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

Пример

О полетах на Марс мечтал еще Ф. А. Цандер в 1920-х годах, создав первые жидкостные ракеты. Но реальная техника, способная реализовать эту мечту была создана только спустя полвека, с появлением электронных управляющих устройств, качественного топлива и многого другого.

Рисунок 46. Цандер Ф. А. (1887—1933)

Пример

О графенах слышали почти все, и потребности, которые могут быть реализованы с их использованием, тоже понятны. Но, к сожалению, современная техника не позволяет получить пригодные к техническому использованию материалы на основе графенов.

Рисунок 47. Модель графена

Пример

Создание термоядерного реактора могло бы обеспечить дешевой электрической энергией, и решить проблему изменения климата. Но уровень современной науки и техники не могут обеспечить стабильную и безопасную термоядерную реакцию.

Рисунок 48. Схема термоядерного синтеза давно известна, но непонятно, как создать стабильный процесс

Оценка готовности уровня развития науки, технике и технологий при внедрении изобретения – необходимый шаг при его реализации. 18

Иногда бывает, что изобретение запаздывает, и уровень техники для его реализации давно достигнут. Тогда внедрение идет легко.

Бывает, что современный уровень науки недостаточен, и тогда внедрение откладывается на некоторое время, иногда на столетия. Например, идею вертолета предложил еще Леонардо да Винчи, но реализовать ее смогли только пять столетий спустя.

Рисунок 49. Геликоптер Леонардо да Винчи

Но наиболее распространена ситуация, когда уровень техники соответствует необходимым требованиям к внедрению изобретения. И тогда идет нормальная рутинная работа по его внедрению.

2.4. Необходимость проводить изменения в надсистеме

Быстрота внедрения новой системы в значительной степени зависит от того, насколько радикальные изменения потребуются в надсистеме, при ее внедрении. Серьезные изменения надсистемы всегда будут тормозить внедрение изобретения.

Пример

Для массового использования электромобилей предстоит построить сеть электрозаправочных станций или адаптировать имеющиеся электрические сети. Сама по себе электрозаправочная станция сложности не представляет, но для создания сети таких станций нужны достаточно значительные инвестиции.

Если при продвижении новых систем элементы надсистем не меняются, то внедрение идет гораздо быстрее.

Рисунок 50. Электрозаправка на парковке супермаркета

Пример

Экономичные лампы ворвались в нашу жизнь в конце XX века, хотя они – всего лишь модификация газоразрядных ламп (в простонародье «ламп дневного света»). Но для того, чтобы их стало возможно широко использовать (создания массового рынка) пришлось создать малогабаритные пусковые устройства, размещаемые в специальном цоколе. Изготовление таких устройств стало возможным только в конце XX века. Зато такой цоколь позволил устанавливать новые лампы в обычные патроны, используемые для ламп накаливания (то есть без изменений в существующей надсистеме). Это обеспечило быстрое внедрение новой системы.

Аналогично были решены вопросы внедрения светодиодных ламп. Микроэлектронная начинка и система охлаждения светодиодов были встроены в корпус лампы и ее цоколь. Форма самого цоколя и контакты, были сохранены, и не требовали изменений в надсистеме.

Итак, если мы хотим обеспечить быстрое внедрение новой системы, то необходимо создать условия, при которых не придется вносить существенные изменения в надсистемах, в которых она работает. В ТРИЗ предстоит разработать механизмы (алгоритмы) адаптации новых систем к существующим надсистемам, с минимизацией изменений в последних.

Рисунок 51. Экономичная лампа и LED со стандартным цоколем Е 27

В Ы В О Д Ы

Предложенная классификация является весьма инструментальной, поскольку позволяет инженеру понимать, как создавать изобретения (используя уже разработанные инструменты ТРИЗ), и как их внедрять и продвигать на рынок, создавая для этого необходимые условия.

Эта классификация изобретений позволяет управлять созданием изобретений разного уровня, в зависимости от желания инженера, используя уже известные законы развития технических систем.

