Диаграмма III. Кривая изменения количества изобретений. Первый пик – переход к массовому производству (для изготовления ТС необходимы новые станки, технологические процессы и т. п.). Второй пик – стремление продлить жизнь ТС.
|
Изобретателю надо знать особенности "жизненных кривых" технических систем (диаграммы № I – IV). Это необходимо для правильного ответа на важный для изобретателя вопрос: "Следует ли решать данную задачу и совершенствовать указанную в ней ТС или надо поставить новую задачу и создать нечто принципиально новое?"
Развитие ТС и ее подсистем по S-образной кривой может быть проиллюстрировано на примере следующих систем записи и воспроизведения музыки и другой информации (на трех физических принципах – механическом, магнитном, оптическом): фонограф, граммофон, электропроигрыватель, магнитофон, видеомагнитофон, персональный компьютер. При этом новые ТС постепенно вытесняют старые.
Законы, действующие на разных этапах развития ТС, сгруппированы в три блока, условно названные: статика, кинематика, динамика [2]. Законы статики (1–3) характерны для периода возникновения и формирования ТС ("детство" ТС). Законы кинематики (4–6) описывают начало роста и расцвета развития ТС ("зрелость" ТС). Законы динамики (7 и 8) характерны для завершающего этапа развития ("старость" ТС) и перехода к новой более совершенной системе.
1. Закон полноты частей системы
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы.
Каждая ТС должна включать 4 основные части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и средство управления. Двигатель – является накопителем (источником) энергии для выполнения требуемой функции. Трансмиссия – транспортирует энергию от двигателя к рабочему органу с преобразованием её качественных характеристик (параметров). Рабочий орган – передает энергию элементам окружающей среды (изделию) и завершает выполнение требуемой функции. Средство управления – регулирует поток энергии по частям ТС и согласует их работу во времени и пространстве.
Анализируя любую автономно работающую ТС везде можно видеть все эти составные части. Если что-то недосчитываемся, то функцию этой части выполняет сам человек или окружающая среда.
Из первого закона вытекает очень важное следствие: чтобы ТС была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна ее часть была управляемой.
Быть управляемой – значить менять свои свойства (параметры) так, как это надо тому, кто управляет. Например, воздушный шар для вертикального подъема – это управляемая ТС (клапаны для выпускания газа, мешки с балластом, горелка для создания теплого воздуха). Но стоит предъявить к воздушному шару повышенные требования – движение по горизонтали – как шар превращается в неуправляемую ТС до тех пор, пока в ТС не будет введен дополнительный управляющий элемент, например, двигатель с винтом.
Все первые ТС появились из орудий труда: требовалось увеличение полезной функции рабочих процессов, а человек не мог обеспечить нужную мощность. Тогда сила человека заменялась двигателем (лошадь), появилась трансмиссия (дышло), рабочий орган (плуг), а рукояткой плуга управлял человек (орган управления).
Если в схему включить еще источник энергии и изделие, то получим полную принципиальную схему работающей ТС (рис. 7):
Чтобы правильно определить рабочий орган ТС, необходимо ответить на два вопроса: 1) что в данной ТС выполняет главную полезную функцию? 2) к чему в данной ТС подводится энергия?
Пример: автомобиль. ГПФ – перемещать груз. Рабочий орган – колесо. Трансмиссия – карданная передача, коробка передач, рама. Двигатель – двигатель внутреннего сгорания. Средство управления – рулевое колесо, тормоза, сцепление и различные приборы.
|
 |
Часто изобретатели совершают ошибку, упорно развивая двигатель, трансмиссию, управление, но не рабочий орган. Никогда такая техника существенно не повысит коэффициент полезного действия (КПД). Существует закон опережающего развития рабочего органа. Например, производительность токарного станка оставалась почти неизменной на протяжении многих лет, хотя интенсивно развивался привод, трансмиссия и средства управления, потому что сам резец как рабочий орган оставался прежним, т. е. неподвижной моносистемой на макроуровне. Производительность станка всегда резко повышалась, когда появлялись новые резцы: ротационные, вибрирующие, газовые и лазерные.
