Бесплатный фрагмент - ТРИЗ для «чайников» — 3

От автора

Как и все книги из серии «ТРИЗ для чайников», эта книга адресована инженерам и исследователям, не имеющим специальной подготовки в области ТРИЗ. То есть материалы книги могут быть сразу применены для работы любым специалистом.

В этой книге сохраняется подход, который использовался в книгах серии. То есть Вам будут предложены общие тенденции развития технических систем (в классификации Б. Злотина — линии, паттерны различных законов), и их проявление через микростандарты. Я постарался помочь Вам сделать анализ возможностей развития Вашей системы как можно более простым и алгоритмизированным, а заодно, дать Вам в руки мощный инструмент.

Любые ли тенденции, описанные ниже, могут работать в Вашей ситуации? Нет не любые! Но вероятность того, что вы на верном пути будет значительно выше, чем при случайном, хаотичном поиске.

Все ли линии и микростандарты описаны в данной книге? Нет, далеко не все! Работа по анализу развития систем с помощью законов развития только в самом начале. Частично законы развития технических систем, предложенные Г. Альтшуллером, описаны в работах Б. Злотина, А. Зусман, В. Петрова, Ю. Саломатова, С. Литвина, А. Любомирского и других исследователей. Но превращение их в полномасштабный эффективный инструмент — задача, стоящая перед тризовцами в настоящее время.

Я буду благодарен Вам, если вы найдете и пришлете новые линии, микростандарты и примеры, не описанные в книге, и пришлете их. Все исправления будут использованы при втором издании книги «исправленном и дополненном»!

Введение

Это случилось в Уральском НИИ черных металлов, когда я работал младшим научным сотрудником лаборатории листового проката. Я зашел к нашим соседям, в лабораторию металлоизделий. Мой коллега сидел за своим столом расстроенный до послед­ней степени.

— Ты чего такой грустный?

— Да вот послали заявку на изобретение, а ВНИИГПЭ (Всесоюзный научно-исследовательский институт госу­дарственной патентной экспертизы — пояснение автора) отказал. Вот ты изобретатель, взял бы да изобрел, как воевать с ВНИИГПЭ!

— А, зачем воевать? Возьми да посмотри по зако­нам развития, как должна совершенствоваться система. Вот тебе и будет новая заявка.

— А-а, говорить все могут. И вообще, что это за законы?

Я взял материалы заявки. Лаборатория металлоизде­лий занималась прокаткой заготовок для столовых но­жей, стамесок и других изделий периодического про­филя. При такой прокатке стальной пруток диаметром 12—20 мм и длиной 10—20 см нагревается до 800—1200 градусов, а затем задается в валки, на которых вырезан нужный профиль. Проходя между валками, металл деформируется, и получается исходная заготов­ка для изделия, которая после шлифовки и полировки становится ножом, вилкой или стамеской. Обычно, при такой прокатке проблема состоит в том, что много металла уходит в ширину, в облой, как говорят прокатчики. В облой уходит до тре­ти металла. И это все отходы. Придумал мой то­варищ простое и очень эффективное решение: вдоль на поверхности прокатного валка нанести неглубокие бороздки (0,1—0,3 мм глубиной и 0,5—1,0 мм шириной). Потери металла на них мизерное, зато теперь металл не сможет утекать в ширину и весь потечет в длину, то есть будет практически полностью использо­ван по назначению. Пруток можно будет сделать короче и сэкономить дорогую нержавеющую сталь. Здорово придумано, да вот экспертиза нашла похожее решение, придуманное раньше, и отказалась выдать авторское свидетельство.

— Ну, так что, будем совершенствовать твои валки?

— Ну-ну, посмотрим, на что твой ТРИЗ годен!

— Итак, один из законов развития технических си­стем говорит о том, что при совершенствовании систе­мы параметры инструмента и изделия должны согласо­вываться между собой. Кстати, у тебя как, на заготовке асе бороздки одной глубины?

— Да.

— Для всех изделий?

— Ну почему, у каждого изделия своя глубина бо­роздок: у узких больше, чтобы меньше металла вбок текло, а у широких — бороздки помельче: больше метал­ла в ширину идет.

— Слушай, а форма изделия у тебя меняется по длине?

— Конечно.

— Так ведь тогда получается, что металл должен течь по-разному в разных местах заготовки. Где боль­ше, где меньше.

— Ну, конечно же, ты что, сам не понимаешь, что ли?

— Да я-то понимаю. Не понимаю другого. Если у тебя металл по-разному должен течь, так почему же у тебя бороздки одной глубины?

— А, в самом деле, почему? Так ты предлагаешь…

— Да, да. Сделать валки с сетками бороздок переменной глубины. Где глубже, где мельче, а если надо, чтобы металл активно вбок потек, так вообще поперек валка бороздки сделать, На это и заявку послать.

Спустя месяц заявка была готова, а еще через пол­тора года мы получили авторское свидетельство №1 337 179. В 1988 году это решение было внедрено сразу на трех заводах, выпускающих изделия периодического профи­ля (рис. взят из авторского свидетельства).