Стратегия работы создания изобретений будет определяться следующим:

а. Чтобы создавать пионерные изобретения необходимо отталкиваться от:

–;  открытий

или

– ; принципиально нового, прорывного уровня развития технологий

и искать в них возможности получить:

–  новые функции, которых раньше не было;

или

– . новые принципы действия для известных функций

При оценке перспектив таких изобретений, необходимо оценивать:

– какие потребности будут удовлетворяться при этом, и какова их массовость, значение для общества;

– готовность общества, уровня науки и техники для реализации изобретения.

б. Чтобы создавать новые прорывные высокоэффективные технические системы на базе известных технических решений, возможно применение гибридизации, как основной методики создания изобретений, дающих начало новым S-кривым, новым направлениям в развитии техники.

В этом случае, нет необходимости доказывать перспективность системы, с точки зрения полезности для общества, поскольку потребность уже обозначена. При этом нет необходимости доказывать готовность науки и техники для внедрения изобретения, поскольку все основные подсистемы уже существуют и доказали свою работоспособность.

в. Если идти наиболее простым путем – совершенствовать систему, повышать ее идеальность без выдающихся инноваций – можно создавать изобретения третьего-четвертого уровней.

Для всех четырех уровней изобретений в ТРИЗ разработаны сильные инструменты – законы и линии развития технических систем, которые будут направлять Вас в своей работе. 19

Значение изобретения для общества в большой степени будет зависеть от широты области потребности, которую оно удовлетворяет, а быстрота внедрения – от осознания обществом этой потребности и наличия необходимого уровня науки и техники для его внедрения.

Итак, все изобретения можно условно разделить на четыре основных группы (уровня), и для каждого из них в ТРИЗ разработаны свои инструменты, которые можно эффективно использовать. А далее, как в песне из известного кинофильма фильма – «Думайте сами, решайте сами…»:

– Вы хотите славы первооткрывателей пионерной системы – изучайте открытия и делайте пионерные системы, но будьте готовы к тому, что слава может прийти, но не при Вашей жизни;

– Вы хотите создать стар-ап, основать новую S-кривую, оставить след в технике и заработать большие деньги – создавайте новые не пионерные системы, но будьте готовы к длительной и трудной борьбе;

– Вы хотите жить спокойной жизнью инженера, быстро совершенствовать свою систему или технологию – не заморачивайтесь, а просто используйте известные подходы ТРИЗ к развитию систем.

РАЗДЕЛ 2. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ, БАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Эти законы имеют в основном концептуальное значение и объясняют, как и по каким принципам развиваются технические системы. Хотя иногда их применение позволяет решать и конкретные изобретательские задачи.

Глава 1. Закон повышения степени идеальности

Большинство специалистов ТРИЗ уделяет большое значение закону повышения степени идеальности. Считается, что это ГЛАВНЫЙ ЗАКОН, который позволяет дать ориентир в поисках решений, оценивать их качество, а иногда и напрямую выводит на решение некоторых задач. Некоторые тризовцы в азарте утверждают, что только с помощью одного этого закона они и решают задачи! Возможно! Но в моей практике я редко сталкивался с ситуацией, когда формулировка идеальности позволяла сразу решить задача. Хотя, справедливости ради, должен отметить, что решения в этих случаях всегда оказывались сильными.

* * * * * *

Каждая система создается для выполнения какой-либо или нескольких функций. полезной функции ( )

За то, что мы получаем эту функцию, нам приходится платить тем, что мы:

– несем определенные затраты на создание технической системы, которая ее выполняет;

– обслуживаем техническую систему, неся эксплуатационные затраты (энергия, материалы, оплата персонала);

– получаем отходы, которые приходится утилизировать, вредные выбросы и иные вредные воздействия (шум, вибрации).

