ТРИЗ для профи и не только. Законы развития технических систем. Том 1. Издание 3-е, исправленное и дополненное

Пример

Беспилотные летательные аппараты – это оснащение самолетов системами управления на расстоянии; первоначально – установка системы телеметрии и замена системы управления. Однако впоследствии произошло полное изменение конструкции. Современные беспилотники совершенно не похожи на обычные самолеты – это новая S-кривая.

Рисунок 9. Истребитель-бомбардировщик А-4С и один из первых боевых беспилотников QF-4

Рисунок 10. Современный ударный беспилотник MQ-9 Reaper, 2007 год

Как это ни парадоксально, но такие значимые с точки зрения человечества новые технические системы, как автомобиль, реактивная авиация, не что иное как «простая» удачная замена одной из важных подсистем в технической системе, на качественно более совершенную. И эта замена выполнена в соответствие с известными законами развития технических систем. Они не являются пионерными системами! То есть в классификации ТРИЗ – это ГИБРИДИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

Обычно, первоначальная конструкция таких гибридов – довольно механистичная замена одной системы другой или дополнение системы отсутствующим элементом (например, системы автоматического управления вместо человека, соответствие с законом вытеснения человека из системы), При этом все остальные части системы сохраняются. Однако, со временем, эта замена становится основой для радикального совершенствования всей системы. Но происходит это уже в рамках новой S-кривой (см. Раздел 2, глава 3).

Стоит отметить, что значимость изобретения для этой группы изобретений часто определяется не только (и не столько) самим изобретением, но, в большей степени, рынком системы, и его значимостью для развития общества, то есть Потребностью, которую оно удовлетворяет (см. Раздел 1 глава 2). Замечание:

Пример

Казалось бы, керосиновая лампа – это всего лишь модернизация масляной лампы, известной еще со времен Древнего Египта, которая стала использовать новое топливо – промышленно производимый керосин (неограниченный ресурс), вместо животного масла (весьма ограниченный ресурс). То есть система совсем не пионерная, и изменения не очень значительные, но изменение доступности топлива позволило резко расширить рынки. Ее появление радикально изменило общества. Клерки смогли увеличить рабочий день (особенно в зимнее время), повысились возможности образования (студенты и учёные получили возможность читать в вечернее время), работники получили возможность работать на предприятиях и мануфактурах в темное время суток, продавцы – продавать товары и т. д.

Рисунок 11. Керосиновая лампа

– гибридизация, в отличие от создания пионерных систем, вполне алгоритмизируемый процесс, а значит, может быть поставлен «на поток». Важное замечание

Поиск таких изобретений может быть выполнен, например, с использованием обычного морфологического ящика. Стоит отметить, что при работе с таким ящиком важную роль играет понимание «тенденции удешевления продуктов». Это существенно снизит психологическую инерцию при создании новых, достаточно дорогих на первом этапе, но пока неэффективных систем. В классификации Г. С. Альтшуллера это позволяет создавать изобретения четвертого-пятого уровней.

1.2.2. Простое объединение двух и более разнородных систем с последующим свертыванием (гибридизация 2).

Объединение разнородных систем позволяет создавать новые объекты.

Пример:

Видеодвойка. В видеодвойке объединены телевизор и видеопроигрыватель, с последующим свертыванием ряда узлов.

Рисунок 12. Видеодвойка – видеопроигрыватель и телевизор

Пример

В современном комбайне объединены две системы – косилка и молотилка.

Рисунок 13. Косилка и молотилка были объединены в комбайн

Пример

Пикап – гибрид грузовика и легкового автомобиля

Рисунок 14. Пикап

Пример

В современных холодильниках объединены морозильник и холодильник.

Рисунок 15. Холодильник с морозильной камерой

Техника гибридизации хорошо разработана в исследованиях В. М. Герасимова и В. О. Прушинского, и может, после приобретения небольшого опыта, быть использована рядовыми инженерами [12, 13].