2. Закон "энергетической проводимости" системы
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС является сквозной проход энергии по всем частям системы.
Любая ТС является преобразователем энергии. Передача энергии от одной части системы к другой может быть вещественной (вал, шестерни, рычаги, удар и пр.), полевой (например электрическое, магнитное поле) и вещественно-полевой (поток заряженных частиц). Многие задачи сводятся к подбору поля и вида передачи, эффективного в данных условиях. При этом следует руководствоваться тремя правилами.
1. При синтезе ТС надо стремиться к использованию одного поля (одного вида энергии) на все процессы работы и управления в ТС. При развитии ТС (развертывании) любые новые подсистемы должны работать на энергии, проходящей сквозь систему или на бесплатной энергии (из внешней среды или отходы другой системы). Например, в Японии разработали способ обогрева парников с использованием ветросиловой установки, которая вращает колесо компрессора, сжимающего воздух. Воздух нагревается благодаря сжатию до 170 °С. Такое прямое превращение энергии оказалось в 6 раз эффективнее, чем прежний метод с использованием электричества.
2. Если ТС состоит из веществ, менять которые нельзя, то используют поле, хорошо проводимое веществами системы.
3. Если вещества частей системы можно менять, то плохо управляемое поле заменяется хорошо управляемым по цепочке: гравитационное ® механическое ® тепловое ® магнитное ® электрическое ® электромагнитное. Наиболее прогрессивные технические решения (повышающие идеальность ТС всегда лежат в конце приведенной выше цепочки.
Из второго закона вытекает важное следствие: чтобы часть ТС была управляемой, необходимо обеспечить энергетическую проводимость между этой частью и органами управления.
Все изобретательские задачи делятся на 2 типа:
1) задачи на изменение ТС (синтез, развитие), когда энергия движется от источника энергии к рабочему органу и к изделию;
2) задачи на измерение (обнаружение, контроль параметров), когда требуется ловить энергию, исходящую от изделия (изделие ® датчик (вместо рабочего органа) ® трансмиссия ® преобразователь (вместо двигателя) ® приемник энергии (вместо источника энергии).
Главным условием "равнопрочности" частей ТС с позиции энергопроводимости является равенство их способностей по принятию и передаче энергии. А эти способности зависят от уровня развития каждой части системы, определяемой по трем параметрам – вещество, энергия, организация. Каждый параметр имеет свои показатели.
Вещество: агрегатное состояние, физико-химические свойства, уровень задействования (макро-, микро-).
Энергия: вид (механическая, тепловая, химическая и т. д.), уровень, источник (система, подсистема, надсистема).
Организация по веществу и энергии: расположение в пространстве (линейное, плоскостное, объемное, точечное), проявление во времени (постоянное, временное, импульсное, ударное и т. д.), степень динамизации (неподвижные, подвижные, гибкие, пластичные и т. д.) уровень (моно-, би-, полисистема).
В задачах на синтез, развитие или восстановление системы приходится повышать уровень согласования, а там, где существует вредное взаимодействие, напротив, максимально рассогласовывать уровни развития частей системы.
3. Закон согласования-рассогласования частей системы
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС является согласование (или сознательное рассогласование) ритмики (частоты колебаний, периодичности работы) всех частей системы.
В процессе развития ТС на первых этапах происходит последовательное согласование системы и ее подсистем между собой и с надсистемой, заключающееся в приведении основных параметров к определенным значениям, обеспечивающим эффективное функционирование. На последующих этапах происходит рассогласование – целенаправленное изменение отдельных параметров, обеспечивающее получение дополнительного полезного эффекта (сверхэффекта). Конечным этапом в этом цикле развития является динамическое согласование-рассогласование, при котором параметры системы изменяются управляемо (а в последствии и самоуправляемо), так, чтобы принимать оптимальные значения в зависимости от условий работы.
