную структуру. П П / \ / \ # В1----В2 =====> В1----В2
Пример : (а. с. 713146) в способе изготовления пористых огнеупоров для создания направленной пористости используются выгорающие шелковые нити. Многослойные сосуды вместо монолитных. . Лекция 9. 2. 3. Форсирование согласования ритмики.
Стандарты этого подкласса предусматривают изменения частот, раз меров, массы - достижение нового эффекта при минимальных изменениях системы.
2. 3. 1. Согласование ритмики П и В1(или В2) : ритмики поля с ритмикой (собственной частотой) изделия.
Примеры : (а. с. 614794) массаж синхронно с ударами сердца в ванне; (а. с. 317797) ослабление угольного пласта импульсами с частотой, равной частоте собственных колебаний пласта.
2. 3. 2. Согласование ритмики П1 и П2 в сложных вепольных системах. Примеры : (а. с. 865391) способ обогащения тонкоизмельченных магнитных руд синхронным воздействием бегущим магнитным полем и вибрациями; (а. с. ) : способ разборки двух цилиндров импульсным током и током соленоида.
2. 3. 3. Согласование несовместимых или ранее независимых действий : ес ли изменение и измерение несовместимы, то одно действие осуществляют в паузах другого.
Пример : (а. с. 778981) способ электрохимической обработки деталей им пульсным током с индукционным прогреванием их в паузах между импульса ми рабочего тока. 2. 4. Комплексно форсированные веполи (феполи).
2. 4. 1. "Протофеполи" : эффективность вепольной системы может быть по вышена путем использования ферромагнитного вещества и магнитного поля. П Пмаг / \ / \ В1----В2 =====> В1----Вф
В этом стандарте ферромагнетики предполагаются не в измельченном состоянии, это еще не феполь, а "полуфеполь".
Пример : (а. с. 794113) способ укладки дренажа с заделкой стыков труб фильтрующим материалом ОТЧСЦ устранения взаимного смещения труб по верхность труб и фильтрующий материал покрывают слоем ферромагнетика и намагничивают. - 2
2. 4. 2. Феполи : эффективность вепольной системы повышают увеличивая степень дробления феррочастиц по линии : гранулы - порошок - мелкодис персионные частицы или дробления вещества по линии : твердое вещество - зерна - порошок - жидкость. П Пмаг / \ / \ м В1----В2 =====> В1----Вф
Переход к феполям можно рассматривать как совместное применение стандартов 2. 4. 1. и 2. 2. 1. Вообще все феполи повторяют развитие веполей в стандартах 2. 1 -2. 3. Они выделены в отдельную группу только из-за своего практического значения - феполи отличаются очень высокой управ ляемостью и эффективностью.
Пример : (а. с. 708108) способ временного перекрытия трубопровода путем закачки в качестве герметизирующего тампона дисперсионного ферромагне тика.
2. 4. 3. Эффективность феполей повышают используя магнитные жидкости коллоидные феррочастицы, взвешенные в керосине, силиконе или воде. Стандарт 2. 4. 3. можно рассматривать как предельный случай развития по стандарту 2. 4. 2.
Пример : (а. с. 438829) заглушка в виде стакана под уплотнитель с элект ромагнитной катушкой, а уплотнитель - ферромагнитная жидкость. 2. 4. 4. Эффективность феполей повышают использованием капиллярно-порис той структуры.
Пример: (а. с. 1013157) устройство для пайки в виде магнитного цилиндра, покрытого слоем ферромагнитных частиц - удаляет излишки припоя и од новременно подает флюс из внутренней полости цилиндра.
2. 4. 5. Если замена вещества феррочастицами невозможна, то переходят к феполю вводя добавки в одно из веществ. П Пмаг / \ / \ В1----В2 =====> В1----(В2Вф)
Пример : (а. с. 751778) способ переноса немагнитных деталей электромаг нитом путем засыпки в них мягких магнитных сыпучих материалов. 2. 4. 6. Если нельзя заменять вещество и вводить добавки, то феррочасти - 3
цы вводят во внешнюю среду и, меняя магнитным полем параметры среды, управляют системой. Пмаг / \ м В1 =====> В1----В2----Вф
Пример : (а. с. 469059) способ гашения механических колебаний перемеще нием ферромагнитного элемента между полюсами электромагнита в среде магнитной жидкости с изменением напряженности поля пропорционально амплитуде колебаний.
Если применяют поплавки, можно менять кажущуюся плотность жидкос ти, вводя в нее феррочастицы и действуя магнитным полем.
2. 4. 7. Управляемость фепольной системы повышают использованием физэф фектов. Например, используя частицы с определенной точкой Кюри. 2. 4. 8. Эффективность фепольной системы повышают ее динамизацией, т. е. переходом к гибкой, меняющейся структуре /\ м /\ м /__\Вф =====> /~ \Bф ~~~~
Пример : (а. с. 792080) имитация почвы для испытания рабочих органов сельхозмашин : вводят в почву феррочастицы и регулируют напряженность электромагнитного поля.
2. 4. 9. Структуризация магнитного поля : переход от однородного или неупорядоченного к неоднородному или упорядоченному полю. П П# / \ м / \ м В1----Вф =====> В1----Вф
Примеры : (а. с. 545479) магнитная формовка термопластов пуаксоном из ферропорошка с использованием теплового поля, превышающего в местах наибольшей вытяжки точку Кюри; Пмаг Пмаг / \ м \ #м В1----Вф =====> В1----Вф #/ Пт - 4
Пример: (а. с. 587183) способ получения ворса на термопластическом мате риале : вводят в поверхностный слой феррочастицы, затем нагревают до плавления и вытягивают их электромагнитом. П П# \ # \ м В1----В2 =====> В1----Вф
2. 4. 10. Повышение эффективности фепольной системы согласованием ритми ки.
Пример : (а. с. 698663) вибромагнитная сепарация материала путем синхро низации реверса вращающегося магнитного поля с вибрациями.
2. 4. 11. Эполи - системы, в которых вместо ферромагнитных частиц дей ствуют и взаимодействуют токи.
Пример : (а. с. 1033417) способ захвата и удержания металлических немаг нитных изделий пропусканием через них электротока в направлении, пер пендикулярном магнитным силовым линиям. Класс 3. Переход к надсистеме и на микроуровень. 3. 1. Переход к бисистемам и полисистемам.
3. 1. 1. Системный переход 1а - объединение системы с другой системой в би- или полисистему.
(а. с. 722624) : перемещение слябов по рольгангу пакетом с целью сохранения тепла до подачи в клеть.
(Пат. США 3567547) : тонкие стеклянные пластинки при механической обработке склеивают в моноблок.
3. 1. 2. Повышение эффективности би- и полисистем развитием связи эле ментов в этих системах.
Ужесточение связей между тремя подъемными кранами, поднимающими один груз и динамизация связей между корпусами катамарана.
3. 1. 3. Системный переход 1б - повышение эффективности увеличением раз личия между элементами системы по линии : одинаковые - со сдвинутыми характеристиками - разные - противоположные (инверсионные). Пример - многослойные сосуды : одинаковые слои - с разными меха ническими характеристиками (сдвинутые) - с разной коррозионной стой - 5
костью - с противоположными коэффициентами теплопроводности. 3. 1. 4. Повышение эффективности свертыванием би- и полисистем прежде всего сокращением вспомогательных систем.
(а. с. 111144) : холодильный костюм спасателя, в котором холодиль ная и дыхательная системы (жидкий кислород) объединены в одну. 3. 1. 5. Системный переход 1в - повышение эффективности распределением несовместимых свойств между системой и ее частями.
(а. с. 510350) : рабочая часть тисков для зажима деталей сложной формы : каждая часть твердая, а в целом зажим податливый и может ме нять форму. И наоборот : вся система жесткая, а губки пластичные. 3. 2. Переход на микроуровень.