Инструментами для гибридизации могут быть, хорошо проработанные на сегодня, функционально-стоимостной анализ и законы развития технических систем. Такой подход позволяет быстро и эффективно создавать изобретения второго-четвертого уровня по классификации Г. С. Альтшуллера.

1.2.3. Использование известных материалов, технических систем и технологий по новому применению.

Часто применение известных технологий порождает новые технические системы (новые S-кривые), отличающиеся от тех, которые использовали эти технологии ранее.

Наиболее ярким примером этого являются современные компьютеры. Первоначально компьютеры разрабатывались для выполнения сложных математических расчетов.

Рисунок 16. Первый компьютер IBM

Но, в какой-то момент, программисты начали использовать компьютеры для печати картинок символами. Идея была подхвачена и вскоре на компьютере стали печатать тексты, а еще через некоторое время у компьютеров появилась масса новых применений. Теперь математические вычисления – один из узких рынков из всех применений компьютеров. Разумеется, и сама система при этом претерпела существенные изменения.

Грамотные изобретатели, анализируя систему, всегда будут искать ресурсные функции, специфические свойства и характеристики системы, которые пока никак не используются и которые удовлетворяют другие, новые потребности. Затем они постараются создать новые системы, в которых эти функции будут гипертрофированно развиты, и постараются подобрать для них новые рынки. 12

Пример

В марте 1853 года сестра Леви Страусса пригласила его погостить в Калифорнию. В это время Сан-Франциско была знаменитая золотая лихорадка, и массы старателей стремились в Калифорнию в надежде обогатиться. Шурин Страусса решил подзаработать, и попросил Леви прихватить с собой парусины, которую хотел использовать для шитья палаток. Благо,

Рисунок 17. Фирменная этикетка Леви Страусс

в то время, в связи с переходом флота от парусников к пароходам, парусина резко подешевела. Однако, когда Леви приехал в Калифорнию, выяснилось, что спроса на палатки нет, зато у старателей большая проблема с одеждой, которая быстро протиралась и портилась. Предприимчивый Страусс сообразил, что парусина может быть использована по другому назначению, и начал шить из привезенной парусины штаны. Это и были первые джинсы! Неожиданно новая одежда стала пользоваться большим спросом. В 1873 году он с Джекобом Девисом получил патент на «Комбинезон без верха», и учредил компанию «Леви Страусс».

Пример

Основным продуктом, который получали перегонкой из нефти, в конце XIX века был керосин, который использовали в керосиновых лампах. Более легкую фракцию нефти – бензин или сжигали, или сливали в овраги и реки. Незначительная часть бензина поступала в аптеки, и использовалась как антисептик. Ситуация резко изменилась, когда бензин получил новое применение – топливо для двигателей внутреннего сгорания. Теперь, мало кто представляет, что раньше бензин был не более чем отходами керосинового производства.

Пример

Первоначально магнетрон, изобретение британских физиков Джона Рэндалла и Гарри Бута, созданный в 1940 году, был применен в радарах, способных эффективно наблюдать за небом в поисках самолетов. Этими разработками занималась во время Второй Мировой войны, и сразу после нее, американская компания Рэйтеон . 13

Но, вскоре после войны, финансирование оборонных разработок сократилось, и перед инженерами была поставлена задача – найти новые рынки для продукции компании. Тут инженер компании Пэрси Спенсор вспомнил, что как-то, когда он работал с магнетроном, у него в кармане расплавился шоколадный батончик. Он повторил эксперимент и понял, что магнетрон можно использовать для нагрева предметов. Так появилась идея создания микроволновых печей.

Первая печь весила около 340 килограмм, стоила около 3 000 долларов (в то время колоссальные деньги; например, это была стоимость среднего дома или элитного «Кадиллака»! ). Поэтому новые печи использовались только в ресторанах. Но, после ряда усовершенствований и удешевлений, ее вес уменьшился до 10—15 килограмм, а цена снизилась к настоящему времени до 20—150 долларов. Рынок стал массовым, а микроволновая печь стала обязательным предметом почти в каждом американском доме.