Согласование (рассогласование) может идти не только по частоте колебаний, но и по другим различным характеристикам и показателям системы: материалам, форме, размерам, прочности, надежности, температуре, энергетическим и информационным потокам и т. п. Например, согласование по материалам устраняет контактные явления (электрохимические и термоэлектрические эффекты). Однако, если рассогласовать материалы, то та же контактная разность потенциалов может быть использована для получения сигнала о соприкосновении двух веществ.
4. Закон увеличения степени идеальности ТС
Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.
Идеальная ТС – это система, вес, объем, габариты и энергоемкость которой стремятся к нулю, а ее способность выполнять работу при этом не уменьшается. Иначе говоря, идеальная ТС – та, которой нет, а ее функции сохраняются и выполняются. Аналогично можно определить идеальный технологический процесс, как процесс, которого нет, а результат его – продукция – получается. Закон увеличения степени идеальности ТС является важнейшим в ТРИЗ.
Возьмем в качестве примера любое транспортное средство. Главная полезная функция любого транспорта – перевозка грузов и людей. Следовательно, идеальное транспортное средство – это когда его нет, а грузы и люди сами перемещаются в нужную точку пространства.
Транспортное средство, очень близкое к идеальному, существует на самом деле – это обычный плот. На время перемещения груза (т. е. бревен) он, как транспортное средство – есть, а затем, прибыв на место, исчезает, и остается один груз – бревна.
Различают два вида идеализации системы.
Исчезновение системы, когда масса, габариты, энергоемкость стремятся к нулю, а главная полезная функция или количество выполняемых функций остаются неизменными.
Увеличение ГПФ или количества функций при постоянных массе, габаритах, энергоемкости.
Повышение идеальности осуществляется несколькими путями.
Дотягивание, выжимание и коррекция, т. е. улучшение выполнения полезных функций и снижение фактора расплаты за счет оптимизации, различного рода мелких усовершенствований, исправления недостатков.
Универсализация, т. е. увеличение количества выполняемых ТС полезных функций.
Специализация, т. е. резкое повышение качества выполнения одних полезных функций при отказе от других.
Повышение единичной мощности транспортного, обрабатывающего, добывающего и энергетического оборудования.
Одним из важных механизмов повышения идеальности является использование вещественно-полевых ресурсов (ВПР).
В своих воспоминаниях конструктор А. Морозов, один из создателей танка Т-34, писал: "Самой надежной, непоражаемой, легкой и дешевой является та деталь, которой нет в машине. Сложное сделать легко, куда сложнее сделать просто".
5. Закон неравномерности развития частей системы
Развитие частей системы идет неравномерно: чем сложнее система, тем неравномернее развитие ее частей.
Здесь в полной мере работают законы диалектики: "переход количественных изменений в качественные" и "движущей силой любого развития является противоречие". Неравномерность развития частей системы является причиной возникновения технических и физических противоречий и, следовательно, изобретательских задач. Анализ работы любой ТС обычно показывает, что ее отдельные узлы и блоки работают хорошо, другие – хуже, третьи, возможно, – совсем плохо.
Стремление конструкторов усовершенствовать один, плохо работающий узел или блок, приводит к тому, что происходит "скачок" в качестве работы именно этой подсистемы и опережение ею остальных.
Следующим шагом является усовершенствование работы других блоков, при этом оказываются "в хвосте" третьи и т. д. Так происходит до тех пор, пока вся система в целом не исчерпает возможности своего совершенствования или не появится новая, более совершенная, работающая на ином принципе система.
6. Закон перехода в надсистему
Развитие системы, достигшей своего предела, может быть продолжено на уровне надсистемы.