Как видите, законы развития технических систем — прекрасный инструмент для совершенствования технических систем*.

В тризовской среде часто спорят, как называть — «законы развития технических систем» или «закономерности развития технических систем». В сущности, терминология — это философские рассуждения, не имеющие практического значения. Мы будем пользоваться и тем, и другим термином, в зависимости от ситуации и принятой практики использования этих терминов в ТРИЗ.

В этой книге мы рассмотрим не весь комплекс законов развития технических систем, а только три из них, которые на сегодня наиболее детально разработаны, и могут быть сразу эффективно использованы рядовым инженером, без специального обучения:

.______________________________________________

* Вы можете спросить, а можно ли развивать систему не зная законы развития технических систем, по наитию, по озарению, благодаря одаренности? Да, можно! Просто вы потеряете больше времени, сил и денег. Это все равно, что подбирать корни квадратного уравнения, по очереди подставляя числа, вместо того, чтобы пользоваться формулой Виета.

— Закон повышения динамичности и управляемости

— Закон развертывания-свертывания;

— Закон согласования-рассогласования.

Благодаря им можно быстро увидеть основные направления по совершенствованию Вашей системы в рамках действующей S-кривой (подробно о S-кривой написано в ТРИЗ для чайников-3, том 1) и предложить новые решения.

Все законы будут рассмотрены через линии и микростандарты. Применение такого подхода позволяют сделать работу с законами более инструментальной.

Важное замечание: не существует разных законов развития. Есть один общий закон, который мы условно, для удобства анализа, разделили на несколько закономерностей. Именно поэтому одна закономерность часто отражается в другой. Например, динамизация системы обеспечивает согласование (или рассогласование) в ней, а развертывание часто связано с динамизацией. Все три рассмотренные закономерности будут частично покрывать друг друга. На одни и те же решения Вы сможете посмотреть под разными углами зрения, и это расширит Ваши возможности в поиске оптимальных решений для Вашей задачи.

Глава 1. Закон развертывания-свертывания

Развитие технической системы начинается с минимального набора подсистем, которые составляют новую систему, то есть при наличии, которых появляется новое системное свойство. В ТРИЗ это называется функциональный центр системы.

Определение: функциональный центр ТС — минимальный набор подсистем, обеспечивающий появление нового системного свойства (выполнение новой функции).

В Средние века одежде при дворах королей стали придавать большое значение, тогда и появилось приспособление для глажки. Первыми утюгами стали сковороды, внутрь которой закладывались угли. Когда они нагревались, ими начинали водить по одежде.

Собственно говоря, это был первый утюг — его функциональный центр — минимальная система, обеспечивающая выполнение главной функции — разглаживать белье. Состоял он из нагреваемой рабочей поверхности, ручки и углей, в качестве нагревающего элемента.

Еще один пример — автомобиль. Первый автомобиль — это карета с двигателем.

После появления новой системы, она, как новорожденный ребенок, сразу начинает расти и развиваться. В ней появляются новые элементы и системы, которые расширяют ее возможности.

Например, достаточно быстро после появления первых автомобилей автомобиля, в нем появились тормоза, фары, зеркала и многие другие приспособления, улучшая ее качества, и расширяя возможности.

Соответственно, у утюга появилась крышка (чтобы угли не попадали на одежду при резких движениях), и даже труба (по аналогии с печкой, чтобы угли лучше горели). Такое усложнение системы с увеличением количества подсистем называется развертыванием системы.

Одновременно с этим проявляется и другой процесс. Это процесс сокращения и вытеснения тех или иных подсистем за счет того, что оставшиеся принимают на себя выполнение их функций. Этот процесс называется свертыванием системы.

Наиболее частые и эффективные проявления и применения закона развертывания-свертывания мы и рассмотрим ниже.

1.1. РАЗВЕРТЫВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Традиционно развертывание технических систем происходит по следующим линиям:

— линия развития дополнительных элементов и подсистем;

— линия появление вспомогательных элементов и подсистем;

— линия развития компенсационных подсистем;

— линии повышения эффективности системы;

— линия создание полисистемы из однородных систем;

— линия создание полисистемы из конкурирующих систем;

— линия создание полисистемы из альтернативных систем;

— линия развития структурной иерархии в системе;

— линия развертывание системы в типоразмерный ряд.

Линии развертывания элементов системы через:

— дробление элемента на однородные части;

— развитие неоднородности элемента.

Эти варианты развития системы необходимо проверять при анализе Вашей системы.

1.1.1. Появление дополнительных систем

После создания функционального центра в системе начинают появляться дополнительные подсистемы.

Дополнительные подсистемы — подсистемы, не влияющие на главную систему, но придающие системе новые свойства. Например, наличие фар на автомобиле не влияет на его грузоподъемность и скорость, но позволяет передвигаться безопасно в ночное время.