Рисунок 18. Магнетрон (разрез)

Традиционно новое применение находят различным материалам, если неожиданно выявляется, что они обладают свойствами, полезными для других целей…

Пример

Ванилин – известная специя, применяемая в кондитерской промышленности. Но он же замечательный и единственный безопасный репеллент от комаров и гнуса для грудных детей.

Рисунок 19. Первая серийная микроволновая печь весила 340 килограмм и использовалась в ресторанах

Пример (быль)

В аптеку заходит прапорщик и просит продать ему 100 презервативов. На вопросительно-восторженный взгляд продавщицы он поясняет:

– Рота едет на полевые учения без стрельб. А презерватив одеваем на ствол автомата, чтобы грязь не попала. Потом чистить ствол не надо будет!

1.3. Третий уровень – изобретения, созданные в рамках одной S-кривой

(в соответствие с законами развития, с разрешением противоречия)

Если пионерные и крупные не пионерный изобретения, связаны с появлением систем, открывающих новые S-кривые, то менее значимые по уровню изобретения (но часто расширяющими возможности применения системы, ее рынки) связаны с решениями, развивающими систему в рамках одной S-кривой.

К таким решениям могут относиться;

– (часто с преодолением противоречий); динамизация элементов системы и технологии

Пример

Динамизация фар позволяет спрятать их, когда они не нужны, чтобы не повредить их и не испачкать.

Рисунок 20. Динамичные фары

Пример

Динамизация контактов в вилке позволяет сделать ее более компактной, при транспортировке или хранении.

Рисунок 21. Динамичная электрическая вилка

Пример

Динамизированная тележка, удобна при хранении, но легко раскрывается для перевозки груза.

Рисунок 22. Складывающуюся тележку удобно хранить дома или в гараже

– , ее характеристик и т. п. согласование ритмики работы системы

Пример

Размер конфорок электроплиты согласовывается с диаметром дна кастрюлек, в которых готовится пища.

Рисунок 23. Электроплита с конфорками разного размера

– , расширяющих возможности ее и улучшающих качество функций, которые она выполняет. добавление в систему дополнительных и вспомогательных подсистем

Пример

В израильских танках «Меркава» установлены кондиционеры. Эта система позволяет воевать более эффективно в условиях жаркого климата Ближнего Востока.

Рисунок 24. Танк Меркава 1

Подробно об использовании законов динамизации элементов системы и технологии, согласования-рассогласования, развертывания-свертывания при совершенствовании систем можно прочитать в книге серии «ТРИЗ для чайников» «Законы развития технических систем», том 2 [5]. Мощным инструментом для таких изобретений становятся микростандарты, описанные в законах развития технических систем [5, 15].

1.4. Четвертый уровень – конструкторско-технологическая оптимизация

Часто значительное повышение степени идеальности системы обеспечивается простой инженерной работой, в рамках известных инженерных знаний.

Конструкторско-технологическая оптимизация – это улучшение системы за счет изменения материалов, оптимизации конструкции системы и ее элементов, без разрешения противоречий. Определение:

Этот уровень, в понимании многих тризовцев, не является изобретательским, поскольку не разрешается техническое противоречие, или разрешается примитивное противоречие очевидными способами. Часто это уровень рационализаторского предложения. Но иногда даже эти решения могут быть защищены патентами, а главное, они могут быть очень эффективными с экономической точки зрения. Реализуются же они в рамках известных тенденций развития в рамках закона повышения степени идеальности.

Часто бывает, что эти «не изобретения» настолько существенно меняют стоимость и эффективность системы, что это радикальное меняет ее положение на рынке. Замечание:

К традиционным путям конструкторско-технологической оптимизации относятся:

– замена материалов;

– оптимизация параметров и формы деталей на основе стандартных инженерных расчетов;

– использование серийных элементов из других областей техники;

– переход к крупноблочным конструкциям;

– компромиссные решения.