Обычно осуществляется переход МОНО – БИ – ПОЛИ. Исходная единичная система (моносистема) удваивается с образованием бисистемы или – при объединении нескольких систем – полисистемы. Объединяться могут не только одинаковые (однородные) системы, но и системы со сдвинутыми (чуть отличающимися) характеристиками, а также разнородные (с разными функциями) и инверсные (с противоположными функциями) системы.
Главный смысл перехода МОНО – БИ – ПОЛИ - появление новых качеств или свойств (переход количества в качество).
Примеры:
§ Нож (моносистема) имеет одни свойства, а у ножниц (нож + нож = бисистема) появляются новые свойства, которых нет у двух отдельно взятых ножей. Полисистемы (много ножей): ножовка (пила), нож у мясорубки, косилка.
§ Обычный гаечный ключ с одним "захватом" – моносистема. Бисистема – ключ с двумя захватами для разных гаек. Полисистема – велосипедный гаечный ключ. Моносистема (динамичная, на новом уровне) – разводной гаечный ключ.
§ В бисистемах повышается надежность: двухмоторный самолет, у человека два глаза, две почки и т. д.
§ Многослойная фанера гораздо прочнее доски тех же размеров.
§ Переход от одноклеточных организмов к многоклеточным.
§ Чтобы противостоять бронебойным пулям, у самолета необходимо было увеличить броню до 35 мм (масса 1 квадратного метра такой брони – 280 кг). Разумеется, самолет с таким "панцирем" не мог обладать нужной скоростью. Это противоречие разрешили переходом к бисистеме: броню сделали из двух тонких листов с воздушным промежутком. Пуля, ударив в первый лист, начинала кувыркаться и второй лист пробить уже не могла.
Однако не всякое соединение разнородных систем в одну систему дает новое свойство. Приведем примеры простого механического комбинирования: ученический пенал с таблицей умножения; стакан для карандашей с календарем; настольная лампа с часами; карандаш с ластиком на конце.
Как появляется новое свойство в бисистеме? Полезные свойства должны складываться и взаимоусиливаться, а вредные свойства должны гаситься, вычитаться, взаимонейтрализовываться. В наибольшей степени этот эффект проявляется при образовании инверсных систем:
§ Железобетон – типичная бисистема на уровне вещества: стальная арматура хорошо работает на растяжение, а бетон – на сжатие. Положи-тельные свойства дополняют друг друга, а отрицательные свойства взаимокомпенсируются. Бетон защищает сталь от коррозии, а сталь не дает рассыпаться бетону.
В частично свернутых бисистемах часть подсистем заменяется одной: в катамаране – один парус на две лодки; в двустволке – один приклад на два ствола.
7. Закон перехода с макро- на микроуровень
Развитие рабочих органов ТС идет сначала на макроуровне, а затем на микроуровне.
Иными словами, вместо колес, валов, шестеренок, должны работать молекулы, атомы, ионы, электроны, которые легко управляются полями с помощью физико-химических эффектов.
Возможны три направления перехода с макро - на микроуровень.
Увеличение степени дробления вещества и объединение дробных частей в новую систему. Существуют следующие уровни уменьшения элементов ТС.
1. Макроуровень – узлы, детали, рычаги, втулки.
2. Полисистемы из элементов простой геометрической формы (слоистое, волокнистое, матричное) – наборные сердечники трансформаторов, иглофрезы, тросы, многожильные провода, фанера, стеклопластики.
3. Полисистемы из высокодисперсных (мелких) элементов – порошковая металлургия, эмульсии, аэрозоли, суспензии.
4. Системы, использующие фазовые переходы, свойства аморфных и кристаллических тел (надмолекулярный уровень).
5. Молекулярные явления – химические превращения (разложение и синтез, полимеризация, катализ, и т. п.).
6. Атомные явления (физические эффекты) – ионизация и рекомбинация, действие элементарных частиц, в том числе и электронов.
7. Использование различных полей – тепла, света и других электромагнитных воздействий.