3. 2. 1. Системный переход 2 : повышение эффективности переходом с макро на микроуровень 5 систему или ее часть заменяют веществом, способным во взаимодействии с полем выполнять требуемое действие. Пример : замена иглы струей лекарства. Класс 4. Стандарты на обнаружение и измерение системы. 4. 1. Обходные пути.
4. 1. 1. Вместо обнаружения или измерения изменить ТС так, чтобы отпала необходимость в этом.
(а. с. 471395) : индукционная печь с тигелем из материала с точкой Кюри равной заданной температуре.
4. 1. 2. Заменить непосредственную операцию над объектом операциями над его копией или снимком.
Измерение бревен по снимку. Контроль числа просверленных отверс тий по желтому изображению и синему эталону : на зеленом фоне возника ют желтые (недосверлено) или синие (лишние отверстия) пятна. 4. 1. 3. Перевод задачи на последовательное обнаружение изменений. Контроль глубины оттаивания грунта. 4. 2. Синтез измерительных систем.
4. 2. 1. Если невепольная система плохо поддается обнаружению или изме - 6
рению, достраивают простой или двойной веполь с полем на выходе. П' \ В1----В2 =====> В1----В2 / / П П"
(а. с. 269558) : обнаружение момента начала кипения жидкости изме рением ее электрического сопротивления : пузырьки его резко увеличива ют.
4. 2. 2. Если система (или ее часть) плохо поддается обнаружению или из мерению, преходят к внутреннему или внешнему комплексному веполю, вво дя контролируемые добавки. П' /\ /\ \ /__\ =====> /__\ (В2В3) / / / П" П
(а. с. 110314) : способ определения фактической площади контакта поверхностей окрашиванием поверхностей люминисцентной краской. 4. 2. 3. Если нельзя вводить добавки в объект, то их вводят во вненшнюю среду, по изменению состояния которой судят об изменении объекта. (а. с. 260249) : контроль износа двигателя по количеству "стершего ся" металла, которое поступает в масло : предложено в масло добавлять люминофоры - металлические частицы гасят их свечение.
4. 2. 4. Если добавки нельзя вводить и во внешнюю среду, то их получают, изменяя саму среду разложением или изменением агрегатного состояния. Измерение скорости потока введением искусственной кавитации. 4. 3. Форсирование измерительных веполей.
4. 3. 1. Использование физэффектов для повышения эффективности обнаруже ния изменений в ТС, в веполе.
(а. с. 170739) : исчезновение люминисцентных свойств у некоторых веществ в присутствии очень небольшого количества влаги.
В частности, желательно, чтобы вещества в веполе образовывали термопару.
(а. с. 715838) : подшипник скольжения, в котором термопара образо вана обоймой и корпусом. - 7
4. 3. 2. Использование резонанса измеряемого объекта : если нет возмож ности пропустить сквозь ТС поле, то измеряют изменение частоты возбуж денных резонансных колебаний. П П'мех /\ / /\ / /__\/ =====> /__\----- П"мех
(а. с. 271051) : способ измерения массы вещества в резервуаре путем возбуждения в системе жидкость-корпус резонансных колебаний и измере ния изменения их частоты.
4. 3. 3. Измерение изменения частоты возбуждаемых колебаний в объекте, связанном с ТС (например, во внешней среде).
(а. с. ) : способ измерения количества вещества в кипящем слое по измерению амплитуды автоколебаний газа над кипящим слоем. 4. 4. Переход к фепольным системам.
4. 4. 1. Переход от веполей с немагнитными полями к "протофеполям" - ве ществам с магнитными свойствами.
(а. с. 222892)) : обнаружение герметизируемых отверстий в подводной части корабля с помощью магнитных заглушек и магнитометра.
4. 4. 2. Переход к феполям заменой одного из веществ ферромагнитными частицами (или добавкой частиц). П ? \ м В =====> В Вф \ / \ Пмаг П 4. 4. 3. Переход к комплексному феполю. П / \ м В =====> В----(В2Вф) \ / \ Пмаг П
(а. с. 754347) : гидроразрыв пласта производят введением жидкости - 8
под давлением в горную породу. Для контроля за распространением жид кости в нее вводят ферропорошок и производят магнитный каротаж. 4. 4. 4. Введение феррочастиц во внешнюю среду, если нельзя вводить их в вещество.
Например, для изучения характера волн, обтекающих модель корабля, в воду вводят ферропорошок.
4. 4. 5. Использование физэффектов для повышения эффективности фепольной системы (точка Кюри, эффкеты Гопкинса и Баркгаузена).
Точка Кюри - температура, после которой магнитные свойства падают, Эффект Гопкинса - в районе точки Кюри незначительное изменение температуры вызывает резкое изменение магнитной проницаемости. Эффект Баркгаузена - скачкообразное нарастание магнитных свойств при плавном изменении магнитного поля.
(а. с. 115128) : способ измерения температуры индуктивным датчиком, при котором магнитопровод разогревают до температуры, близкой к точке Кюри.
(а. с. 504944) : способ измерения усилия, при котором изменяется микроструктура - изменение микроструктуры переводится в электрический сигнал, в котором регистрируют число скачкообразных изменений микрост руктуры. 4. 5. Направление развития измерительных систем.
4. 5. 1. Эффективность измерительной системы на любом этапе развития мо жет быть повышена переходом к бисистеме и полисистеме.
Измерение температуры тела маленького жука-долгоносика : собирают много жуков и измеряют обычным термометром.
4. 5. 2. Измерительные системы развиваются в направлении : измерение функции - измерение 1 производной функции - измерение 2 производной функции.
(а. с. 998754) : способ определения НС горного массива, при котором измеряют не электросопротивление породы (как раньше), а скорость изме нения электросопротивления. . Лекция 10. Класс 5. Стандарты на применение стандартов. 5. 1. Введение веществ.
5. 1. 1. Обходные пути. Если нужно ввести в систему вещество, а это зап рещено условиями задачи или по условиям работы ТС, то используют об ходные пути : 1. Вместо веществ используют "пустоту".
АС 245425 : тензометрическую сетку внутри модели из прозрачного материала делают из тонких медных нитей. Чтобы они не искажали поле напряжений, их удаляют кислотой - возникают цилиндрические каналы. 2. Вместо вещества вводят поле.
АС 500464 : для измерения степени вытяжки нити на ходу на нее на носят электрические заряды и измеряют изменение линейной плотности за ряда. 3. Вместо внутренней добавки используют добавку наружную.
АС 360540 : для измерения толщины стенок керамического сосуда в него заливают жидкость с высокой электропроводностью, подводят к ней один электрод, а снаружи - другой электрод омметра. 4. Вводят в очень малых дозах особо активную добавку. Гелеобразующие (стабилизирующие) добавки в бензин.
5. Малые дозы обычной добавки располагают концентрировано в от дельных частях объекта.
Чтобы сделать полимер электропроводным в нем располагают ферро частицы в виде отдельных нитей. 6. Добавку вводят на время.
АС 458422 : способ бесконтактной магнитной ориентации полых дета лей предварительным введением внутри них ферромагнитного тела. 7. Вместо объекта используют его копию (модель), в которую допус тимо введение добавок.
АС 499577 : способ получения множества сечений в наборе моделей с помощью горизонтальной поверхности жидкости, введенной в прозрачную модель.
8. Добавку вводят в виде химического соединения, из которого она затем выделяется.
АС 345761 : для пластификации поверхности древесины аммиаком в процессе работы поверхности трения пропитывают солями (NH4)2CO3, кото рые разлагаются при температуре от трения. - 2
9. Добавку получают разложением внешней среды или самого объекта (например, электролизом или изменением агрегатного состояния). 5. 1. 2. "Раздвоение" вещества : если ТС плохо поддается нужным измене ниям и нельзя заменять инструмент или вводить добавки, то вместо инс трумента используют изделие, разделяя его на части, взаимодействующие друг с другом.