Пример

Замена стальных труб в системах водоснабжения домов на пластиковые и металлопластиковые не только существенно снизила стоимость материала и сборки, но и повысила их долговечность.

Рисунок 25. Стальные трубы заменены на пластиковые

Пример

В сущности современная газонокосилка принципиально не отличается от первой бензиновой газонокосилки 1918 года полковника Эдвина Джорджа. Обычное конструкторское совершенствование всех элементов, без прорывных пионерных решений. Но, черт возьми, есть разница! Если желающих покупать первые газонокосилки было немного (дорогие, тяжелые, шумные…), то теперь почти каждый владелец дома в США имеет свою газонокосилку.

На сегодня в ТРИЗ разработано множество инструментов, позволяющих эффективно развивать систему в рамках одной S-кривой и получать великолепные результаты за счет решений третьего и четвертого уровня.

Рисунок 26. Прямо скажем – газонокосилка несколько изменилась

Глава 2. Потребности. Значение изобретения для общества

В цирке ходила легенда о трюке, который придумал один жонглер. Год он готовил номер с жонглированием тремя спичками! С точки зрения мастерства – это сложнейший трюк! Он показал номер профессионалам, и они были в восторге, но… в цирке номер не пошел. Зрители не могли увидеть этот номер даже с ближних рядов в огромном здании цирка!

Так и в изобретательстве. Есть великолепные изобретения, которые практически не влияют на развитие общества, а есть простенькие решения, которые совершают переворот в обществе.

Что же значимо при внедрении изобретения? Что делает его важным для общества?

Как то ни странно, но значение изобретения для общества не всегда связано с его уровнем. Более важны:

– ; под этим мы понимаем, позволяет ли уровень развития техники быстро и безболезненно внедрять новую техническую систему? Своевременность появления изобретения (готовность общества, науки, техники и технологий)

– Ш; то есть насколько широкие слои населения могут использовать новую техническую систему или технологию? ирота применения системы, рынок внедряемой системы

– ; важность потребности человека или общества, которую оно удовлетворяет? Значение для пользователя

– . Значение для надсистемы, и влияние инновации на ее развитие

Важными оказываются некоторые другие параметры.

Итак, уровень сложности найденного технического решения совсем не тождественен его значению для общества. Часто бывает, что одинаковые по уровню изобретения имеют для общества совершенно разное значение.

2.1. Уровень изобретения и потребность в нем

Рассмотрим три изобретения первого уровня. В основе каждого из них – открытие. Каждое из них стало началом новой S-кривой, новым направлением в своей области.

2.1.1. Пенициллин

Пенициллин – первый антибиотик – антимикробный препарат, полученный на основе продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

По легенде, его случайно открыл в 1928 году Александр Флеминг.Он занимался исследованиями борьбы с бактериями, и как-то обратил внимание на то, что плесень , которая выросла в обычной колбе, угнетает рост колонии бактерий. Penicillium

Флеминг сделал правильный вывод – плесень Penicillium notatum обладает бактерицидным действием.

Его результаты стали основой работГоварда Флори (Howard Florey, 1898—1968) и Эрнста Чейна (Ernst Chain, 1906—79), Оксфордского университета, которые в 1938 году выделили чистую форму пенициллина. А уже в 1941 году была получена первая доза пенициллина, которая спасла жизнь 15-летнему подростку с заражением крови. ,

Рисунок 27. Александр Флеминг

Рисунок 28. Колонии плесени Penicillium notatum

Надо понимать, что еще в 1930-х годах десятки тысяч людей умирали от дизентерии, воспаления лёгких, тифа, лёгочной чумы, а сепсис был смертным приговором. 14

С началом Второй Мировой войны резко возросла потребность антибиотиках, способных защитить тысячи раненых от заражения крови. Работы над получением пенициллина резко ускорились, и в 1943 году впервые началось промышленное производство пенициллина. Грибок выращивали на курином бульоне, а затем из него получали лекарство.