Например, функцию соединения деталей можно выполнить на разных уровнях: 1) болт и гайка; 2) застежка типа "липучка" ("репейник"); 3) с помощью капиллярных сил – пинцет для удержания мелких деталей, содержащий каплю жидкости, смачивающую деталь; 4) сварка, пайка, примораживание; 5) химический клей; 6) электризация; 7) магнитное притяжение.
Увеличение степени дробления "смеси" вещества с пустотой и переход к капиллярно-пористым материалам. Следует отметить, что переход на микроуровень характерен не только для используемых в ТС веществ, но и для использования в ТС пустот. Использование пустоты вместо вещества в системе всегда выгодно – повышается идеальность. Нужно учитывать, что когда говорится о применении пустоты, вовсе не обязательно иметь в виду вакуум, а скорее появление неоднородностей в веществе, полостей, заполненных другими, менее плотными веществами. Можно считать "пустотой" жидкие и газовые включения в твердом теле, пузырьки газа (пара) в жидкости.
Существуют различные уровни перехода на микроуровень:
1) макроуровень – пазы, отверстия, пустотелые резонаторы;
2) полисистемы – сотовые конструкции;
3) пеноматериалы, микропористые материалы и т. д.
Например: эволюция автомобильных шин: сплошная резиновая, шина с воздушной полостью (камерой), многокамерная шина (полость разделена перегородками), микропористая шина.
Тенденция "дробления пустоты" хорошо видна на истории развития способа подъема затонувших кораблей.
1. Используется сплошное тело – подъем судна тросами без вытеснения воздуха из внутренних отсеков.
2. (Большая полость). Использование понтонов – их затопляли, прикрепляли к судну и продували воздухом. Или герметизировали корабль и наполняли его воздухом.
3. (Множество мелких полостей). Внутри корабля вспенивали пенополиуретан (его потом приходилось вырубать из помещений, т. е. дробить).
4. (Дробление пены). Внутрь судна вместе с водой закачивают полистироловые шарики (размером с горошину и состоящие на 98 % из воздуха). Последующее удаление шариков – также насосом.
5. (Гранулы – зародыши). Чтобы не возить большой объем пеноматериалов, стали использовать легко транспортирующиеся микрокапсулы размером с песчинку, которые по шлангам закачивают в отсеки судна. При нагревании водяным паром объем микрокапсул увеличивался в 50 раз.
Замена вещественной части системы на полевую.
Например, замена резца при обработке материалов:
1) режущие инструменты; 2) электрохимическая обработка; 3) электроискровая обработка; 4) лазер.
8. Закон увеличения степени вепольности системы
Развитие технических систем идет в направлении увеличения степени вепольности (по другому говорят в сторону увеличения степенен управляемости): невепольные системы стремятся стать вепольными, а в вепольных системах развитие идет путем увеличения числа связей между элементами, повышения отзывчивости (чувствительности) элементов, увеличения количества элементов.
(Вепольный анализ в данном учебном пособии рассматривается только поверхностно, так как это достаточно большой раздел ТРИЗ.)
Закон повышения динамичности и управляемости
Жесткие системы для повышения их эффективности должны становиться динамичными, т. е. переходить к более гибкой, быстро меняющейся структуре и к режиму работы, подстраивающемуся под изменение внешней среды.
При этом неподвижные части становятся движущимися, жесткая связь (или конструкция) заменяется шарнирной и т. п. Появляются ТС со съемными элементами (например, дрель со сменными сверлами, отвертка со сменными наконечниками) и с изменяющимися элементами (например, использование надувных резиновых мешков для прижима при склейке деталей). Узкофункциональные системы заменяются на широкофункциональные.
Динамизация вещества системы происходит следующим образом:
Один шарнир ® много шарниров ® гибкое вещество ® жидкость ® газ ® поле. Примеры:
§ Шарнирное соединение корпуса автобусов и троллейбусов.
§ Гибкий пластмассовый карандаш длиной 0,5 км. В магазин он поставляется в бухтах, и покупателю отрезают нужный кусок.
