Текст книги "Теория решения изобретательских задач"

5. Закон неравномерности развития частей системы

Развитие подсистем ТС идёт неравномерно: чем сложнее система, тем неравномернее развитие её подсистем.

Подсистемы ТС в процессе её эволюции развиваются неравномерно. Одни из них могут сделать революционный «прыжок» в развитии, другие, наоборот, остановиться в развитии. Возможности «передовых» подсистем входят в противоречие с характеристиками «отстающих». Для того чтобы вывести отстающие подсистемы на уровень передовых, надо реализовать новые технические решения.

Процессоры персональных компьютеров очень быстро совершенствуются, а система охлаждения процессоров (кулер) практически не меняется. Поэтому охлаждение компьютеров, особенно ноутбуков, неэффективно. Частая причина ремонта компьютера – поломка кулера.

Водоизмещение современных крупнотоннажных танкеров значительно возросло, и система торможения не может эффективно погасить скорость массивного судна. От начала торможения до полной остановки танкер проходит несколько миль.

6. Закон перехода в надсистему

Техническая система в процессе развития может передавать часть функций в надсистему либо объединяться с другими ТС в новую надсистему.

Суть: одна или несколько функций однотипных ТС, выполнявшихся ранее каждой системой самостоятельно, начинают выполняться в надсистеме.

Когда-то в каждом доме была отдельная отопительная система – печь. Потом функция нагрева теплоносителя была передана в надсистему. Так возникла система центрального отопления, когда одна котельная отапливает несколько многоквартирных домов и строений, а в домах остались только устройства для теплоотдачи – батареи.

При объединении двух технических систем в одну получается система более высокого порядка, так называемая бисистема. Даже при объединении в бисистему одинаковых ТС возникают новые полезные свойства.

Двуствольное охотничье ружьё: охотник несёт одно ружьё вместо двух. Дополнительный выигрыш в том, что стволы могут нести разные заряды.

Катамаран обладает большей остойчивостью по сравнению с однокорпусной лодкой, кроме того, в нём один парус вместо двух.

Бинокль по сравнению с подзорной трубой обеспечивает бинокулярное зрение, что позволяет различать относительное удаление наблюдаемых объектов.

Часто в бисистему объединяют похожие, но различающиеся по какой-то характеристике ТС. Они называются бисистемами со сдвинутыми характеристиками.

Карандаш, имеющий с одной стороны красный грифель, а с другой – синий.

Биметаллическая пластина – это две жёстко и параллельно соединённые металлические пластины с различными коэффициентами линейного расширения. Она обладает новым свойством: изгибается в ту или иную сторону в зависимости от изменения температуры при нагревании или охлаждении. Это свойство широко используется в технике: терморегуляторы в электроутюгах, электрических отопительных батареях и др.

Объединяют в бисистемы и ТС с дополняющими друг друга характеристиками или функциями.

Железобетон представляет собой объединение бетонной и стальной конструкций. Металлическая арматура хорошо работает на растяжение, а бетон – на сжатие. Их характеристики складываются, в результате железобетон хорошо сопротивляется обоим типам усилий. Кроме того, бетон предохраняет металл от коррозии.

Принтер объединяют со сканером. У такой бисистемы автоматически возникает ещё одна функция – копирование документов.

В одну систему могут объединяться не только две, но и несколько ТС. В таком случае говорят о создании полисистемы.

Шариковая ручка с набором стержней разного цвета – полисистема, объединяющая несколько ТС (стержни) со сдвинутыми характеристиками.

Современный мобильный телефон объединяет кроме собственно телефона ещё и фотоаппарат, часы, калькулятор, мини-компьютер и другие ТС.

7. Закон перехода с макроуровня на микроуровень

Развитие рабочих органов ТС идёт сначала на макро-, а затем на микроуровне.

Макроуровень соответствует большинству предметов и систем, которые нас окружают и которыми мы привычно пользуемся. Образно говоря, это то, что видно невооруженным глазом, что можно потрогать. Станки, корабли и самолёты, автомобили и бытовая техника, карандаши и скрепки – всё это макрообъекты.

Переход на микроуровень – важнейшая тенденция развития техники. Вместо каких-то «железок» и «штучек» главную функцию начинают выполнять молекулы, атомы, фотоны.

Смысл этого перехода в том, что рабочий орган на микроуровне становится более управляемым, регулируемым, появляются новые возможности, например возможность обрабатывать изделие сразу во всём объёме или избавиться от движущихся деталей, которые делают конструкцию ненадёжной.