Примеры : раздвоение потоков газов, жидкости или порошков при сушке, получении порошков, при сжигании; использование встречных или разнои менно заряженных потоков.
5. 1. 3. Самоустранение отработанных веществ : введенное в ТС вещество, отработав, должно исчезнуть или стать частью системы или внешней среды. При индукционной плавке окиси бериллия (или алюминия) в качестве проводника вводят металлический бериллий, который обеспечивает прием индукционного поля и нагрев окиси, а, сгорая, превращается в окись бе риллия (или алюминия).
АС 013709 : корпус льдохранилища из теплоизоляционного материала в виде тугоплавкого льда из смели воды с метаном.
5. 1. 4. Введение больших количеств вещества. Если нужно ввести большое количество вещества, а это недопустимо, то используют "пустоту" в виде надувных конструкций или пены.
АС 320102 : перемещение аварийных самолетов с помощью надувных емкостей, которые устанавливают на тележках под крыльями. 5. 2. Введение полей .
5. 2. 1. Использование полей по совместительству : если в вепольную сис тему надо ввести поле, следует использовать уже имеющееся поле. Закрутка потока жидкости и газа в вихревом парогенераторе.
5. 2. 2. Введение полей из внешней среды : следует использовать поля, имеющиеся во внешней среде.
АС 414354 : удаление влаги с проезжей части моста тягой от эжек тора, опущенного в реку. Что такое эжектор вообще. Эжектор в реакторе ЧХУ.
5. 2. 3. Использование веществ в качестве источников полей : если нельзя ввести поле по ст. 5. 2. 1. и 5. 2. 2. , то используют поля, источниками ко торых являются вещества, имеющиеся в ТС или внешней среде.
АС 356489 : систему обрабатываемая деталь - резец можно исполь зовать как термопару для измерения температуры резания. - 3 5. 3. Фазовые переходы.
5. 3. 1. ФП1 : замена фаз. Эффективность применения вещества без введе ния добавок повышается заменой фазового состояния имеющегося вещества. АС 252262 : энергоснабжение пневмосистем в шахтах на основе сжи женного (а не сжатого ) газа.
5. 3. 2. ФП2 : двойственное фазовое состояние обеспечивается использо ванием веществ, способных изменять фазовое состояние в зависимости от условий работы.
Парокомпрессионные холодильные установки : газ сжимают компрессо ром, он конденсируется, поступает в камеру с низким давлением, где ки пит с поглощением тепла и т. д.
5. 3. 3. ФП3 : использование явлений, сопутствующих ФП для повышения эф фективности ТС.
АС 601192 : устройство для перемещения мороженых грузов с опорными элементами в виде кусков льда для снижения трения за счет таяния. 5. 3. 4. ФП4 : переход к двухфазному состоянию для обеспечения двойс твенных свойств системы.
Патент США 3589468 : глушение шума инструмента с помощью пены : она проницаема для инструмента и непроницаема для звука. Пена - это жидкость + газ.
5. 3. 5. Взаимодействие фаз : эффективность ТС, полученных по ст. 5. 3. 4. повышают введением взаимодействия (физического или химического) между частями или фазами ТС.
АС 224743 : двухфазное рабочее тело для холодильников из газа и мелкодисперсионного порошка, который является сорбентом, т. е. обладает поглотительной способностью. 5. 4. Особенности применения физэффектов.
5. 4. 1. Самоуправляемые переходы : если объект должен периодически находиться в разных физических состояниях, то переход следует произво дить самим объектом за счет использования обратных физических превра щений (например, фазовых переходов, ионизации-рекомбинации, диссоциа ции-ассоциации).
АС177497 : молниеотвод в виде газоразрядной трубки сам включается при попадании молнии : газ ионизируется, становится проводником, а по том ионы сами рекомбинируют и молниеотвод не проводит тока и не дает радиотени. - 4
5. 4. 2. Усиление поля на выходе : поле приводится в состояние близкое к критическому, энергия запасается в веществе, а входной сигнал играет роль "спускового крючка".
АС 416586 : испытание на герметичность по пузырькам в жидкости, которую держат в состоянии перегрева для повышения чувствительности. 5. 5. Экспериментальные стандарты.
5. 5. 1. Получение частиц вещества разложением вещества более высокого структурного уровня.
АС 741105 : способ создания в/д водорода электролизом водородосо держащих соединений в герметичном сосуде.
5. 5. 2. Получение частиц вещества соединением (достройкой, объединени ем) частиц более низкого структурного уровня.
АС 314493 : для снижения гидродинамического сопротивления при движении судов применяли высокомолекулярные составы. Это связано с большим расходом полимеров. Предложено создавать комплексы из молекул воды действием электромагнитного поля.
5. 5. 3. При применении ст. 5. 5. 1. простейший путь - разрушение ближайше го вышестоящего "целого" уровня, а при применении ст. 5. 5. 2. простейший путь - достройка ближайшего нижестоящего "нецелого" уровня. АС 177497 : молниеотвод - см. выше. . Лекция 11 АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ. АРИЗ - 85 - В Вернемся к схеме ТРИЗ. Кто нарисует схему ТРИЗ ?
Из схемы видно, что мы ознакомились - я не говорю "изучили" или "освоили". Слова "освоить" или "усвоить" имеют корень "свой" т. е означают "сделать своим", а для этого нужно иметь желание это сделать. Если я это желание разбудил - честь мне и хвала, если нет - я не достиг поставленной цели.
Итак мы ознакомились с четырьмя основными элементами ТРИЗа: Законами развития технических систем, приемами устранения ТП, ве польным анализом, системой стандартов. Частично мы познакомились и с фондом физических эффектов. Следует отметить, что решение мо жет возникнуть на любом этапе использования ТРИЗ, но всегда по лезно все же рассмотреть все возможные варианты, используя ТРИЗ полностью.
Итак, анализ задачи, использование приемов и стандартов не привели к идее решения задачи. Тогда обращаются к алгоритму реше ния изобретательских задач (АРИЗ).
В настоящее время, когда ТРИЗом занимается большая армия исследователей, возникло множество вариантов АРИЗов. Я познакомлю вас с вариантом, который считается пока наиболее эффективным и компактным: АРИЗ-85-В.
АРИЗ - инструмент для мышления, а не вместо мышления. Нельзя спешить (срываясь в МПиО), следует тщательно обдумывать формули ровку каждого шага, обязательно записывать на широких полях все соображения, возникающие по ходу решения задачи.
Взглянем на АРИЗ с высоты птичьего полета. Он содержит 9 частей: 1. Анализ задачи, переход от ситуации к модели. 2. Анализ модели задачи, учет ВПР. 3. Определение ИКР и ФП. 4. Мобилизация и применение ВПР. 5. Применение информационного фонда. 6. Изменение или замена задачи. 7. Анализ способа устранения ФП. 8. Применение полученного ответа. - 2 9. Анализ хода решения.
Все части алгоритма взаимосвязаны, часто возникает необходи мость возврата или использования результатов предыдущих частей. ЧАСТЬ 1. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ
Основная цель первой части - переход от расплывчатой изобре тательской ситуации к четкой и предельно простой схеме (модели) задачи.
ШАГ 1. 1. Записать условия мини-задачи (без специальных терминов) по следующей форме:
ТС для (указать назначение) включает (перечислить основные элементы ТС). ТП1 - (указать). ТП2 - (указать). Необходимо при минимальных изменениях в ТС (указать результат, который должен быть получен).
В дальнейшем все шаги АРИЗа будут сопровождаться примечания ми, которые имеют сквозную нумерацию. Примечания являются содежа тельной частью АРИЗа. Все шаги сопровождаются конкретными приме рами.