§ Разводной мост.
§ Гибкая туристская пила в виде тросика с острыми выступами.
§ Удочка сплошная, составная и телескопическая.
§ Телескопическая антенна (много шарниров).
§ Антенна Куликова представляет собой набор дисков (катушек, пуговиц, бусинок), надетых на тросик. При натяжении тросика она преврашается в стержень, а при расслаблении – в "кучку" (удобную для транспортировки).
§ Существуют жидкие линзы и даже жидкие телескопы (в качестве зеркала используется вращающаяся жидкость, например, ртуть).
§ Существуют и газовые линзы в телескопе. Газовую линзу формирует вращающийся нагретый металлический тубус. Чем воздух ближе к горячим стенкам, тем он теплее. Из-за этого меняется показатель преломления воздуха.
§ Двигатели всех систем вначале использовали твердые сорта топлива (дрова, уголь), затем жидкие (керосин, бензин). Современный автомобильный парк интенсивно переводится на газовое топливо.
Вообще надо помнить, что нет абсолютно жестких конструкций – любую можно согнуть на определенный угол. Хороший прием для того, чтобы жесткий элемент стал гибким – надо увеличить его длину.
Динамизация поля в простейшем случае осуществляется переходом от постоянного поля к импульсному и к переменному:
1. Постоянное поле.
2. Импульсное поле.
3. Переменное поле.
4. Переменное поле с изменением фазы, частоты, формы колебаний.
5. Переменное поле с использованием физических эффектов: дифракции, интерференции, преломления, биения, …
6. Нелинейное поле: использование градиента полей, анизотропия среды, в которой распространяются колебания.
Пример. Сегодня в радиолокации вместо качающихся антенн начинают использовать фазированные антенные решетки, в которых регулируется фаза излучения множества отдельных излучателей. В результате этого можно свободно маневрировать диаграммой направлен-ности излучения – качать ее в любой плоскости с недостижимой для механики скоростью и даже разделять на несколько "лучей".
Система рождается как правило неуправляемой. Повышение ее управляемости предусматривает введение управляющих устройств, веществ, полей и переход к самоуправлению за счет обратных связей и физических (химических) эффектов.
Пример. Для управления процессом опреснения воды в ионообменной установке было предложено использовать в качестве задвижки сам пакет с ионообменной смолой, меняющий свой объем в зависимости от степени солености воды. При уменьшении солености объем пакета становится меньше, – больше воды подается на опреснение.
Статически устойчивые системы переходят в динамически устойчивые. Пример. Трехколесный велосипед обладает статической устойчивостью, двухколесный – динамической. Чем выше статическая устойчивость самолета, тем он безопаснее, но менее маневрен. Сейчас создаются самолеты, которые имеют минимальный, а иногда и нулевой запас устойчивости, а их безопасность обеспечивается непрерывной работой автоматов и рулей по устранению отклонений. Такой самолет очень маневрен.
Закон развертывания-свертывания ТС
Повышение идеальности ТС осуществляется путем развертывания – увеличения количества и качества выполняемых полезных функций за счет усложнения системы, и свертывания – упрощения системы при сохранении или увеличении количества и качества полезных функций.
Развертывание ТС начинается с момента ее рождения, т. е. создания функционального центра – основной функциональной цепочки из подсистем (элементов), способных в совокупности выполнять основную функцию системы. Например, функциональный центр автомобиля – мотор, шасси с колесами, простейшее управление и запас горючего – по сути дела, скелет автомобиля, напоминающий современный картинг. Затем добавляются дополнительные подсистемы: кузов, защищающий пассажиров, гидравлическая коробка передач, откидывающиеся кресла, радиоприемник, компьютер и т. д.
