Основы ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач. Издание 3-е, исправленное и дополненное

Выпускаются автоматические карандаши с тонкими грифелями. Эти грифели не нужно затачивать. Не нужен колпачок (грифель убирается). Функции точилки и колпачка полностью свернуты. В этом карандаше могут меняться и грифели (разной жесткости и разного цвета). Кроме того, в нем имеется и резинка. Это полностью свернутая система, включающая карандаш, резинку, отсутствующие точилку и колпачок.

Наконец все указанные элементы были полностью свернуты в моно-систему компьютер, который выполняет и многие другие функции.

2. Развитие связей между элементами.

Эффективность новых систем повышается развитием связей между элементами. Связь элементов изменяется от «нулевой», отсутствующей связи, т. е. от несвязанных между собой элементов системы, до сильных межэлементных связей. Дальнейшее развитие связей во многих системах происходит в соответствии с цепочкой дробления.

Кроме того, при объединении систем может происходить дальнейшее их развитие по линии упрощения. В результате возможны следующие варианты:

2.1. Система из практически самостоятельных, не связанных между собой элементов, не изменяющихся при объединении.

Пример 4.106. Винтовка

Отдельные винтовки. Один человек стрелял и другой в это время заряжал другую винтовку.

Пример 4.107. Карандаш

Отдельные карандаши. Один грифель сломался берут другой

2.2. Система из частично измененных, согласованных между собой элементов, которые функционируют только вместе и только в данной системе. Это частично свернутая система.

Пример 4.108. Двустволка

Два ствола, два курка, но один приклад. Имеет возможность осуществлять два выстрела. Это могут быть и разные патроны. Например, в одном дробь, в другом пуля (сдвинутые характеристики).

2.3. Система полностью измененных элементов, которые работают только в данной моносистеме и отдельно применяться не могут.

Пример 4.109. Автоматическая винтовка (автомат)

Автоматическая винтовка – это полностью свернутая система.

Пример 4.110. Микросхема

Сначала использовали отдельные радиодетали (транзисторы, сопротивления, конденсаторы и т. д.). В дальнейшем их объединили в микросхеме – полностью свернутая моносистема.

Итак, мы рассмотрели цепочку МОНО-БИ-ПОЛИ-СВЕРТЫВАНИЕ.

Переход к би- и поли-системе осуществляется с использованием механизма, описанного раньше (рис. 4.43). Могут использовать однородные и неоднородные системы.

Среди однородных используют:

– одинаковые системы;

– со сдвинутыми характеристиками.

К неоднородным относятся:

– альтернативные;

– инверсные;

– дополнительные.

Свертывание может быть: частичное или полное.

4.5.7. Закономерность увеличения степени согласованности

Закономерность увеличения степени согласованности является основным из законов эволюции технических систем. Структура этих законов показана на рис. 4.46.

Рис. 4.46. Структура закономерности эволюции систем

Структура закономерности согласования

Согласование проводится для недопущения вредных явлений или усиления полезных.

Закономерности согласования, который будет изложен ниже, был сформулирован В. Петровым в 1975—78 гг. Рассмотрим структуру закона согласования.

1. Объекты согласования:

1.1. Потребности.

1.2. Функции.

1.3. Принцип действия.

1.4. Система:

1.4.1. Структура:

1.4.1.1. Элементы.

1.4.1.2. Связи.

1.4.1.3. Форма.

1.4.1.4. Вещество.

1.4.2. Параметры.

1.4.3. Потоки.

1.5. Надсистема.

1.6. Окружающая среда.

1.7. Поля:

1.7.1. Энергия.

1.7.2. Информация:

1.7.2.1.Данные.

1.7.2.2.Знания.

2. Способы согласования:

2.1. Во времени.

2.2. В пространстве.

2.3. По условию.

2.4. Статическое (постоянное).

2.5. Динамическое (переменное).

Принцип действия должен согласовываться с главной функцией, внешней средой, надсистемой и системой.