Появление дополнительных подсистем связано с появлением новых функций в системе. Подключение вспомогательных подсистем, позволяет расширить возможности использования системы, удовлетворить различные потребности пользователя. Особенно хорошо при этом использовать ресурсы. В работе можно использовать любые методы активизации творческого мышления — мозговой штурм, метод гирлянд ассоциации, метод аналогий и др. Но более эффективно развитие системы при использовании закономерностей развития технических систем. Анализ ограничений в системе и противоречий в ней позволяет увидеть новые возможности для системы, а затем найти те изменения, которые помогут снять эти ограничения и противоречия. Это намного быстрее и эффективнее, чем заниматься случайным поиском.

Пример

Закладка на книге не улучшает ее главную функцию, но облегчает поиск места, где было прекращено чтение. Это новая дополнительная функция для книги.

Пример-шутка

Хотите, чтобы во время готовки муж находился рядом, шутил, смеялся и крутился рядом — пригласите симпатичную подругу в мини-юбке помочь вам по кухне.

В работе по развитию систем за счет появления дополнительных систем, рекомендуется два подхода их поиска:

— включение в анализируемую систему типовых дополнительных систем;

— применение 4-шагового алгоритма поиска дополнительных систем.

А. ТИПОВЫЕ ГРУППЫ

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Типовые группы дополнительных систем связаны с основными потребностями и функциями, общими для больших групп систем — условия транспортировки, хранения, энергоснабжения и т. п.

а1. Эксплуатация тяжелых систем упрощается, если в ней появляются колеса и/или ручки.

МКС: С развитием системы в ней появляются устройства, облегчающие ее транспортировку и хранение (фиксацию) — колеса, ручки и другие.

Пример

Еще в старые времена дорожные сундуки ставили на колеса.

Теперь колеса стали ставить на обычные чемоданы.

Пример

Установка рым-болтов на тяжелое оборудование при погрузке и транспортировке — достаточно стандартное явление. После установки рым-болты вывинчиваются и удаляются.

.

а2. Защелки-фиксаторы

МКС: С развитием, в системе появляются защелки и фиксаторы, и другие аналогичные приспособления с такой функцией.

Пример

Защелки на снарядных ящиках, застежки-липучки, крючки, кнопки и др.

а3. Реклама, идентификационная маркировка на поверхности вместо специальных бирок.

МКС: На поверхности системы располагается реклама, информация и т. п., что позволяет избежать лишних документов и инструкций.

а4. Автономные системы энергоснабжения и зарядники для оборудования.

МКС: С развитием и появлением компактных устройств энергообеспечения, в системе появляются элементы энергоснабжения или устройства согласования энергоснабжения системы с электросетями. Это позволяет сделать многие устройства автономными, что часто существенно расширяет рынки.

Автономные блоки питания, блоки питания от сетей, встроенные в приборы (сотовые телефоны, компьютеры и т.п.) аккумуляторы.

Пример

Первый ноутбук — портативный компьютер — Osborne 1 был создан в 1981 году. Его появление — наличие дополнительной системы — аккумулятора.

Пример

Сотовые телефоны и другие устройства, обеспеченные компактными аккумуляторами.

а5. Устройства для удобства эксплуатанта

Различные вспомогательные устройства для удобства при монтаже и эксплуатации. Например, предполагается, что при сборке должны использоваться инструменты — отвертки, шестигранники и т. п. Но часто нужного инструмента не оказывается в наличии. Комплектация такими одноразовыми инструментами систем упрощает работу и не очень дорого стоит.

МКС: С развитием в системе появляются упрощенные дешевые (одноразовые) инструменты.

Пример

Компания «Икея» вместе с комплектом мебели, который предстоит собрать Покупателю, укладывает одноразовый ключ-шестигранник для сборки. Его стоимость несколько центов, но для Покупателя — большое удобство.

Пример

Новые плоские телевизоры с диагональю 50—65 дюймов, обычно вешают на стену. И тут возникает проблема, как повесить его ровно? В строительной практике для этого используют уровень. Именно такой мини-уровень и встроили в крепление для телевизора! Затраты копеечные, а проблема снята. Уровень в креплении телевизора — типичная дополнительная система.

а6. Появление сигнальных ламп.

Наглядность существенно упрощает работу системы. Поэтому в системе часто используются сигнальные лампы, иллюстрирующие то или иное состояние системы. В данном случае появление сигнальных ламп в системе можно рассматривать как появление вспомогательной системы, упрощающей эксплуатацию основной системы.

МКС: В развитием в системе для ускорения и упрощения получения информации состоянии системы Пользователем могут быть установлены сигнальные лампы, информирующие о состоянии системы.

Пример

В общественном туалете над кабинками установили красную и зеленую лампочки, показывающие, свободна или занята кабинка туалета.

Пример

Над дверью рентген-кабинета установлена лампа, которая включается, когда работает рентгеновская установка.

Замечание: Типовым шагом после появления новой дополнительной системы является свертывание (см. раздел 1, п.1.2.), при котором новая подсистема полностью встраивается в анализируемую системы становясь ее частью.

Хороший пример полного свертывания — пластиковый пакет-майка, в котором ручка стала частью мешка.

Применение полиэтилена в качестве материала для пластиковых пакетов началась в 1957 году. А вот пакеты с ручками («майки»), то есть после полного свертывания, появились спустя 25 лет (!) в 1982 году. Потерянные 25 лет — цена не знания законов развития технических систем.