Все это – . функция расплаты

оценивается таким показателем, как отношение суммы полезных функций к сумме функций расплаты. Выглядит это как дробь, в числителе которой совокупность полезных функций, а в знаменателе – совокупность функций расплаты. Идеальность системы

Замечание. Показатель «Идеальность» – качественный, и часто не имеет абсолютного значения. С одной стороны, это связано и с тем, что хотя часть показателей, по которым выполняется оценка, могут быть вполне объективными и измеряемыми – коэффициент полезного действия, расходный коэффициент, мощность, вес и другие. Но они имеют разные размерности, а значит, обобщенного значения у этого показателя быть не может. С другой стороны, многие показатели качественные, и остаются на усмотрение человека, то есть на его экспертную оценку.

Пример

Однажды американского астронавта Уолтера Ширра спросили: 20

– Скажите, о чём вы думали, когда вы сидели в кресле капсулы космического корабля в момент старта?

– Я смотрел на приборную доску с массой индикаторов и кнопок, и думал – ведь этот космический корабль построил тот, кто на тендере дал правительству минимальную цену за её конструирование и изготовление!»

Рисунок 52. Уолтер Ширр

Пример-шутка

Идеальность в налогообложении это искусство ощипывать гуся так, чтобы получить максимум перьев с минимумом писка.

Со временем любая техническая система совершенствуется. При этом:

а. Повышается качество выполнения полезных функций и их количество – то есть растет числитель дроби.

В автомобиле, например, повышается КПД работы двигателя внутреннего сгорания, или возрастает грузоподъемность автомобиля, или его скорость.

Для легковых автомобилей повышается мощность двигателя и возрастает комфортность. Появляется фары, радио, измеритель количества бензина, кондиционер и другие приборы.

Рисунок 53. Первый автомобиль Бенца отличается от…

Рисунок 54. от современного Мерседеса-Бенца

б. Снижаются функции расплаты – то есть уменьшается знаменатель дроби.

В автомобиле это:

– уменьшение расхода топлива (энергии);

– снижение шума, вибрации, устранение запаха бензина ….

Закон повышения степени идеальности гласит:

С развитием технической системы постоянно происходит повышение степени ее идеальности.

Справедливости ради, отметим очевидность этого закона на уровне здравого смысла. Ведь никто не будет менять лучшее на худшее. Новая система должна быть более эффективной, чем старая.

Но к какому пределу стремится идеальность?

1.1. Идеальная система (ИКР)

Ни одна техническая система нам не нужна как набор элементов болтов, гаек, и разных деталей. Нам нужна функция, которая выполняет система. Именно поэтому для нас . идеальной системой является система, которой нет, но которая обеспечивает выполнение своей функции

За такую систему не надо платить, ее не надо обслуживать, от нее нет отходов или вредных проявлений! Эдакая волшебная палочка для исполнения одного желания – функции, которую она должна выполнять.

По аналогии с идеальной системой, под идеальным решением в ТРИЗ понимается такое решение, при котором, без изменений (в крайнем случае, при минимальных изменениях) системы мы получаем требуемый результат.

Стандартная формулировка идеального конечного результата решения задачи (ИКР) выглядит следующим образом  – техническая система САМА, не усложняя себя, выполняет требуемое действие или обеспечивает требуемую функцию.

То есть мы ничего (или почти ничего) не меняем в системе, а она преобразуется так, как нам надо. Или мы создаем новую подсистему, которой нет, но которая выполняет в системе нужную нам функцию.

Пример-шутка

Мечта (ИКР) официантки:

Клиенты обедают у себя дома, а чаевые присылали по почте;

Мечта (ИКР) правительства:

– Население само себя учит, лечит, защищает и регулярно платит налоги.

Выглядит такое требование почти фантастическим, однако, практика показывает, что именно формулирование ИКР иногда позволяет найти сильное решение, подсказывает его. Разумеется, что совсем ничего не менять не получается, но зато решение получается с минимальными затратами, в основном, за счет уже имеющихся в системе и около нее ресурсов [14].

1.2. Примеры решения задач с помощью формулировки ИКР

Говорят правильно поставленная задача – уже наполовину решенная задача. Давайте посмотрим, как работает правильная постановка задачи с помощью ИКР.