Процесс согласования принципа действия с главной функцией системы – это обеспечение этой функции, т. е. это выбор принципа действия рабочего органа.

Пример 4.111. Транспортное средство

Главная функция транспортного средства – это перемещать груз или людей из одного пункта в другой. Это может быть выполнено по поверхности земли, под землей, по воздуху, по поверхности воды, под водой и в космосе.

Первоначально выбирается направление. Это согласование с внешней средой. Например, выбрали перемещение по поверхности земли.

Затем выбирается принцип действия перемещения по поверхности земли. Например, это может быть: перемещение по дороге, по рельсам, по пересеченной местности и т. д.

Принципы действия могут принципиально отличаться: движение с помощью колеса, гусениц, воздушной подушки, ног и т. д. Это согласование с надсистемой. Например, выбрали надсистему – дорогу. Тогда один из принципов действия может быть перемещение с помощью колеса.

Далее этот принцип действия нужно согласовать с системой.

В качестве системы могут быть: автомобиль, автобус, грузовик, трактор и т. д., например, выбрали автомобиль.

Остальные согласования будут осуществляться в системе.

На системном уровне закон включает согласование:

– систем;

– подсистем;

– надсистем;

– внешней среды.

При согласовании систем, прежде всего, необходимо согласовать ее структуру. К структуре, в частности, относятся форма, расположение отдельных элементов и их взаимодействие.

Структура системы определяется элементами и связями.

Связи могут быть:

– вещественные;

– энергетические;

– информационные.

Системные понятия структуры, ее элементов и связей, и их видов (вещество, энергия, информация) относятся так же к подсистемам, надсистеме и внешней среде.

Параметры могут быть:

– технические;

– эргономические;

– экономические;

– экологические;

– эстетические.

– социальные;

– политические;

– и т. д.

Согласование ритмики частей системы относятся к одному из видов параметрического согласования.

В общем случае согласование проводится по всем указанным выше структурным направлениям. Оно представляет собой комбинацию этих структурных направлений и поднаправлений закона согласования. Таким образом, может быть построена сложная морфологическая структура, в виде морфологической матрицы с подматрицами. Своего рода сочетание графа древовидной структуры и перебора всех вариантов на каждом из уровней графа в виде морфологической матрицы.

На системном уровне закон согласования относится как к группе законов организации технических систем (в виде минимального согласования), так и к группе законов эволюции технических систем.

Рассмотрим отдельные виды согласования на системном уровне.

Согласование структуры предусматривает согласование элементов и связей.

Согласование элементов.

Пример 4.112. Развитие радиоэлементов

В приемнике лампы заменили транзисторами, транзисторы – микросхемами.

Под согласованием элементов понимается и согласование материалов, формы и размеров.

1. Согласование материалов.

Согласование материалов проводится для недопущения вредных явлений и/или усиления полезных.

Материалы могут выбираться:

По качеству:

– однородные;

– разнородные.

По месту расположения:

– во всем объекте;

– в определенном месте.

Пример 4.113. Статическое электричество

Применение однородных материалов, чтобы не допустить появление статического электричества и обратное явление, когда необходимо использовать свойства статического электричества.

2. Согласование формы.

Согласование формы проводится для обеспечения необходимых свойств, например, придание оптимальной формы.

Пример 4.114. Обувь

В обуви больше всего изнашивается пятка и носок. В кроссовках сделали скошенную пятку и поднятый носок. Согласовали кривую движения ноги с формой подошвы обуви.

Пример 4.115. Боковое зеркало автомобиля

Боковое зеркало автомобиля предложено делать переменной выпуклости, например, с помощью гидравлики. Такое зеркало может быть ближнего и дальнего обзора.

Пример 4.116. Дизайн

Красивые эстетические формы не только используются в архитектуре и искусстве, они важны для предметов широкого потребления.

Согласование связей

Согласование связей осуществляется:

1. Устранением ненужных или вредных связей.

Пример 4.117. Помехи

Чтобы избавиться от помех в радио и электронной аппаратуре ставят экраны или различные фильтры.