Процесс развертывания вещества проходит в несколько стадий:
1) попытки улучшения нужного свойства вещества (железо ® легированная сталь);
2) переход от однородного вещества к неоднородному (сверла с победитовыми наконечниками; самозатачивающиеся резцы из слоев металла различной твердости);
3) составное вещество из специализированных веществ с особыми свойствами (у современных чайников тройной корпус: медная основа (высокая теплопроводность), покрытая изнутри слоем тефлона (чтобы не приставала накипь), а снаружи – электрохимическое блестящее защитное покрытие);
4) развертывание составных веществ в подсистемы.
Свертывание ТС может происходить несколькими путями.
Переход в надсистему.
Пример – телефон. Сеть искусственных спутников Земли вобрала в себя множество ТС наземной телефонной сети. Отпала необходимость в большом количестве телефонных станций, узлов, коммутаторов, усилителей, кабелей и т. п. Телефонная сеть, как одна из информационных систем, должна будет слиться с другими подобными системами (радио, телевидение, компьютеры, почта).
Миниатюризация. Развитие радиоэлектроники: отдельные детали – сборки – микросборки – интегральные микросхемы – БИС – СБИС. Развитие стиральной машины
: (развертывание) 1) бочка с активатором; 2) добавление подсистем – подогрев, перекачка, отжим, сушка, программное управление; (свертывание – миниатюризация); 3) машина "Малютка"; предельный случай – совет из раздела "Умелые руки" – электродрель с насадкой-активатором и таз с бельем (стиральной машины нет, а ее функции выполняются); 4) замена механического активатора на ультразвуковой и далее переход на микроуровень – химическая чистка (стирка).
Свертывание ТС в одну из подсистем (главным образом – в рабочий орган). Это последовательное совмещение элементов системы.
Примеры:
§ современные большегрузные автомобили имеют мотор-колеса;
§ в шариковых ручках исчезает корпус: стержень с пастой внутри отдельного корпуса превращается в толстый стержень-ручку;
§ свертываются даже … тюрьмы. В США в виду переполненности тюрем в 35 штатах довольно широко распространено содержание лиц, не совершивших тяжких преступлений, под домашним арестом. Для кон-троля их нахождения дома используются передатчики, вмонтированные в неснимаемые ручные или ножные браслеты. При попытке снять браслет или извлечь передатчик в полицейский участок направляется специ-альный сигнал. (ИКР: идеальная тюрьма – когда тюрьмы нет, а ее функции выполняются.)
Свертывание ТС в идеальное вещество.
Примеры:
§ Датчик давления – электропроводная резина, меняющая свое сопротивление при надавливании.
§ Вместо сложной системы терморегуляции для поддержания постоянной температуры в течение некоторого времени используется процесс плавления и кристаллизации определенной массы вещества.
§ Посадочные огни на полосах аэродрома должны быть абсолютно надежными: не перегорать, не отказывать ни в дождь, ни в холод. Причем не только сами огни, но и провода, к ним идущие, и генераторы, их питающие. Идеальный огонь – "светлячок" изобретен в США: стеклянная трубка покрыта изнутри люминофором – сульфидом цинка, а в центр ее вставляется ампула с радиоактивним изотопом водорода – тритием (период полураспада чуть больше 12 лет). Два идеальных вещества (люминофор и тритий) "поглотили" в себе все подсистемы. Огни видны с расстояния в 3 километра, не требуют никакого ухода и служат 10 лет (уровень радиоактивности от трития не представляет опасности для человека).
§ В функциональной электронике функции сложных электронных узлов (усилителей, генераторов и т. п.) выполняются различными физи-ческими эффектами в веществе.
Закон вытеснения человека из ТС
В процессе развития ТС происходит поэтапное вытеснение из неё человека, т. е. техника постепенно берёт на себя функции, ранее выполнявшиеся человеком, тем самым, приближаясь к полной ТС (без участия человека).
 |
В полной ТС (см. рис. 8) имеются три функциональных уровня:
1 – исполнительный (непосредственно рабочие органы, выполняющие основные функции); 2 – управления (рабочими органами); 3 – информационный (сбор, обработка информации и принятие решений).
|
1. Первоначально человек вытесняется с исполнительного уровня: появляются простые инструменты – каменный нож, дубина, лук, блок, рычаг; вместо мускульной силы используются различные источники энергии – ветер, вода, паровые машины.