Пример 1

Дорога, которая будит засыпающего водителя.

Монотонное движение на дороге усыпляет водителя, и он может съехать в кювет . При патентном поиске вы найдете немало электронных устройств, которые определяют момент засыпания водителя, и будят его. Например, есть такое изобретение – специальный датчик следит да пульсом человека и другими параметрами и, в случае необходимости, бьет его электрическим разрядом. А можно ли обойтись без таких устройств? 21

Как сделать так, чтобы водитель просыпался, если машина уходит с дороги в кювет?

Формулируем ИКР: Дорога сама будит водителя в тот момент, когда машина начнет уходить в кювет.

Оказалось, что сделать это совсем нетрудно! Достаточно сделать надавы на асфальте вдоль боковой стороны дороги.

Рис. 55. Ребристость на краю хайвея I-95 недалеко от Бостона

Подобное решение позволило сократить аварии, возникающие вследствие усталости водителей. Если водитель засыпает за рулем, и автомобиль начинает уходить с дороги, то такая асфальтовая гребенка быстро разбудит водителя. Когда колесо попадает на участок с гребенкой, машина начинает вибрировать и шуметь. Водитель сразу просыпается и возвращает машину на дорогу.

Это изобретение активно используется на всех автострадах США.

Пример 2

Строительство канала.

При строительстве каналов в вырытую траншею укладываются бетонные плиты. Их приходится доставлять на специальных машинах, да еще прокладывать дорогу, чтобы машины могли проехать.

А можно ли обойтись без строительства специальной дороги и машин?

Формулируем ИКР: Плиты сами приходят к месту монтажа.

Вероятно, эта подсказка вдохновила испанца Федерико Молеро Хименес, который получил в 1968 году советский патент N 307 584. Идея его изобретения: заставить будущий оросительный канал потрудиться на собственном строительстве.

Для этого канал монтируют из отдельных блоков – железобетонных плит, укладываемых встык. После укладки таких плит на определенном участке, устанавливается временная перегородка, и в построенный участок пускается вода. Следующая партия железобетонных плит плывет к месту укладки по построенной части канала на специальных «баржах-корытах».

Корыта плывут одно за другим, и доставляют железобетонные плиты к месту строительства – канал сам себя строит.

Кстати, аналогично идет строительство железных дорог. Путеукладчик идет по только что проложенным рельсам.

Рисунок 56.Путеукладочный поезд

Пример 3

Закалка швейных игл.

Закалка швейных игл – сложный процесс. При недогреве игла не приобретает нужной твердости, при перегреве становится хрупкой и быстро ломается. При этом если иглу опустить в воду не строго вертикально, то она искривляется.

Разработан способ закалки игл, при котором иглы падают из питателя через вертикально расположенный индуктор вихревых токов. За время падения иглы нагреваются, ориентируются и вертикально падают в установленную внизу ванну. Недостаток заключается в том, что малейшие отклонения мощности индуктора приводят к перегреву или недогреву иглы. Контролировать температуру нагрева сложно.

Как обеспечить точный контроль температуры нагрева?

Формулируем ИКР: Игла сама, при достижении заданной температуры сбрасывается в ванну.

Предложен способ обеспечения качественной закалки с использованием эффекта Кюри: индуктор установили в постоянный магнит. Игла, попавшая в его поле, повисает внутри соленоида и нагревается вихревыми токами до точки Кюри (для стали это около 780 С). Потеряв магнитные свойства, игла падает в охлаждающую ванну. Отпала необходимость точной регулировки мощности индуктора – игла находится в индукторе столько времени, сколько необходимо для достижения точки Кюри.

Пример 4

Как вытащить машину из болота в лесу, если рядом нет тягача?

Формулируем ИКР – машина сама вытягивает себя из болота.

Достаточно иметь трос, один конец которого закреплен на оси колеса, а другой конец – привязан к дереву, и начать движение. Трос будет наматываться на ось колеса, и вытаскивать машину. То есть, машина сама будет вытаскивать себя!