Пример. ТС для приема радиоволн включает антенну радиотелескопа, радиоволны, молниеотводы, молнии. ТП1: если молниеотводов много, они надежно защищают антенну от молний, но поглощают радиоволны. ТП2: если молниеотводов мало, то заметного поглощения радиоволн нет, но антенна не защищена от молний. Необходимо при минимальных изменениях обеспечить защиту антенны от молний без поглощения ра диоволн. (В этой формулировке следует заменить "молниеотвод" сло вами "проводящий стержень" "проводящий столб" или просто "провод ник") Примечания.
1. Мини-задачу получают из изобретательской ситуации вводя огра ничения: все остается без изменений или упрощается, но при этом появляется требуемое действие (свойство) или исчезает вредное действие (свойство).
Переход от ситуации к мини-задаче не означает перехода к ре шению небольшой задачи. Наоборот, требование получить результат "без ничего" ориентирует на обострение конфликта и заранее отре зает путь к компромиссным решениям.
2. При записи шага 1. 1 следует указать не только технические час - 3
ти системы, но и природные, взаимодействующие с техническими. В рассматриваемом примере такими природными частями ТС являются молнии и принимаемые радиоволны.
3. Технические противоречия (что это такое) составляют записывая одно состояние элемента системы: что в нем хорошо и что плохо, а затем противоположное состояние того же элемента с оценкой, что хорошо и что плохо.
Когда в условиях задачи дано только изделие (ТС нет), то ТП получают рассматривая условно два состояния изделия, хотя одно из них заведомо недопустимо.
Например дана задача: "Как наблюдать невооруженным глазом микрочастицы в прозрачной жидкости, если они так малы, что свет обтекает их? " ТП1: "Если частицы малы, то жидкость остается опти чески чистой, но частицы ненаблюдаемые". ТП2: "Если частицы большие, то они наблюдаемые, но жидкость теряет оптическую чистоту, что недопустимо".
ТП2 вроде бы исключается по условиям задачи - изделие менять нельзя! Так и есть, но ТП2 дает дополнительно требование к изде лию: маленькие частицы оставаясь маленькими должны стать большими. 4. Термины, относящиеся к инструменту, к изделию и внешней среде, необходимо заменять простыми словами для снятия психологической инерции. Потому, что термины:
- навязывают старые представления о технологии работы инструмента: "ледокол" колет лед, "якорь"- цепляется зубьями;
- затушевываются особенности веществ в задаче: "опалубка" - это не просто "стенка", а "железная стенка";
- сужают представления о возможных состояниях вещества: "краска" тянет к жидкому или твердому, а может быть и газообразное.
ШАГ 1. 2. Выделить и записать конфликтующую пару: изделие и инс трумент. Если инструмент может иметь два состояния, то надо ука зать оба состояния. Если есть пары однородных взаимодействующих элементов, то достаточно взять одну пару.
Пример: Изделия - молния и радиоволны. Инструмент - проводя щие стержни. Примечания 5. Изделие - это элемент, который надо обработать.
6. Инструмент - это элемент, который непосредственно воздействует - 4 на изделие ( фреза, а не станок; огонь, а не горелка)
7. Один из элементов может быть сдвоенным: или два инструмента одновременно действуют на изделие, мешая друг другу - или два из делия должны обрабатываться одним инструментом и мешают друг дру гу. ШАГ 1. 3. Составить графические схемы ТП1 и ТП2 Пример ТП1 - много проводящих стержней Б (молния) / А --- ) 9) 9 В (радиоволны) Пример ТП2 - мало проводящих стержней Б / / А --- ) 9) 9 В Примечания
8. В таблице приведены схемы типичных конфликтов. Можно использо вать и нетабличные схемы, если они отражают лучше сущность конф ликта.
9. Двухзвенные схемы следует сводить к однозвенным, если считать Б изменяемым изделием или перенести на Б основное свойство А. А 7 7Б ----------6В (молоток) (пробойник) (стена) А 7 7Ба Ба ---------6 В СХЕМЫ ТИПИЧНЫХ КОНФЛИКТОВ В МОДЕЛЯХ ЗАДАЧ. 1. Противодействие (задача об отделении опалубки от бетона) А7 7Б A7 7B - 5
2. Сопряженное действие (нагрев сухого вина для испарения спирта) А7 7Б 3. Сопряженное действие 7Б1 А7 ¦ Б1 и Б2 - две части Б 7Б2 4. Сопряженное действие 7Б А, Б и В образуют систему. А7 ¦ Надо разрушить вредное действие, не 7B разрушая систему 5. Сопряженное действие А7------67Б А полезно на Б и вредно на себя. 6. Несовместимое действие А7 А на Б и В на Б - полезны, но несов 7Б местимы, например работа и измерения. В7 7. Неполное действие или бездействие А7 7Б Нужно два действия А на Б А7-------67Б Неэффективное действие. 7-------67Б Не дано А, а надо изменить Б. 8. "Безмолвие" А7-------67Б Нет информации об А, Б или их взаимодействии. - 6 9. Нерегулируемое действие А7--7--7--767Б
10. Конфликт рассматривают не только в пространстве, но и во вре мени. Пример - опыление цветов ветром, который закрывает лепест ки.
11. После шагов 1. 2 и 1. 3, уточняющих формулировку задачи, необ ходимо вернуться к шагу 1. 1.
ШАГ 1. 4. Выбрать из двух схем конфликта (А и Б) ту, которая обес печивает наилучшее выполнение ГПП (главного производственного процесса). Указать ГПП.
Пример о радиоволнах: ГПП - прием радиоволн. Поэтому выбираем ТП2: в этом случае стержни не вредят радиоволнам. Примечания.
12. АРИЗ требует обострения, а не сглаживания конфликта. Поэтому выбрав одно из двух противоположных состояний инструмента (мало стержней), мы "вцепляемся" в него и добиваемся возникновения по ложительного эффекта, присущего противоположному состоянию инс трумента (молнии хорошо отводятся).
13. В задачах на измерение надо учитывать, что ГПП - это ГПП всей измерительной системы, а не ее измерительной части.
ШАГ 1. 5. Усилить конфликт, указав предельное состояние (действие) элементов.
При конфликте "много элементов" -" мало элементов", " мало элементов" усиливают - " ноль элементов".
Пример. В ТП2 вместо "малого количества проводников" - "от сутствующий проводник".
ШАГ 1. 6. Записать формулировку задачи, указав 1) конфликтную па ру, 2) усиленную формулировку конфликта, 3) что должен делать вводимый для решения задачи икс-элемент (что он должен сохранить, что должен устранить, улучшить и т. д. )
Пример. Даны отсутствующий проводник и молния. Отсутствующий проводник не создает помех, но не обеспечивает защиту от молний. Икс-элемент должен не создавая помех обеспечить защиту от молний. Примечания.
14. В модели задачи выделены только два элемента - остальные под - 7
разумеваются. В этом условность модели задачи. В нашем примере это проводник и молния.
15. После шага 1. 6. возвращаемся к шагу 1. 1. для проверки логики построения модели задачи. Желательно в схемах конфликта указать икс-элемент. А7-------67Б А7-------67Б Х7 Х7-------67В
16. Икс-элемент - не обязательно новая вещественная часть системы. Это некое изменение системы, икс вообще. Например, изменение тем пературы системы или агрегатного состояния ее части или внешней среды.
ШАГ. 1. 7. Применить систему стандартов для решения модели задачи. Если задача не решена, перейти ко второй части АРИЗ. Если задача решена, можно перейти к 7 части АРИЗ. Примечание.