Замечание: Не знание и не использование закона часто приводит к большим задержкам в принятии эффективных решений.

Б. АЛГОРИТМ ПОИСКА НОВЫХ

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

.

Для поиска новых нестандартных дополнительных функций (и соответственно, дополнительных систем) рекомендуется провести анализ, который выполняется за 4 шага.

Шаг 1. Анализ ресурсов системы

Проведите краткую паспортизацию функциональных ресурсов системы и ее подсистем*. Даже быстрый анализ элементов системы позволит выявить новые функции, которые могут быть использованы для развития системы и ее применения.

Пример

Детская коляска

Функциональный ресурс — перевозка грузов, место для сна ребенка вне прогулки.

_______________________________

* Подробно процесс паспортизации ресурсов описан в книге «ТРИЗ для чайников-2».

Шаг 2. Анализ потребностей владельца системы

Каждой системой управляет или пользуется человек (надсистема).

Но у Пользователя, кроме основной функции, которую выполняет система, могут быть и другие потребности. И хорошо бы заставить систему выполнять их. Попробуйте составить список потребностей для пользователя.

После составления списка потребностей надо постараться уточнить, какие традиционные системы используются для удовлетворения этих потребностей и какие ресурсы необходимы для функционирования новых подсистем. Затем надо проверить их наличие в данной системе или возможности их включения новых систем, сравнивая со списком выявленных ресурсов.

Пример

Среди потребностей ребенка:

— покормить ребенка во время прогулки (теплое молоко, соки, пюре);

— поменять подгузники, памперс;

— укачать, усыплять ребенка;

— развлекать и развивать ребенка.

Среди потребности матери (кроме основной — возить ребенка):

— перевозить продукты;

— перевозить женскую сумку;

— делать макияж;

— заниматься спортивными упражнениями;

— беседовать по телефону.

Пример-шутка

Хит продаж!

Женское зеркальце со встроенным фотошопом!

Шаг 3. Анализ расширения области применения системы

Для любого производителя важно максимальное расширение рынка для его продукта. Поэтому, чем больше функций выполняет система, тем шире может быть ее применение, тем более она привлекательна для Покупателя.

После получения информации о ресурсах системы, потребностях надсистемы или пользователя, можно определить дополнительные системы, которые целесообразно ввести в исходную систему, сделав это с минимальными затратами на изменение системы.

Пример 1

Мобильные телефоны могут использоваться для определения местоположения абонента, что облегчает его поиск.

Пример

Детская коляска трансформирующаяся в тележку для перевозки вещей;

Пример

Вообще-то первоначально компьютеры были предназначены для выполнения математических расчетов, а сотовые телефоны — для беспроводной связи…

Теперь компьютеры и средство связи, общения и многого другого, а сотовые телефоны еще и калькуляторы, и фотоаппараты.

Замечание: после введения дополнительной подсистемы, проверьте возможность свертывания системы (свертывание подробно изложено в главе 1, п.2.1.)

Шаг 4. Появление новых дополнительных подсистем

а. Новые дополнительные подсистемы должны удовлетворять новые функции, выявленные на шаге 2. Для этого можно использовать уже известные системы, выполняющие эти функции, встраивая их в анализируемую систему.

Пример

Часто грузы, переносимые цеховыми кранами необходимо еще и взвешивать. Обычно эту функцию выполняют специальные весы. Но это дополнительная операция, на которую приходится тратить время.

Кран с встроенными весами позволяет одновременно транспортировать груз и взвешивать его.

Пример 1

Коляска, оснащенная погремушками, развивающими играми

Коляска, оснащенная сумкой-термостатом для хранения молока, пюре и т. п.

Коляска с подставкой для телефона или айфона.

Коляска с аварийным вызовом и GPS.

Коляска с приборами контроля за жизненными показателями ребенка.

Ручка коляски с местами крепления вспомогательных приборов (сменные инструменты и оснастка).

Сигнальные огни и яркая окраска для повышения безопасности.

Для детей более старших — педали, чтобы ноги тренировать.

Коляска с массажером

Коляска с укачивателем, когда коляска стоит.

б. Появление новой дополнительной подсистемы в системе может быть следствием свертывания надсистемы с удалением из нее какой-либо системы с передачей функции в систему.

1.1.2. Появление вспомогательных подсистем

Повышение эффективности системы может быть достигнуто за счет введения вспомогательных подсистем.

Под главной функцией системы понимается функцию, ради которой была создана система. Например, когда в автомойке главная функция — мыть машину струей воды. При этом, чем больше давление, тем лучше отмывается машина.

Вспомогательные подсистемы — это подсистемы улучшающие выполнение главной функции.

На автомойках насосы создают повышенное давление воды, что позволяет лучше отмывать машину. Насос вспомогательная система в системе автомойки, поскольку он улучшает выполнение главной функции системы.

МКС: Развитие технической системы происходит путем включения в нее вспомогательных систем, которые повышают качество выполнения главной функции системы известными в технике способами (известными подсистемами).