2. Объединением (свертыванием) полезных связей.

Пример 4.118. Сотовый телефон

Первоначально электронная почта передавалась со стационарного компьютера по телефонной линии. В дальнейшем можно было использовать переносной компьютер и сотовый телефон. Современные сотовые телефоны объединили (свернули) эти функции. Теперь пользоваться электронной почтой можно, используя только сотовый телефон.

3. Расположением отдельных элементов и их взаимодействие.

Пример 4.119. Вредные связи

Вредные явления и взаимосвязи в системе могут быть устранены изменением расположения ее подсистем.

Согласование параметров

Согласование политических параметров осуществляется, например, по дипломатическим каналам или в виде встреч на высшем уровне. К таким параметрам, например, относятся территориальные претензии, сферы влияния, урегулирование политических конфликтов и т. д. Например, арабские страны часто диктуют цены на нефть.

Для согласования различных политических параметров в свое время были созданы ООН, НАТО и другие политические и военные организации.

Эстетические параметры согласовываются при архитектурных разработках, при создании интерьера, при разработке новой моды и т. д.

Социальные параметры согласовываются при определении минимальной заработной платы, минимальной пенсии, мероприятий здравоохранения и т. д.

Экологические параметры должны быть согласованы при разработке новых заводов, электростанций, других сооружений и технологий.

Экономические параметры согласовываются при любых видах деятельности.

Согласование эргономических параметров важно не только при создании новой техники, но и при разработке игрушек, спортивных снарядов и оборудования и т. д.

Приведем пример на согласование размеров.

Пример 4.120. Кукла

Некоторыми куклами ребенок играет несколько лет. Размеры куклы не меняется. Не плохо бы, чтобы и кукла росла вместе с ребенком…

В США выпускаются надувные игрушки из пластика, которые способны расти вместе с ребенком. Надо лишь подкачать сжатого воздуха.

Основное внимание мы уделим согласованию технических параметров.

Пример 4.121. Согласование параметров

При разработке электрических и радиоприборов согласуются сопротивления, конденсаторы, индуктивности, частоты и т. д.

Разработка сложных систем требует четкой согласованности входных и выходных характеристик соединяющихся блоков. Такое согласование идет по многим параметрам.

Пример 4.122. Космическая станция

Завершалась разработка космической станция «Венера-12». К конструкторам пришел ученый из Института геохимии и аналитической химии. Он попросил разместить в спускаемом аппарате станции еще один прибор весом 6 кг. Конструкторы только посмеялись над ним. Надо отметить, что в автоматических космических аппаратах очень плотная упаковка, где учитывается каждый грамм веса и кубический сантиметр пространства.

В спускаемом аппарате был центровочный груз, что бы он занимал строго определенное положение в пространстве. Конструкторы догадались заменить центровочный груз прибором, который одновременно выполнял свои функции и функции груза. Таким образом, была свернут (убран) центровочный груз, а его функция была передана прибору.

Пример 4.123. Шины самолета

В момент касания колеса шасси самолета посадочной полосы, колесо сильно истирается. Это происходит из-за очень большого трения, возникающей в результате разности скоростей движения самолета и неподвижной посадочной полосы. Как правило, такие колеса меняются после нескольких посадок. Это очень дорого.

Соответственно нужно было согласовать эти скорости и сделать разницу скоростей, как можно меньше или равной нолю. Следовательно, нужно или делать «бегущую» посадочную полосу или раскрутить колесо шасси. Естественно, значительно легче раскрутить колесо. Для этого нужно использовать имеющиеся ресурсы – набегающий поток. На боковой поверхности колеса сделали направляющие (лопатки). Набегающий поток раскручивал колесо, и оно крутится точно с той же скоростью, с которой движется самолет22.

Согласование ритмики

Этот вид параметрического согласования выделен, так как достаточно часто используется в технике.

Под ритмикой мы понимаем временную диаграмму, частоты и периоды работы системы. Эти параметры должны быть согласованы для повышения эффективности работы системы и отсутствия нежелательных эффектов.