17. Анализ по первой части АРИЗ и построение модели проясняет за дачу и позволяет увидеть стандартные черты в нестандартных зада чах, эффективно использовать систему стандартов. ЧАСТЬ 2. АНАЛИЗ МОДЕЛИ ЗАДАЧИ
Цель второй части АРИЗ - учет имеющихся ресурсов: пространства, времени, вещества, полей. ШАГ 2. 1. Определить оперативную зону (ОЗ) Примечание.
18. В простейшем случае ОЗ - это пространство, в пределах которо го возникает конфликт, указанный в модели задачи.
Пример. В задаче об антенне ОЗ - пространство, ранее занима емое молниеотводом: "пустой" стержень, "пустой" столб. ШАГ 2. 2. Определить оперативное время (ОВ) Примечание.
19. ОВ - имеющиеся ресурсы времени: конфликтное время Т1 и время до конфликта Т2. Конфликт может быть устранен (предотвращен) во время Т2. Пример: в задаче о молниях Т2 нет. . - 8
ШАГ 2. 3. Определить вещественно-полевые ресурсы (ВПР) рассматри ваемой системы, внешней среды и изделия. Составить список ВПР. Примечание.
20. ВПР - это вещества и поля, имеющиеся или легко получаемые. ВПР бывают трех видов : 1. Внутрисистемные (инструмента, изделия)
2. Внешнесистемные (конкретной среды или общие для любой среды) 3. Надсистемные (отходы посторонней ТС или "копеечные"- дешевые посторонние элементы).
При решении мини-задачи желательно получить результат при минимальном расходовании ВПР, используя их последовательно по ви дам.
При развитии полученного ответа (решении макси-задачи) надо использовать максимум ВПР.
21. Изделия - неизменяемый элемент. Какие ресурсы могут быть в изделии? Оно может: изменяться само, допускать расходование ка кой-то части, переход к надсистеме, использование микроуровневых структур , соединение с "ничем", т. е. с пустотой, допускать изме нение на время. Таким образом, изделие входит в ВПР, когда его можно менять не меняя.
22. ВПР - это имеющиеся ресурсы. Их выгодно использовать в первую очередь. Если их недостаточно, можно привлечь другие вещества и поля. Анализ ВПР на шаге 2. 3. является предварительным. Пример с антенной. ВПР - это воздух. ЧАСТЬ 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИКР и ФП.
В этой части формируется образ идеального решения и опреде ляется ФП, мешающее достижению ИКР. ШАГ 3. 1. Записать формулировку ИКР-1 в виде:
Икс-элемент, не усложняя систему и не вызывая вредных явле ний устраняет (указать вредное действие) в течении ОВ в пределах ОЗ, сохраняя способность инструмента совершать (указать полезное действие).
Пример. Икс-элемент, не усложняя систему и не вызывая вред ных явлений, устраняет в течении ОВ "непритягивание" молний от сутствующим проводящим стержнем, сохраняя способность этого стержня не создавать помех для антенны. - 9 Примечание.
23. Кроме конфликта "вредное действие связано с полезным действи ем" возможны и другие конфликты, например "введение нового полез ного действия вызывает усложнение системы" или "одно полезное действие несовместимо с другим". Поэтому в шаге 3. 1. приведен только образец одной из формулировок ИКР. Общий смысл любых фор мулировок ИКР: приобретение полезного качества не должно сопро вождаться ухудшением других качеств.
ШАГ. 3. 2. Усилить формулировку ИКР дополнительным требованием: в систему нельзя вводить новые вещества и поля, необходимо исполь зовать ВПР. Примечание.
24. При решении мини-задачи в соответствии с примеч. 20 и 21 ВПР рассматривают в такой последовательности: ВПР инструмента, ВПР внешней среды, побочные ВПР, ВПР изделия.
Пример. В модели задачи о защите антенны инструмента нет ("отсутс твующий молниеотвод"). Следовательно, в формулировке ИКР-1 надо ввести внешнюю среду, т. е. икс-элемент заменить словом "воздух" или "столб воздуха вместо отсутствующего молниеотвода".
Четыре разных варианта ВПР дают 4 линии развития, которые це лесообразно рассмотреть при решении макси-задачи. . Лекция 12
При обучении АРИЗ последовательный анализ постепенно заменя ется параллельным: вырабатывается так называемое "многоэкранное" мышление или "многоэтажное" мышление: умение одновременно видеть изменения в надсистеме, системе и подсистемах. 1 прошлое настоящее будущее ---------¬ -----------¬ ---------¬ надсистема 2 5 +-----+2 надсист. +-----+ 8 2 L---T----- L----T------ L---T---- ----+----¬ -----+-----¬ ----+----¬ система 2 4 +-----+ 1 система+-----+ 7 2 L---T----- L----T------ L---T---- ----+----¬ -----+-----¬ ----+----¬ подсистема 2 6 +-----+3 подсист. +-----+ 9 2 L--------- L----------- L-------- прошлое настоящее будущее 0
Одновременно надо уметь проектировать каждое звено в прошлое и будущее.
Пример: настоящее: дерево (система), группа деревьев (надсисте ма), лес (наднадсистема), лист, ветки (подсистема), клетка (под подсистема); прошлое: семя, росток (дерево-система), молодая по росль (надсистема), почка (подсистема); будущее: сухостой, дупло, бревно (система), сухой лист, перегной (подсистема), лес, роща, вырубка (надсистема).
Пример применения многоэкранного мышления - задача о сборе сока для пальмового сахара с финиковых пальм. В Бангладеш их 13 милли онов, каждая за сезон дает 240 литров сладкого сока. Но надрез надо делать на высоте 20 метров гладкого ствола.
Вырубать ступеньки на стволе? Надо сделать до 40 ступеней. Противоречие: много ступеней - дерево погибает, мало - трудно подниматься. Пожарную машину с лестницей - дорого (техника, горю чее).
Экран 1 задачу не решает. Система экранов 4-1 уже решает делать зарубки каждый год по мере роста пальмы. Другое решение подсказывает система экранов 1-2. Два дерева образуют почти гото вую лестницу. Какое решение вы можете еще предложить?
ШАГ 3. 3. Записать формулировку физического противоречия на макро уровне: ОЗ в течении ОВ должна быть (указать физическое состоя ние), чтобы выполнять (указать одно из конфликтующих действий), и не должна быть (указать это же физическое состояние), чтобы вы полнять (указать другое конфликтующее действие). Примечание.
25. ФП называют противоположные требования к физическому состоя - 2 нию ОЗ.
26. Если составление полной формулировки ФП затруднительно, то составляют краткую формулировку: элемент (или часть элемента в ОЗ) должен быть (указать свойство), чтобы (указать) и не должен быть (указать свойство), чтобы (указать).
Пример: Столб воздуха в течении ОВ должен быть электропроводным, чтобы отводить молнию и должен быть неэлектропроводным, чтобы не поглощать радиоволны. Эта формулировка наводит на ответ: столб воздуха должен быть электропроводным при разряде молнии и должен быть неэлектропроводным в остальное время. Закон согласования ритмики: периодичность появления электропроводности должна быть та же, что и периодичность появления молнии. Это, конечно, не весь ответ. Как сделать, чтобы столб воздуха при появлении разря да превращался в проводник, а по окончании разряда проводник ис чезал?
При решении задачи по АРИЗ ответ формируется постепенно, как бы проявляется. Не следует прерывать решение при первом же намеке и закреплять его. Решение надо доводить до конца.
ШАГ 3. 4. Записать формулировку ФП на микроуровне: в ОЗ должны быть частицы вещества (указать их физическое состояние или дейс твие), чтобы обеспечить (указать требуемое макросостояние) и не должны быть такие частицы, чтобы обеспечить (указать другое мак росостояние).
Пример. В столбе воздуха при разряде молнии должны быть свободные заряды, чтобы обеспечить электропроводность и не должны быть в остальное время, чтобы не было электропроводности (из-за которой поглощаются радиоволны). Примечания.