Поиск известных систем, усиливающих выполнение главной функции, осуществляется на основе общетехнической информации. Главная Ваша задача — точно сформулировать главную функцию системы и в технике найти подсистемы обеспечивающие это.

После этого, постарайтесь адаптировать найденную подсистему к той, которую улучшаете, с учетом имеющихся в ней ресурсов.

Пример

На высотных дальних бомбардировщиках ПЕ-8 внутри корпуса был установлен дополнительный мотор, приводящий в действие турбокомпрессор. Последний сжимает разреженный на высоте воздух до рабочего давления в тяговых моторах.

Пример

Процесс резки кафельной плитки улучшается, если установлено устройство для добавления воды охлаждающей дисковый нож и плитку в месте резания. Система охлаждения — вспомогательная система.

МКС: Если в системе есть поток вещества — установить вспомогательную систему для его обработки (подготовки для оптимальной работы) — подогрева (стабилизации температуры), очистки, структурирования.

Пример

Например, при окраске изделий с помощью краскопульта, его главная функция хорошо и равномерно окрашивать изделия. При операции окраски, важное значение имеет качество сжатого воздуха. Поэтому в системы окраски устанавливают осушители и фильтры для удаления влаги и загрязнений.

Пример

Обычно для полива газонов и растений на полях используются автоматические системы полива, включающиеся по системе реле. То есть в определенное время система включается, некоторое время осуществляется полив с заданным расходом воды, после чего полив выключается. Проблем состоит в том, что если идет дождь, система продолжает работу, хотя в поливе нет необходимости.

Для предотвращения ненужного расхода воды разработан специальный датчик влажности почвы. На пластиковый стержень, под регулировочным колпачком, нанизаны впитывающие влагу синтетические элементы, в виде колечек. При разбухании этих колечек, в пределах регулировки колпачка, последние нажимают чувствительный выключатель, который временно замыкает электрическую цепь и отключает функцию полива в автоматическом режиме на центральном пульте управления. При этом в ручном режиме пульт управления работает нормально. По мере высыхания синтетических элементов выключатель возвращается в исходное положение, и режим автоматического полива активируется по заданным ранее программам.

Пример-шутка

Предложение сходить в ресторан чаще заканчивается сексом, чем просто предложение заняться сексом.

Замечание: После включения новой подсистемы в систему, проверьте возможность исключения каких-либо элементов из системы (свертывание будет подробно изложено в главе 1, п.2.1.).

1.1.3. Появление компенсационных систем

Часто в системе возникают нежелательные и вредные эффекты. Для их нейтрализации в нее включаются дешевые компенсационные подсистемы (или элементы). Их назначение — гашение имеющихся недостатков, вредных эффектов от действия системы.

При возникновении нежелательных явлений в системе, проверьте следующие варианты появления компенсационных систем:

— Не допускать развития вредного действия выше определенных пределов, что реализуется за счет:

А1. СОЗДАНИЕ КОМПЕНСАТОРОВ

В ПРОТЯЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

МКС: Если вредное действие накапливается пропорционально длине элемента системы и может достигать при определенных условиях недопустимой величины, то объект нужно разделить на части такой длины, чтобы ни при каких условиях вредное действие не могло достичь критической величины. Между этими частями вводятся соединение (компенсаторы), обеспечивающее целостность объекта для выполнения полезного действия и препятствие для прохождения вредного.

Замечание: компенсатором может быть и пустота.

Пример

На длинных трубопроводах мы можем увидеть П-образные вставки. Это температурные компенсаторы. Дело в том, что трубы в жаркие дни нагреваются и расширяются. При этом в них возникают напряжения сжатия, которые могут вызвать разрыв трубопроводов. Именно его и предотвращают тепловые компенсаторы, которые имеют возможность принять на себя расширение труб.

На дорожном покрытии длинных мостах делаются разрывы, которые защищают мосты от поломки при тепловом расширении.

Пример 2

Рельсы делают определенной длины и между ними оставляют зазор для исключения возникновения напряжений вследствие температурного расширения. Для проводки тока их соединяют специальным электрическим проводом, а от бокового сдвига защищают специальные накладки.

Пример 3

Аналогичные компенсаторы за счет введения гофр, принимающих на себя деформацию и не передающих дальше напряжения.

А2. Введения систем с альтернативной реакцией

МКС: Если возможно вредная реакция системы при некоторых условиях, то необходимо систему дополнить антисистемой, реакция которой на эти условия будет альтернативна вредной, так, чтобы в совокупности эти реакции взаимно уравновесились.

Пример

Предлагается на бутыли с кислотой одевать поролоновые «воротнички», пропитанные щелочью. Тогда при проливе кислоты, последняя будет сразу нейтрализована.

Пример

С начала войны немцы начали применять магнитные морские мины. Дело в том, что под действием магнитного поля Земли, корпус судов намагничивался. Чем больше корабль, тем больше магнитное поле. Чтобы исключить вероятность подрыва мины с магнитным взрывателем группа ученых под руководством И. В. Курчатова разработала метод размагничивания кораблей.