Согласование временных характеристик может проводиться:

1. Заданием строгой определенной последовательности работы.

Пример 4.124. Ритм работы

Конвейерная линия, последовательность работы на различных автоматах, график работы и т. п.

2. Динамичный график работы. Последовательность действий меняется в зависимости от устанавливаемых критериев.

Пример 4.125. Виды воздействия

В сложных технологических процессах виды и режимы обработки меняются в зависимости от свойств, которые необходимо получить, от состояния и вида объекта и т. д.

В медицине виды и продолжительность воздействия на пациента зависят от его состояния. Воздействия автоматически изменяются в зависимости от изменения определенных показателей состояния пациента.

3. Процесс делается прерывистым (импульсным) и в паузы одного процесса вставляется другой процесс. Это может экономить время проведения процесса или проводить два и более взаимоисключающих процесса.

Пример 4.126. Телегазета

С экрана телевидения можно прочесть телегазету. Для этого не используется специальный канал. Информация, несущая текст газеты, распределяется между сигналами телепрограммы. Специальная приставка позволяет прочесть текст газеты слитным. В современных телевизорах такая «приставка» встроена внутри.

Согласование частоты работы системы:

1. Согласование частот работы системы.

Пример 4.127. Радиоаппаратура

Чтобы ликвидировать вредные воздействия отдельных блоков радиоаппаратуры, предварительно согласовывают частоты их работы.

Пример 4.128. Массаж

Предложено массаж тела делать в ритме сердечных сокращений23.

Пример 4.129. Свисток для собак

В определенных условиях человек должен давать собаке различные команды, но их не должны слышать другой человек. Придуман «свисток», который излучает сигналы на высокой частоте, которые не может различить ухо человека, но собака слышит их.

2. Согласование работы, действий и с собственной частотой объекта.

Пример 4.130. Резка стекол

Для повышения эффективности резки стекла делают надрез на его поверхности и подают на стекло акустические колебания, с частотой равной частоте собственных колебаний стекла (а.с. 996 347). Стекло намного быстрее и точнее режется.

3. Динамическое согласование частот работы с собственной частотой объекта.

Пример 4.131. Воздействие на человека

Давно замечено, что низкие частоты отрицательно влияют на человека и даже могут убить его. Это свойство использовали для создания психологического оружия.

Многие органы человеческого тела имеют довольно низкие резонансные частоты: голова 20 – 30 Гц, вестибулярный аппарат 0,5 – 13 Гц, руки 2 – 5 Гц, а сердце, позвоночник, почки имеют общую настройку на частоту около 6 Гц.

Во Франции изобретен свисток для разгона демонстраций. В пятимильной зоне люди чувствуют во всем теле сильную болезненную вибрацию.

В США созданы инфразвуковые «прожекторы», которые создают в атмосфере акустические волны, способные повредить зрение, вызвать тошноту, страх… Это новый вид психотропного оружия. На этих частотах звук легко проникает сквозь бетонные и металлические преграды. Можно предположить, что этот вид воздействия доведен до совершенства и для разных целей воздействуют на разные участки тела, изменяя частоту воздействия.

4. Согласование путем складывания противоположных сигналов или в противофазе.

Пример 4.132. Подавление шумов

Один из способов подавления шумов. Шумы улавливаются микрофоном, инвертируются и подаются точно такой же амплитуды обратно. Сигналы складываются и взаимно уничтожают друг друга.

Пример 4.133. Динамики

Часто на разных участках пространства требуется передавать через динамики разную информацию. Эта ситуация встречается в выставочных залах и других больших залах. Если передавать различную информацию через динамики, развешенные в разных местах зала, то возникнет явление реверберации (наложения одних волн на другие), то речь станет не различимой и будет только шум.

В Японии разработана аппаратура, накладывающая сигнал голоса дикторов на несущие ультразвуковые колебания, излучаемые динамиками. В каждый участок пространства направлено два динамика. Они излучают два направленных противофазных ультразвуковых луча. Лучи пересекаются в нужной зоне зала. Несущая (ультразвуковая) частота уничтожается, а остается только голос диктора.