27. При выполнении шага 3. 4. еще нет необходимости конкретизиро вать понятие "частицы". Это могут быть, например, домены, молеку лы, ионы и т. д.
28. Частицы могут оказаться: а) просто частицами вещества, б) частицами вещества в сочетании с каким-то полем и в) "частицами поля".
29. Если задача имеет решение только на макроуровне, то шаг 3. 4. может не получиться. Тем не менее, попытка составления ФП на мик роуровне полезна, т. к. дает дополнительную информацию - задача ре - 3 шается на макроуровне.
Три первые части АРИЗ существенно перестраивают исходную за дачу. Итог перестройки подводит шаг 3. 5. Составляя формулировку ИКР-2, мы одновременно получаем новую задачу - физическую. Имен но эту задачу надо дальше решать.
ШАГ 3. 5. Записать формулировку ИКР-2 : ОЗ (указать) в течении ОВ (указать) должна сама обеспечивать (указать противоположные физи ческие макро и микросостояния).
Пример. Нейтральные молекулы в столбе воздуха должны сами превра щаться в свободные заряды при разряде молнии, а после разряда молнии свободные заряды должны сами превращаться в нейтральные молекулы.
ШАГ 3. 6. Проверить возможность применения системы стандартов к решению физической задачи, сформулированной в виде ИКР-2. Если задача не решена, перейти к четвертой части АРИЗ. Если решена можно перейти к 7 части АРИЗ, хотя рекомендуется, все же продол жить анализ по 4 части. ЧАСТЬ 4. МОБИЛИЗАЦИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ ВПР.
На шаге 2. 3. были определены ВПР, которые можно использовать бесплатно. В четвертой части АРИЗ планомерно увеличиваются ВПР путем минимальных изменений имеющихся ВПР. Шаги 3. 3. -3. 5. начали переход от задачи к ответу на физической основе. Четвертая часть АРИЗ продолжает эту линию.
Правило 4. Каждый вид частиц, находясь в одном физическом состоянии должен выполнять одну функцию. Если надо выполнять два действия, то вводят дополнительные частицы Б для выполнения вто рого действия.
Правило 5. Введенные дополнительно частицы Б можно разделить на две группы Б1 и Б2, чтобы за счет взаимодействия между ними получить новое третье действие.
Правило 6. Разделение частиц на группы выгодно и тогда, ког да в системе должны быть только частицы А: одну группу частиц ос тавляют в прежнем состоянии, а у другой группы меняют главный для этой задачи параметр.
Правило 7. Разделенные или введенные частицы после отработки должны стать неотличимыми друг от друга или ранее имевшихся частиц. - 4
Примечание 30. Правила 4-7 относятся ко всем шагам четвертой час ти АРИЗ.
ШАГ 4. 1. Метод ММЧ: а) используя метод ММЧ (моделирование малень кими человечками), построить схему конфликта; б) изменить схему А, чтобы маленькие человечки действовали не вызывая конфликта; в) перейти к технической схеме.
Примечание 31. Метод ММЧ состоит в том, что конфликтующие требо вания схематически представляются в виде условного рисунка ( или нескольких последовательных рисунков), на котором действует боль шое число "маленьких человечков" (группа, несколько групп, "тол па"). Изображать в виде "МЧ" следует только изменяемые части мо дели задачи (инструмент, икс-элемент).
В шаге 4. 1. действие б) часто выполняют, совместив на одном рисун ке два изображения: плохое действие и хорошее действие. Если собы тия развиваются во времени, стоит выполнить несколько последова тельных рисунков.
Рисунки надо делать хорошо: а) они выразительны и понятны без слов, б) дают дополнительную информацию о физическом противо речии, указывая в общем виде пути его устранения.
32. Шаг 4. 1. - вспомогательный. Он нужен, чтобы нагляднее представить, что должны делать частицы в ОЗ. Метод ММЧ позволяет увидеть, что надо сделать без физики (как это сделать). Снимается психологическая инерция, фокусируется воображение, т. е. метод ММЧ - психологический. Но поскольку он осуществляется с учетом зако нов развития ТС, то нередко приводит к техническому решению зада чи. Прерывать решение не следует - мобилизация ВПР обязательно должна быть проведена.
Пример. а) Человечки в столбе и в воздухе не отличаются друг от друга - они нейтральны: держат друг друга за руки 1 ¦ ----------¬ ^ 2 o o 2 o o 2 22 2 22 2 ^ ^ 2 ^ ^ 2 o o 2 o o 2 22 2 22 2 ^ ^ 2 ^ ^ -+---------+---------------------------- 0 - 5
б) По правилу 6 делим человечков на две группы: вне столба пусть они останутся без изменений, а в столбе часть будет готова при нять молнию 1 2 ^ ----------¬ 2 o o 2 o o 2 22 2 ^ ^ 2 ^ ^ 2 o o 2 o o 2 22 2 ^ ^ 2 ^ ^ -+---------+---------------------------- 0
в) Молекула воздуха в столбе оставаясь нейтральной, должна быть более склонной к ионизации, распаду. Простейший прием - уменьше ние давления воздуха внутри столба.
Цель мобилизации ВПР при решении мини-задачи не в том, чтобы использовать все ресурсы - наоборот: при минимальном расходе ре сурсов надо получить максимально сильный ответ.
ШАГ 4. 2. Шаг назад от ИКР можно сделать, если по условиям задачи известно, какой должна быть готовая ТС. Изображают готовую сис тему , а затем вносят в рисунок минимальное демонтирующее измене ние. Возникает новая микро-задача: как устранить дефект? Ее реше ние часто подсказывает решение общей задачи.
ШАГ 4. 3. Определить, решается ли задача применением смеси ресурс ных веществ.
33. Если бы можно было использовать ВПР в исходном состоянии, то не было бы задачи. Обычно нужны новые вещества, что связано с усложне нием системы, появлением вредных факторов и т. д. Суть работы с ВПР в 4 части в том чтобы ввести новые вещества, не вводя их.
34. Шаг 4. 3. состоит в простейшем случае в переходе от двух моно веществ к неоднородному бивеществу.
В стандарте 3. 1. 1. переходят от системы к бисистеме или по лисистеме. В веществе объединение 2х - 3х кусков вещества - это просто больше вещества. Поэтому для получения бивещества надо часть вещества видоизменять или вводить новое вещество - в част ности, пустоту.
ШАГ 4. 4. Определить, решается ли задача заменой имеющихся ресурс ных веществ пустотой или смесью ресурсных веществ с пустотой. Пример. Смесь воздуха и пустоты - это воздух под пониженным дав лением. Из физики для 9 класса известно, что при уменьшении дав - 6
ления газа уменьшается и напряжение, необходимое для возникнове ния разряда.
Ответ на задачу А. С. 177497 "Молниеотвод, отличающийся тем, что с целью придания ему свойства радиопрозрачности, он выполнен в виде изготовленной из диэлектрика герметично закрытой трубы, давление воздуха в которой выбрано из условия наименьших газораз рядных градиентов, вызываемых электрическим полем развивающейся молнии".
35. Пустота - очень важный вещественный ресурс: она всегда есть, дешева, хорошо смешивается, образуя пену, пористые структуры и т. д. Это не обязательно вакуум - это может быть для твердого тела - жид кость, для жидкости - газовый пузырек - просто структурой нижних уровней.
ШАГ. 4. 5. Определить, решается ли задача применением веществ произ водных от ресурсных (или применением смеси этих производных веществ с "пустотой").
Примечание. 36. Производные ресурсные вещества получаются изменением агрегатного состояния исходного вещества, или разложением вещества или сжиганием его.
Правило 8. Если нужны частицы вещества, которые невозможно получить непосредственно по условиям задачи, их надо получать разрушением ве щества более высокого структурного уровня.