Раскачиваться времени не было и технология массового выпуска пенициллина, сразу же была передана на предприятия Pfizer и Merck. В середине Второй мировой войны в США производство пенициллина было поставлено на конвейер, что спасло от гангрены и ампутации конечностей десятки тысяч американских и английских солдат.

Рисунок 29. Чаны для выращивания пенициллина

В 1945 году Флемингу, Флори и Чейну была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытие пенициллина и его целебного воздействия при различных инфекционных болезнях».

Однако технология выращивания грибка на курином бульоне была крайне дорогостоящей и громоздкой. Нужна была другая технология.

И она появилась! В 1946 г. удалось осуществитьсинтез пенициллина который был идентичен природному, полученному биологическим путем.Технология биосинтеза пенициллина позволила многократно снизить стоимость препарата, а главное – она стала основой для получения многих других антибиотиков. ,

Пенициллин, а затем и другие антибиотики стали доступными во всех странах мира, что спасает жизнь и здоровье миллионам людей.

2.1.2. Имплантирование в стоматологии

Как это ни странно, но зубным протезированием люди занимались еще две тысячи лет назад. Следы протезирования находят в египетских захоронениях. Правда, успехи были крайне сомнительны.

Настоящее протезирование началось с XIX века. И основными правилами протезирования были:

– хорошая подготовка ложа для протеза, чтобы не вызывать воспаления,

– защита от отторжения тканей.

Наиболее эффективным материалом для протезов стало золото. Именно оно было достаточно инертным, чтобы не вызывать воспаление в агрессивной среде рта.

Прорывом в протезировании стало имплантирование, разработанное шведом Ингмаром Бранемарком (P. Branemark) в Университете Гетеборга (Швеция). Основывается оно на открытии:

В костном ложе, которое атравматично подготовлено и точно соответствует по форме устанавливаемой титановой конструкции, происходит прочное «сращение» поверхности металла с костью.

Рисунок 30. Ингвар Бранемарк

Первоначально И. Бранемарк пытался применить изобретение не в стоматологии, но особых успехов не достиг. Лишь спустя 13 лет он обратил внимание на разработки многих стоматологов по установке имплантатов.

Активные исследования по новому имплантированию начались с 1960-х годов итальянским врачом С. Трамонте (S. Tramonte), французским врачом Р. Шершеве (R. Chercheve), американским стоматологом Л. Линьковым (L. Linkow) и другими исследователями. Они начали экспериментальное внедрение имплантатов с широкими исследованиями в области оптимизации формы имплантата и согласования ее с костными тканями челюсти. Это минимизировало отторжение тканей, но не снимало проблемы плохого соединения имплантата и костной ткани.

В 1965 И. Бранемарк разработал имплантаты, состоящие из двух частей – внутрикостной и прикручиваемой к ней опоры для коронковой части – абатмента. В качестве материала он использовал титан.

Рисунок 31. Имплантат

Использование имплантата из двух частей позволило разделить процесс на два этапа:

– этап установки и сращивания основы с костью (когда на только что установленную основу нет воздействия, и процесс сращивания идет быстрее);

– этап установки протеза на основу, надежно вросшую в кость.

Медицина – наука консервативная, поэтому исследования заняли около 30 лет до того времени, когда в конце 1990-х годов началось массовое внедрение этой методики в практику стоматологии. В настоящее время имплантирование протезов из титана стало основной методикой протезирования в современной стоматологии.

2.1.3. Лазерный измеритель расстояния

Как часто бывает, внедрение нового оборудования начинается в военной технике. Измерение расстояния – одна из важных задач в военном деле. Лазерный дальномер был разработан спустя несколько лет после открытия лазера (1954 год).

Рисунок 32. Нобелевские лауреаты 1964 года за открытие лазеров (Ч. Таунс, Н. Басов и А. Прохоров)

Рисунок 33. Военный лазер

Через некоторое время прибор перешел в мирное использование и получил довольно широкое распространение у строителей и других профессионалов.