Пример-шутка

— Дорогая, если я соблазню твоего мужа, мы останемся подругами?

— Нет.

— Значит, мы станем врагами?

— Нет.

— А что тогда?

— Мы будем квиты.

Пример-шутка

Муж и жена едут в соседний городок в гости.

Жена: — Ой, скорее поворачивай машину назад! Я забыла выключить газ, как бы не сгорела наша квартира!

— Ничего страшного, не сгорит, я забыл выключить душ.

А3. Введением демпферов-рассеивателей

МКС: Если в системе с течением времени накапливается вредная энергия или иной вредный фактор, то его нивелирование может быть выполнено введением систем — демпферов или рассеивателей энергии.

Такие демпферы превращают энергию вредных воздействий (или иных вредных факторов) в поля рассеяния, или возвращают ее в систему путем утилизации.

Замечание: Демпферы способны сглаживать колебания полей и потоков в системе и передавать равномерно энергию или вещество поступающие неравномерно.

Пример

Пружины-амортизаторы на автомобилях переводят удары на дорогах в поля рассеяния.

Пример

Чтобы избежать накопления статического электричества, способного вызвать пожар, к корпусу бензовозов присоединяется цепь, переводящая электрический заряд в землю.

Пример

Если приборы нагреваются (транзисторы и другие радиоприборы), что может привести к нежелательным последствиям, на прибор одевается радиатор, переводящий тепло с прибора в поля рассеяния.

Замечание: обратите внимание, что все предложенные варианты решения проблемы относятся к приему «Принцип предварительного исполнения».

1.1.4. Переход к полисистемам из однородных систем

Зачем надо объединять одинаковые системы? Что может дать такое объединение?

Иногда пропорциональный рост размеров системы вызывает трудности или непропорциональный рост вредных факторов. Объединение же двух однородных систем в би-систему, как минимум, удваивает возможности системы без непропорционального роста вредных факторов, а иногда такое объединение дает новые положительные системные свойства.

Системы могут объединяться в би-полисистему путем параллельного (когда системы работают одновременно) или последовательного (когда системы работают по очереди) соединения. При этом можно достичь различного положительного эффекта.

.

А. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ

При параллельном соединении элементов удается:

а1. повысить надежность за счет дублирования ненадежных элементов;

МКС: Если вредное действие в системе возникает кратковременно из-за временного бездействия некоторого недорогого элемента, рекомендуется дублировать работу этого элемента созданием би-системы (полисистемы).

Замечание: Если анализируется возможное развитие системы, проверьте новые возможности, возникающие при создании полисистемы из серийных элементов (подсистем) соединенных параллельно, чтобы повысить надежность.

Пример

На электрических подстанциях устанавливается от 3 до 5 компрессоров, хотя по производительности достаточно одного, максимум двух. Остальные стоят в резерве. В случае отказа основных компрессоров, включается один из резервных. При этом мы уверены, что не произойдет отказ системы пневматики, который может вызвать выход из строя огромного энергетического комплекса.

Пример

Раньше в светофорах использовались лампы накаливания. Когда они перегорали, светофор переставал работать. Переход к светодиодам не только экономит электроэнергию, но и повышает надежность. Ведь даже если перегорит несколько светодиодов, то это не повлияет на работоспособность светофора.

а2. повысить мощность системы (пропускную способность) без непропорционального роста вредных факторов;

МКС: Если необходимо повысить мощность системы, а увеличении единичной мощности недопустимо или экономически нецелесообразно, то рекомендуется объединении двух и более однородных систем в параллельную полисистему.

Замечание: Если анализируется возможное повышение мощности системы, проверьте новые возможности, возникающие при создании полисистемы из серийных элементов (подсистем) соединенных параллельно, чтобы повысить мощность системы.

Пример

На гидроэлектростанциях стоят несколько энергоблоков; изготовление одного большого энергоблока вызвало бы большие трудности у производителей, транспортников и эксплуатационников, в то время как серия относительно небольших серийных блоков удобна и при производстве, и при транспортировки.

а3. избежать повреждений в системе от концентрированного действия поля, заменой его на распределенное действие;

МКС: Если система создает некоторое полезное действие поля, но концентрированное действие поля оказывает еще и вредное воздействие (или эффективность снижается из-за концентрированного действия), то вредное действие можно устранить переходом к полисистеме, обеспечивающей распределенное действия поля.

Замечание: Если анализируется возможное развитие системы, проверьте новые возможности, возникающие при замене большой системы на полисистему из более мелких систем для получения распределенного действия вместо концентрированного.

Пример

Освещение на стадионах от одного мощного источника создавало бы неравномерность освещения, что неудобно и спортсменам и зрителям. Много прожекторная схема на стадионах позволяет избежать слишком яркого концентрированного света в одной точке и равномерно освещать поле стадиона. Да и надежность повышается.

Пример

На платформах для перевозки тяжелых грузов используется много осевая схема колес, позволяющая распределить нагрузку на большую площадь и избежать сосредоточенных нагрузок и разрушения дороги.