Правило 9. Если нельзя воспользоваться правилом 8, частицы получают достройкой или объединением частиц более низкого структурного уровня. Правило 10. Правила 8 и 9 применяют, разрушая или достраивая вещес тва ближайшего структурного уровня.
37. Вещество - это многоуровневая иерархическая система. Упрощенно иерархию уровней можно представить так: - минимально обработанное вещество (проволока).
- "сверхмолекулы": кристаллические решетки, полимеры, ассоциации мо лекул;
- сложные молекулы: -молекулы; - части молекул; - атомы; - части атомов; элементарные частицы; - поля.
Правила 8-10 указывают эффективные пути получения производ ных ресурсных веществ и наводят на физический эффект, необходимый в том или ином случае.
ШАГ. 4. 6. Определить, решается ли задача введением вместо вещест - 7
ва электрического поля и взаимодействием двух электрических полей. Пример. Известен способ разрыва труб скручиванием (а. с. 182671). При этом в зажимах труба мнется. Предложено крутить трубу с по мощью электродинамических сил (а. с. 342759).
38. Если использование ресурсных веществ и их производных недопус тимо, то надо использовать электроны, которые хорошо управляются полем.
ШАГ 4. 7. Определить, решается ли задача применением пары "поле добавка вещества, отзывающегося на поле" (например, магнитное по ле - ферровещество, ультрафиолет - люминофор, тепловое поле - ме талл с памятью формы).
39. На шаге 2. 3. рассмотрены имеющиеся ВПР. Шаги 4. 3-4. 5. исполь зуют производные от имеющихся. Шаг 4. 6. вводит посторонние поля, а 4. 7 - посторонние вещества и поля. То есть мы отходим от мини задачи по мере усложнения задачи. ЧАСТЬ 5. ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМФОНДА.
Если 4 часть не привела к решению задачи, надо использовать информационный фонд ТРИЗ.
ШАГ 5. 1. Рассмотреть возможность решения задачи ( в формулировке ИКР-2 и с учетом ВПР, уточненных в 4 части) по стандартам.
40. Если задачу невозможно решить в рамках имеющихся ВПР, приходит ся вводить новые вещества и поля. Большинство стандартов относит ся к технике введения полей и веществ.
ШАГ 5. 2. Рассмотреть возможность решения задачи ( в формулировке ИКР-2 и с учетом ВПР, уточненных в 4 части) по аналогии с другими нестандартными задачами, ранее решенными по АРИЗ.
41. При бесконечном разнообразии задач число ФП, составляющих суть задачи, невелико. Поэтому используется аналогия. Внешне задачи мо гут быть различными, аналогия выявляется после анализа на уров не ФП.
ШАГ 5. 3. Рассмотреть возможность устранения ФП с помощью типовых преобразований (таблица 2 "Разрешение физических противоречий"стр. 9) Правило 11. Пригодны только те решения, которые совпадают с ИКР или очень близки к нему. ШАГ 5. 4. Применение "Указателя физических эффектов"
42. Разделы "Указателя применения физических эффектов и явлений" опубликованы в журнале "Техника и наука" 1981, N 1-9, 1983, N 3-8, - 8
а также в книге "Дерзкие формулы творчества", Петрозаводск, "Каре лия", 1987г. Таблица разрешения физических противоречий 1
---------------------------------T-----------------------------------¬ ¦ Принципы 2 Примеры ¦ +--------------------------------+-----------------------------------+ ¦1. Разделение противоречивых ¦ ¦ ¦свойств в пространстве ¦ ¦ ¦2. Разделение противоречивых ¦ Стандарт2. 2. 3. А. с. 258490: ширину ¦ ¦свойств во времени. ¦ ленточного электрода меняют в за- ¦ ¦ ¦ висимости от ширины сварного шва. ¦ ¦ ¦ ¦ ¦3. Системный переход 1а: объе- ¦ Стандарт 3. 1. 1. ¦ ¦динения однородных или неодно- ¦ ¦ ¦родных систем в надсистему. ¦ ¦ ¦4. Системный переход 1б: от ¦ Стандарт 3. 1. 3. А. с. 523695. Спо- ¦ ¦системы к антисистеме или со- ¦ соб остановки кровотечения: прик- ¦ ¦четанию системы с антисистемой ¦ ладывают салфетку, пропитанную ¦ ¦ ¦ противогруппной кровью. ¦ ¦5. Системный переход 1в: вся ¦ Стандарт 3. 1. 5. А. с. 510350. Рабо- ¦ ¦система наделяется свойством С, ¦ чие части тисков для зажимов де- ¦ ¦а ее части свойством анти-С. ¦ талей сложной формы: каждая часть ¦ ¦ ¦ тверда, а в целом зажим меняет ¦ ¦ ¦ форму. ¦ ¦6. Системный переход 2: пере- ¦ Стандарт3. 2. 1. А. с. 179479. Термо- ¦ ¦ход к системе, работающей на ¦ кран- из двух материалов с разны- ¦ ¦микроуровне. ¦ ми коэффициентами линейного рас- ¦ ¦ ¦ ширения: при нагреве образуется ¦ ¦ ¦ зазор. ¦ ¦7. Фазовый переход 1: замена ¦ Стандарт5. 3. 1. А. с. 252262- способ ¦ ¦фазового состояния части сис- ¦ снабжения энергией сжатого газа в ¦ ¦темы или внешней среды ¦ шахтах: - транспортируют сжиженный ¦ ¦ ¦ газ. ¦ ¦8. Фазовый переход 2: двойст- ¦ Стандарт5. 3. 2. А. с. 958837: тепло- ¦ ¦венное фазовое состояние части ¦ обменник снабжен прижатыми к нему ¦ ¦системы в зависимости от усло- ¦ лепестками из никелидатитана: при ¦ ¦вий работы. ¦ повышении температуры лепестки ¦ ¦ ¦ отгибаются, увеличивая площадь ¦ ¦ ¦ охлаждения. ¦ ¦9. Фазовый переход 3: исполь- ¦ Стандарт5. 3. 3. А. с. 601192. Транс- ¦ ¦зование явлений, сопутствующих ¦ портировка мороженых грузов на ¦ ¦фазовому переходу ¦ опорах из льда (снижение трения ¦ ¦ ¦ за счет таяния). ¦ ¦10. Фазовый переход 4: замена ¦ Стандарты 5. 3. 4. и 5. 3. 5 А. с. 72740. ¦ ¦однофазового вещества двухфа- ¦ Способ полирования изделий рабо- ¦ ¦зовым. ¦ чей средой из жидкости (расплава ¦ ¦ ¦ свинца) и ферромагнитного абрази- ¦ ¦ ¦ ва. ¦ ¦11. Физико-химический переход: ¦ Стандарты 5. 5. 1. и 5. 5. 2 А. с. ¦ ¦возникновение-исчезновение ве- ¦ 342761. Пластификацию древесины ¦ ¦щества за счет разложения - ¦ аммиаком осуществляют пропиткой ¦ ¦соединения, ионизации-рекомби- ¦ древесины солями аммония, которые ¦ ¦нации. ¦ разлагаются при трении. ¦ L--------------------------------+----------------------------------- 0 . Лекция 13 ЧАСТЬ 6. ИЗМЕНЕНИЕ ИЛИ ЗАМЕНА ЗАДАЧИ
В простых задачах ФП преодолевается разделением противоречивых свойств в пространстве или во времени. Решение сложных задач обычно связано с их переосмыслением, снятием психологической инерции (не "ледокол", а "ледоНЕкол"). Процесс решения - это про цесс корректировки задачи, т. к. изобретательские задачи не могут быть поставлены сразу точно.
ШАГ 6. 1. Если задача решена, перейти от физического ответа к тех ническому: сформулировать способ и дать принципиальную схему уст ройства, осуществляющего этот способ.