Рисунок 57. Военный джип Dodge WC-57 с лебедкой, работающей от оси двигателя, способен сам вытащить себя

Пример 5

Хирургическая нить.

Хирургическая нить должна удерживать сшиваемые ткани после операции до момента их срастания. После этого, приходится приходить к хирургу, и он удаляет нити, чтобы избежать воспаления. Если швы на поверхности тела не вызывают больших затруднений, то проблема становится серьезнее при полостных операциях. Приходится делать мини операцию, чтобы удалить швы, наложенные внутри организма.

Формулируем ИКР – Хирургические нити сами удаляются после заживления тканей.

Это решение реализовано. «МедПГА-Р» – синтетический рассасывающийся хирургический материал на основе полиглиглактина-910. Хирургические нити из этого материала, разлагаются в организме за 2—3 недели. Такие нити можно не извлекать из организма после операции, что снижает травмируемость пациентов.

Рисунок 58. Рассасывающийся шовный хирургический материал

1.3. Взаимосвязь закона повышения степени идеальности с другими законами

Закон повышения степени идеальности и понятие ИКР имеют большое эвристическое значение, но еще большую роль этот закон имеет в плане понимания тенденций (линий) развития в прогнозе новых направлений при совершенствовании технических систем.

Ряд тенденций проявления этого закона описан в Главе 1 Раздела 3:

– тенденция удешевления продукции;

– тенденция перехода от штучной заготовки к непрерывной, и снова мерной;

 тенденция использования искусственных материалов, сращиваемых с натуральными; —

тенденция укрупнения неразборных блоков в системе; – 

– тенденция перехода к одноразовым изделиям;

– тенденция перехода к самооткрывающейся таре;

– тенденции перехода от потребления сырья к его выращиванию;

– тенденция развития накопителей энергии;

– тенденция использования более дорогих, но более качественных материалов;

– тенденция повышение эффективности использования сырья.

Все эти тенденции соответствуют закону повышения степени идеальности. Кроме этого, закон повышения степени идеальности проявляется во всех других законах, описанных ниже и имеющих вполне прикладное значение.

1.4. Локальная идеальность

Всем хочется получить идеальное решение – никаких затрат, а функция выполняется, потребность удовлетворяется. ИКР – хороший ориентир для решения, но достичь его удается не всегда. Какое же изобретательское решение нужно искать, если не достигается ИКР?

Куда покатится шарик, если его бросить? Ну, разумеется, в самую нижнюю точку, скажете вы. И будете правы и неправы! Он покатится в самую низкую точку… в своей окрестности. Так и изобретательские решения. Они могут быть идеальными, но очень дорогими, а могут улучшать систему настолько, что это удовлетворит хозяина задачи, но будут достаточно дешевыми. Они будут оптимальными («локально идеальными») для определенной окрестности, или при определенных условиях и ограничениях.

Именно на основании ресурсов задачи и ее владельца можно определить тот уровень локальной идеальности, с которым следует ее решать.

Пример

Накопитель-нейтрализатор сточных гипсовых вод производства Норильского горно-металлургического комбината представляет собой большую емкость, в которую поступают жидкие стоки комбината. Высота нейтрализатора – около 20 метров и диаметр 15 метров. В емкость поступают опасные химические стоки, которые после нейтрализации превращаются в безопасный гипс (в основном, в виде мелкой взвеси в объеме жидкости). Гипс вместе с нейтрализованной, но грязной водой сливается в отвалы. К сожалению, не весь гипс уходит с водой. Часть его оседает на стенках, и за 2—3 месяца на стенках накапливается прочный осадок толщиной 2—4 метра. Это существенно снижает производительность нейтрализатора. Приходится останавливать процесс, в емкость спускается рабочий, который отбойным молотком снимает осадок гипса. Это тяжелая работа, которая к тому же нарушает непрерывность процесса нейтрализации. Необходимо улучшить процесс.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Примечания

1