Б. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

ЭЛЕМЕНТОВ

При последовательном соединении элементов удается:

б1. Повысить значение основного параметра системы, у которого есть ограничение в силу свойств материалов, используемых в ней.

МКС: Если необходимо повышение значения параметра системы, который зависит от начальных условий работы системы ее свойств, то решение возможно в последовательном объединении систем (объединении систем в «каскад»).

Замечание: Если анализируется возможное развитие системы, проверьте новые возможности, возникающие при создании полисистемы из серийных элементов (подсистем) соединенных в каскад.

Последовательное объединение систем позволяет повысить величину основного параметра системы, пропорционально количеству объединяемых систем без разработки новой конструкции (нового принципа действия), за счет серийных систем. Дополнительным бонусом является то, что повышается управляемость системы. Ведь при необходимости понизить мощность системы, всегда можно отключить часть объединенных в полисистему систем.

Пример

В электрической батарее ЭДС одного элемента определяется напряжением электрохимической пары металлов, и является величиной небольшой. Но последовательное объединение таких элементов позволяет достичь больших значений напряжения.

В. ПАКЕТНАЯ ОБРАБОТКА

ПОЛИСИСТЕМ ИЗДЕЛИЙ

Линия перехода к пакетной обработке полисистемы из изделий предполагает объединение изделий для групповой обработки. Переход к групповой обработке позволяет достичь нескольких преимуществ, среди которых:

в1. повысить производительность труда;

Групповая обработка — многократное увеличение производительности.

МКС: Если необходимо повысить производительность труда при обработке плоских (длинных) изделий, то надо проверить возможность совместная обработки группы изделий в рамках имеющейся технологии (или модифицировав ее), создав из них единый блок.

Замечание: Если анализируется возможное развитие системы, проверьте новые возможности, возникающие при создании полисистемы из изделий для совместной обработки.

Пример

На пошивочных фабриках материал укладывается в несколько десятков слоев, а затем сразу нарезается ленточными ножами. Аналогично на ленточных пилах разрезается сразу пакет из металлического уголка, швеллера или трубы.

Пример

При обработке тонких металлических пластинок (сверление в них отверстий, вырезка сложных форм), их зажимают между струбцинами кондуктора и обрабатывают сразу пакет.

МКС: Если необходимо повысить производительность труда при обработке мелких изделий, то надо разработать технологии их одновременной обработки. Одним из вариантов обработки могут стать инструменты с элементами обобщенной формы.

Пример

Для оцинкования небольших изделий используют технологию термодиффузионного цинкового покрытия. Изделия (сразу большое количество) помещают в емкость с цинкосодержащим порошком и выдерживают при температуре 290—450° C.

Пример

Чтобы удалить заусенцы и затупить острые кромки у мелких деталей используют технологию под названием галтовка. В барабан помещают детали после токарной обработки и стальную дробь. После этого некоторое время барабан вращается.

в2. защитить от вредного действия инструмента на одиночное изделие;

МКС: Если обрабатываемое изделие плохо держит форму под воздействием инструмента, или хрупкое, то объединение нескольких изделий в единое целое может снизить вредное действие инструмента на изделие при обработке.

Пример

На производстве понадобилось изготовить группу шаблонов — одинаковых пластин из тонкого стального листа сложной формы. Вырезать их поодиночке было крайне трудоемко и сложно. Они гнулись, деформировались…. Решение нашел изобретательный токарь. Он спросил:

— Это задание до конца недели?

— Да, — ответил бригадир, твердо уверенный, что за оставшиеся три дня с этим заданием не справиться!

— Договорились!

Решение состояло в том, что все пластины токарь зажал между двумя струбцинами и обработал на токарном станке за полчаса.

— Ну, я пошел!?

Бригадир только развел руками, но договор выполнил.

Пример

Большой проблемой при транспортировке стекол был бой. Чтобы избежать этого, было предложено соединить стекла техническим маслом в единый блок. Проблема боя была устранена. Более того, появилась дополнительная опция — механическая обработка сразу блока стекол.

Замечание: Механическая обработка сразу блока листов стекла или стальных листов позволяет упростить процесс, поскольку листы не гнутся и не ломаются.

в3. Расширить возможности обработки выше возможных пределов.

МКС: Если инструмент оказывает на изделие полезное и вредное действие, то совместная обработка группы изделий может придать процессу новые полезные свойства, в частности защиту от вредного действия, связанного с обработкой единичного изделия (хрупкого, гибкого, требующего высокой точности и т.д.).

Замечание: Сверхэффект — рост производительности.

У некоторых процессов есть ограничения по физическим пределам. Например, невозможно прокатывать полосу тоньше определенной толщины, поскольку валок будет сминаться, но не деформировать полосу. Или через волоку невозможно вытянуть проволоку более тонкую, чем некоторый диаметр, поскольку трение о волоку будет настолько большим, что натяжение будет рвать проволоку. В этом случае, создание полисистемы изделий расширяет возможности технологии.