ШАГ. 6. 2. Если ответа нет, проверить, не является ли формулировка 1. 1. сочетанием нескольких разных задач. В этом случае следует изменить формулировку 1. 1. ,выделив отдельные задачи для поочеред ного решения.
Пример. Задача: "Как запаивать звенья тонких и тончайших зо лотых цепочек? Вес одного метра такой цепочки всего 1 грамм. Надо запаивать в день десятки и сотни метров цепочки".
Задача разбивается на ряд подзадач: а) как ввести микродозы припоя в зазоры звеньев? б) как обеспечить нагрев припоя без вре да для цепочки, в) Как убрать излишки припоя? Главная задача внесение микродозы припоя в зазоры.
ШАГ 6. 3. Если ответа нет, изменить задачу, выбрав на шаге 1. 4. другое ТП.
Пример. При решении задач на измерение и обнаружение выбор другого ТП означает часто отказ от усовершенствования измеритель ной системы и изменения всей системы так, чтобы необходимость в измерении вообще отпала (стандарт 4. 1. 1. ) Пример - индукционный нагрев в тигеле металла Г до температуры плавления. Измерение за меняют на изменения материала тигеля на металл с точкой Кюри рав ной температуре плавления металла Г.
ШАГ 6. 4. Если ответа нет, вернуться к шагу 1. 1. и заново сформу лировать задачу, отнеся ее к надсистеме. При необходимости такое возвращение совершают несколько раз - с переходом к наднадсистеме и т. д.
Пример: Решение задачи о газотеплозащитном скафандре. Первона чальная задача - создать холодильный костюм. Обеспечить требуемую - 2
защитную мощность при заданном весе системы оказалось невозмож ным. Задача была решена переходом к надсистеме: создан газотепло защитный скафандр, одновременно выполняющий функции и холодильно го костюма и дыхательного защитного прибора. Скафандр работает на жидком кислороде, который сначала испаряется и нагревается, обес печивая теплоотвод, а потом идет на дыхание. Переход к надсистеме позволил в 2-3 раза увеличить допустимый весовой предел. ЧАСТЬ 7. АНАЛИЗ СПОСОБА УСТРАНЕНИЯ ФП.
Главная цель этой части - проверка качества полученного от вета. ФП должно быть устранено идеально, "без ничего". Лучше зат ратить несколько часов на получение более сильного ответа, чем много лет бороться за плохо внедряемую слабую идею.
ШАГ 7. 1. Контроль ответа. Рассмотреть вводимые вещества и поля. Можно ли не вводить новые В и П, использовав ВПР - имеющиеся и производные? Можно ли использовать саморегулируемые В ? Ввести соответствующие поправки в технический ответ.
43. Саморегулируемые (в данной задаче) В - это такие В, которые определенным образом меняют свои свойства в зависимости от внешних условий. Например, потеря магнитных свойств при нагревании выше точки Кюри. Применение таких веществ позволяет менять состояние системы или проводить в ней измерение без дополнительных устройств. ШАГ 7. 2. Провести предварительную оценку полученного решения. Контрольные вопросы: а) обеспечивает ли полученное решение выпол нение главного требования ИКР-1 ("элемент сам.... ")? б) Какое ФП устранено полученным решением?
в) Содержит ли полученная ТС хотя бы один хорошо управляемый эле мент? Какой? Как осуществить управление?
г) Годится ли решение, найденное для одноцикловой" модели задачи для "многоцикловой" работы.
Если полученное решение не удовлетворяет хотя бы одному из контрольных вопросов, вернуться к п. 1. 1.
ШАГ 7. 3. Проверить по патентным данным формальную новизну полу ченного решения.
ШАГ 7. 4. Какие подзадачи возникнут при технической разработке по лученной идеи? Записать возможные подзадачи: изобретательские, конструкторские, расчетные, организационные. - 3 ЧАСТЬ 8. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУЧЕННОГО ОТВЕТА. Хорошая идея дает ключ ко многим аналогичным задачам.
Цель этой части - максимально использовать ресурсы найденной идеи. ШАГ 8. 1. Определить, как должна быть изменена надсистема, в кото рую входит измененная ТС.
ШАГ 8. 2. Проверить, может ли измененная ТС (или надсистема) при меняться по-новому.
ШАГ 8. 3. Использовать полученный ответ при решении других задач: а) сформулировать в обобщенном виде полученный принцип решения; б) рассмотреть возможность прямого применения полученного принци па при решении других задач;
в) рассмотреть возможность использования принципа, обратного по лученному;
г) построить морфологическую таблицу (например, типа "расположе ние частей - агрегатные состояния изделии" или "использованные поля - агрегатные состояния внешней среды") и рассмотреть возмож ные перестройки ответа по позициям этих таблиц;
д) рассмотреть изменение найденого принципа при изменении разме ров системы (или ее главных частей): размеры стремятся к нулю, размеры стремятся к бесконечности.
44. Если работа ведется не только ради решения конкретной техни ческой задачи, тщательное выполнение шагов 8. 3. а - 8. 3. д может стать началом разработки общей теории, исходящей из полученного принципа. ЧАСТЬ 9. АНАЛИЗ ХОДА РЕШЕНИЯ.
Каждая решенная по АРИЗ задача должна повышать творческий потенциал человека. И здесь, как в шахматах: класс повышается в результате анализа сыгранных партий. В этом смысл девятой части. ШАГ 9. 1. Сравнить реальный ход решения задачи с теоретическим (по АРИЗ) . Отклонения записать.
ШАГ 9. 2. Сравнить полученный ответ с данными информационного фон да ТРИЗ (стандарты, приемы, физэффекты ). Если в информационном фонде нет подобного принципа, записать его в предварительный на копитель.
АРИЗ 85-В опробован на многих задачах - поэтому предлагая - 4
изменения в АРИЗ надо иметь в виду, что предлагаемые изменения могут, облегчая решения одних задач, мешать решению других задач. Поэтому любое предложение желательно вначале испытать отдельно опробуя его на 20-25 достаточно трудных задач.
Очень полезно построить общую структуру АРИЗ-85-В и связей между его отдельными частями и шагами. Рассматривая построенную структуру, можно отметить несколько особенностей АРИЗ-85-В. 1. АРИЗ использует метод последовательных приближений при анализе и формулировке задачи : мы дважды возвращаемся к шагу 1. 1. в первой части (с шага 1. 3. и с шага 1. 6. ) и трижды возвращаемся к анализу задачи в шестой части : с шага 6. 2. к шагу 1. 1. , с шага 6. 3. к шагу 2. 1. и с шага 6. 4. к шагу 1. 4. Наконец, возможен возврат к шагу 1. 1. из седьмой части АРИЗ.
2. Ариз несколько раз обращается к использованию системы стандартов : на шаге 1. 7. , на шаге 3. 6. , на шагах 4. 6. , 4. 7. и на шаге 5. 1.
3. Полученное на одном из этих шагов решение задачи проверя ется в седьмой части АРИЗ на шаге 7. 2. и при отрицательном ре зультате проверки АРИЗ вновь возвращает нас к анализу задачи на шаг 1. 1.
Как видно из общей структуры АРИЗ, главное внимание сосредо точено на анализе задачи (часть 1), модели задачи (часть 2), фор мулировке ИКР и ФП (часть 3), уточнению формулировки задачи (часть 6) и анализу решения (части 7, 8, 9). И только две части АРИЗ - часть 4 (мобилизация и применение ВПР) и часть 5 (примене ние информационного фонда) предназначены для получения конкретных рецептов решения задачи.
Таким образом, АРИЗ является мощным аналитическим методом решения творческих задач.
__0_$___/_т_0_т____________яA____*. FRMяя________A____*. FRMђ__љ"____И___ ___h___*. MAC___>___
___M__ђ__њ"]__ђ____d_*. MAC_k__ђ____o__0ё___s__________