Этот же принцип используется при радиопередаче. Несущая частота в радиоприемнике уничтожается, и остается только нужный сигнал.

Пример 4.134. Определение отека легких

Чтобы предотвратить отек легкого, необходимо знать количество жидкости, содержащейся в легких. Это осуществляли с помощью определения электрического сопротивления. Для этого ставили один электрод на груди и один на спине. Подавая на электроды малый ток, определяли сопротивление. Так как сопротивление кожи почти в 20 раз больше, чем сопротивление легких, то изменение сопротивление в легких было практически невозможно. Кроме того, сопротивление кожи изменяется по разным причинам.

Профессор Павел Рабинович из Израиля, предложил ставить с каждой стороны по три электрода. Это позволило при измерении вычесть составляющую кожного измерения и измерять только изменение сопротивление легких24.

4.5.8. Закон свертывания – развертывания системы

Закономерность свертывания – развертывания является основным из законов эволюции технических систем. Структура этих законов показана на рис. 4.47.

Рис. 4.47. Структура закономерностей эволюции систем

Закономерность свертывания – развертывания включает два закона:

1. Закономерность свертывания;

2. Закономерность развертывания.

Закономерность свертывания – развертывания заключается в том, что любая система в своем развитии сворачивает или разворачивает функции и элементы систем.

Этот закон увеличивает степень идеальности системы.

Закономерность свертывания.

Эта закономерность увеличивает степень идеальности за счет сокращения числа элементов системы без ухудшения (или при улучшении) функционирования.

Закономерность развертывания.

Эта закономерность увеличивает степень идеальности за счет увеличения числа функций, выполняемых системой без ее усложнения.

Закономерность свертывания

Данная закономерность – один из способов увеличения степени идеальности, путем снижения себестоимости системы. Легче всего это осуществить, устраняя части системы. Идеально, когда при этом, функциональность системы не ухудшается, а остается той же или повышается.

Достичь этого можно, перераспределив полезные функции свернутых элементов между оставшимися элементами, а также их передачей элементам надсистемы или подсистемы.

Пример 4.135. Автомобиль

В автомобилях имеется тенденция помещать электродвигатель в колесо. Каждое колесо имеет свой двигатель, что позволило каждым колесом управлять отдельно, что значительно увеличило маневренность. Стало возможным разворачиваться на месте и осуществлять параллельную парковку.

Это пример на свертывание преобразователя энергии – трансмиссии и переход к более управляемому полю (переход от механического к электрическому полю).

Пример 4.136. Зубная щетка на пальце

Пример на свертывание ручки зубной щетки изображен на рис. 4.48. Функцию ручки выполняет палец – элемент надсистемы. Щетка стала компактной.

Это пример на свертывание трансмиссии (связи).

Рис. 4.48. Зубная щетка на пальце25

Пример 4.137. Зубная щетка – ионы

Имеется зубная щетка, которая чистит зубы без пасты и воды (рис. 4.49). В щетке имеется стержень из диоксида титана, размещенный в прозрачной оболочке. При воздействии света стержень высвобождает электроны, которые при взаимодействии со слюной вырабатывают ионы водорода, разлагающие зубной налет.

Данный пример на свертывание надсистемных элементов (пасты и воды) и процесса механической очистки зубов – процесс перешел на микроуровень.

Рис. 4.49. Зубная щетка – ионы26

Правила свертывания:

– свертываются элементы или операции, выполняющие вредные функции;

– затем свертывают маловажные элементы или операции особенно с большой относительной стоимостью;

– можно свернуть дополнительные элементы или операции, если какой-то элемент или операция выполняют эту функцию самостоятельно;

– функции устраненных элементов или операций должны быть переданы другим элементам или операциям системы (подсистемам) или надсистеме. Функции свернутых операций могут быть осуществлены на: предыдущих, последующих или параллельных операциях.