Пример

Для сверхпроводящих обмоток используется кабель с жилами из интерметаллического соединения олова с ниобием (станид ниобия). Однако изготовить такой кабель, включающий 15 тысяч жил толщиной порядка 1 микрона внутри медного провода-матрицы толщиной около 0.5 мм чрезвычайно сложно.

Стержень диаметром 50 мм и длиной порядка полуметра из чистого (весьма пластичного) ниобия запрессовывают в трубу из оловянистой бронзы с толщиной стенок порядка 10 мм. Поместив полученный сэндвич в пресс, продавливают его через шестигранное отверстие размером около 10 мм. Получается около 10 метров шестигранного прутка с концентрическими слоями ниобия и бронзы. Пруток нарезают на полуметровые части и плотно набивают в медную трубу, которую также продавливают через отверстие в прессе. Теперь получился пруток, в котором в медной матрице имеется уже 25 ниобиевых жил, каждая толщиной порядка 1 мм. Далее операция повторяется. На втором этапе получается 625 жил толщиной 0,14 мм, на третьем — 15 тыс. жил толщиной по 0,02 мм. После этого пруток передают на обычный проволочно-волочильный стан, на котором, пропуская через серию фильер, доводят его толщину до 0,5 мм, при этом каждая жила утоняется до 0,001 мм.

После получения проволоки ее помещают в печь и выдерживают несколько часов при высокой температуре. При этом олово, входящее в состав бронзы, диффундирует в ниобий, образуя сверхпроводящий станид ниобия.

Пример

При прокатке стального листа существует предельно минимальная толщина, которую можно получить при прокатке. При дальнейшей прокатке валки просто сминаются, не деформируя лист. Решение состоит в том, чтобы прокатывать сразу два или более листов, что позволяет снизить предельную толщину*.

Г. ПЕРЕХОД К ЗОНТИЧНОЙ

СТРУКТУРЕ

Часто переход к полисистеме из большого количества элементов существенно усложняет ее изготовление и управление ею. В этом случае положение спасает переход к «зонтичной структуре», на подобии того как растет укроп (Рис. 38).

Переход к зонтичной структуре позволяет:

повысить мощность системы, без переусложнения управления.

МКС: Если количество однородных систем, объединяемых в полисистему слишком большое, что вызывает нежелательное усложнение управления и обслуживания полисистемой, то пере-

_______________________________

* Такой способ использовался еще на демидовских заводах; заготовку прокатывали, затем лист складывали вдвое, затем в четверо, затем в восемь раз и прокатывали. Затем края обрезали, а готовые листы раздирали клещами. Этот процесс я видел лично на Верх-Исетском металлургическом заводе (Екатеринбург) в 1970-1980-х годах. — Автор.

ход к зонтичной структуре позволяет снизить этот нежелательный эффект.

Замечание: Если анализируется возможное развитие системы, проверьте новые возможности, возникающие при создании полисистемы из серийных элементов (подсистем) соединенных по принципу «зонтичной структуры».

Зонтичная структура разрешает противоречие, за счет управления более мелкими группами через одинаковые (идентичные) системы управления и частичного свертывания в каждой группе. На каждом уровне переход к группе позволяет в несколько раз снизить количество управляемых (или обслуживаемых) объектов, что позволяет разрешить основное противоречие, мешающее системе. Одновременно повышается серийность производства.

Пример

В ракете-носителе «Восток» ракетные двигатели располагаются в пяти пакетах по 4 двигателя в каждом пакете.

Пример-анекдот

Поймал как-то старик платиновую рыбку. Она могла выполнить только одно, но супержелание. Подумал старик и… заказал 100 золотых рыбок, а после этого оторвался по полной программе!

1.1.5. Переход к полисистемам из конкурирующих систем

Конкурирующие системы — это системы, выполняющие одну функцию, но реализующие разные принципы действия. Например, парусное судно и дизельное судно. Что же позволяет объединение конкурирующих система? Такая би-система, как правило, сочетает преимущества обеих типов систем. Парусник экономичен, экологичен, но не дает большой скорости и зависит от наличия ветра. Дизельное судно требует большого расхода топлива, зато быстрее и не зависит от погоды.

Предлагается объединение конкурирующих систем, позволяет сложить их достоинства, и компенсировать недостатки или уменьшались их.

Традиционно объединение конкурирующих систем производит при переходе от систем старого принципа действия к новому, когда старая система достаточно надежная, а новая, только созданная, еще недостаточно эффективна и надежна, чтобы полностью заменить ее.

А. ПОДКЛЮЧЕНИЕ КОНКУРЕНТА

НА ПЕРЕХОДНЫЙ ПЕРИОД ОТ

СТАРОЙ S-КРИВОЙ К НОВОЙ

МКС: Если есть две конкурирующие системы, одна из которых достигла своего предела, а вторая еще недостаточно развита, то можно попытаться объединить эти две системы в работе на переходный период.

Замечание: Если анализируется возможное развитие системы, проверьте новые возможности, возникающие при создании полисистемы из конкурирующих систем.

Пример

В начале 1940-х годов в США был разработан торпедоносец Grummer TBF с ракетным ускорителем для взлета при большой нагрузке.