2. Затем человек вытесняется с уровня управления механизмами: руль кораблей; воздушные рули – элероны; появляются механизмы – преобразователи команд в системах управления – сервомоторы; появляются автопилоты и различные системы автоподстройки в электронной технике, появляются устройства-копиры у токарных и фрезерных автоматов.
3. Затем человек вытесняется с уровня принятия решений: появляются датчики, заменяющие органы чувств человека, появляются ЭВМ и автоматизированные системы управления.
Вытеснение человека быстрее и легче всего происходит на первом уровне и с большим трудом идет на третьем, поскольку человек гораздо более эффективная "информационная машина", нежели "энергетическая".
Понимание закономерностей последовательного вытеснения человека из ТС позволяет вести работу по ее совершенствованию целенаправ-ленно, избегая типичных ошибок, связанных с забеганием вперед, т. е. с попытками вытеснения человека с более далеких этапов, не обеспечив вытеснения с предыдущих. Например, автоматизация управления системы, в которой основным источником энергии все еще является человек (например, автоматизация лопаты).
5.3.3. Идеальный конечный результат
Если задача решается методом «проб и ошибок», поиски идут либо по «вектору инерции», либо – в лучшем случае – «во все стороны». Между тем, приступая к решению задачи, изобретатель может резко сузить «угол поисков». Решение должно приближать исходный объект к идеальной машине. Определив, какой должна быть в данном случае идеальная машина, изобретатель сразу находит наиболее перспективное направление поисков.
Разумеется, в каждом конкретном случае нужно уметь определить идеальную машину. Чем точнее изобретатель представляет себе идеальную машину, тем меньше доля случайности, тем направленнее ведутся поиски.
Идеальная машина играет роль маяка, указывающего, куда надо идти. Когда изобретатель ищет решение без такого маяка, его мысли разбегаются под влиянием множества причин.
Исходя из приведенных соображений, в теории решения изобретательских задач введено понятие «идеальный конечный результат». Оно исходит из принципа: система идеальна, если ее нет, а требуемая функция выполняется. Разумеется, достичь такого идеала невозможно, но реальное сильное изобретательское решение должно приближаться к идеалу. Это условие закона увеличения степени идеальности системы многократно подтверждено сильными, высокоуровневыми изобретениями. Поэтому степень приближения к ИКР является критерием качества решения любой творческой технической и организационной задачи.
Разумеется, идеальный конечный результат должен быть правильно сформулирован. Тогда множество вариантов, которые могли бы возникнуть при решении задачи с помощью метода проб и ошибок, отпадет само собой. Формулируя ИКР, не следует задумываться над тем, как может быть достигнуто близкое к нему решение. Для ответа на этот вопрос надо сначала разобраться с противоречиями, лежащими в основе творческой задачи.
Существует два правила, помогающие точнее определить ИКР: не следует загадывать заранее возможно или невозможно достичь ИКР; не надо заранее думать о том, как и какими путями будет достигнут ИКР.
Пример. Для крепления крышек различных химических аппаратов (теплообменников, реакторов и т. п.), применяют шпильки – металлические стержни с резьбой по обоим концам. На аппарат, работающий под большим давлением, может потребоваться до 200 шпилек. Каждая шпилька выполнена из стали, имеет диаметр в 50–70 мм, длину до 400 мм. Все они должны иметь клеймо – на клейме указывается номер аппарата. Клеймо наносится ударом молотка по остро заточенной форме, приложенной к торцу шпильки. Работа трудоемкая, делать ее надо сразу после изготовления шпильки. Необходимо дать предложения по совершенствованию процесса клеймения.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 |