Грубый механический способ разделения объекта на части с помощью топора (ножа, пилы) заменяется на разделение лучом лазера. Основной выигрыш – возможность выполнить очень тонкий и чистый разрез сложной формы, в том числе в твёрдом материале.

Механический движитель самолёта – пропеллер – заменяется реактивным движителем. Управление рабочим телом осуществляется теперь на микроуровне – нагреванием газа.

В современной ТРИЗ законы развития ТС претерпели существенные изменения и дополнения. Это неудивительно – ведь классическая ТРИЗ сформировалась в основном 30–20 лет назад. Сегодня на базе ЗРТС построены инструментальные методы, позволяющие вести практическую работу.

Могут ли нарушаться законы развития ТС?

– Существуют общие законы природы, например закон сохранения энергии. Такие законы невозможно нарушить. Но есть и другой класс законов – законы, установленные обществом: государственные законы, уголовный кодекс, правила дорожного движения и многие другие. В отличие от законов природы эти законы могут нарушаться, но за нарушением следует наказание.

Законы развития ТС тоже могут нарушаться. Никто не обязывает фирму, выпускающую некую продукцию, следовать этим законам. Однако нарушение законов приведёт к тому, что характеристики выпускаемой продукции будут хуже, чем в случае их соблюдения. Легко представить себе, например, нарушение закона энергетической проводимости. В этом случае часть энергии будет теряться, в результате понизится производительность, повысится себестоимость и т. д.

Упражнение 11

1. К закону увеличения идеальности.

Первые океанские нефтеналивные суда (танкеры), построенные ещё в конце XIX века, имели водоизмещение от 3 тыс. тонн. С тех пор водоизмещение танкеров неуклонно растёт: 1939 г. – «Эмиль Минье» – 30 тыс. т; 1956 г. – «Юнигерс Аполло» – 109 тыс. т; 1973 г. – «Глобтик Токио» – 550 тыс. т; 1980 г. – «Сиуайз Джаэнт» – 640 тыс. т.

Докажите, что эти данные не противоречат закону возрастания идеальности[17]17
  Ответ в приложении 1.


[Закрыть].

2. К закону полноты частей системы.

• Определите полноту частей кондиционера. Какие элементы выполняют функцию трансмиссии?

• Рассмотрите телевизор как систему, состоящую из двигателя, трансмиссии, рабочего органа и системы управления. Определите, какие подсистемы выполняют функцию каждого из функциональных блоков.

3. К закону энергетической проводимости.

• Рассмотрите систему «продовольственный магазин» и проследите в ней потоки следующих объектов: а) деньги, б) покупатели, в) молоко, г) живая рыба, д) вода, е) электричество.

• Определите основные потоки в системе «пассажирский вагон».

• Определите в системе «электродрель ручная» все энергетические и информационные потоки.

4. К закону согласования ритмики.

Как проявляется закон согласования ритмики в таких системах, как бритва, железнодорожное полотно, кинотеатр, велосипед, контрольная работа по математике?

Приложения

Приложение 1
Ответы к упражнениям

Упражнение 1

• Оставляет след на поверхности бумаги путём доставки к ней красящего вещества с помощью пишущего узла – вращающегося в трубке шарика.

• Уменьшает затраты энергии на перемещение путём вращения колеса на оси с малым трением.

• Защищает внутренние устройства и экипаж от попадания пуль/снарядов путём изменения их траектории и скорости движения.

• Размягчает мясо путём нанесения ударов по его поверхности.

Упражнение 11

1. Закон возрастания идеальности выполняется:

• снижается отношение массы корпуса к тонне перевозимого груза;

• увеличение размеров современного танкера на 25 % обеспечивает прирост грузоподъёмности почти на 95 %;

• грузоподъёмность растёт быстрее, чем стоимость постройки;

• не нужно увеличивать мощность силовой установки пропорционально полной массе судна для достижения той же скорости;

• оборудование почти одинаково как для большого, так и для малого судна;

• размер команды практически такой же.

Приложение 2
Сборник изобретательских ситуаций для самостоятельной работы

№ 1. Городские сады

Современные города – это бетон и асфальт. Земля (площадь) в городах очень дорога, поэтому места для необходимых человеку зелёных насаждений всегда меньше, чем хотелось бы.

Сделайте предложения для архитекторов, как решить эту проблему.

№ 2. Антиантирадар

Любители превышать скорость избегают столкновения с законом с помощью антирадаров. Если машина попадает в «поле зрения» полицейского радара, антирадар подаёт сигнал и нарушитель резко притормаживает.

Как, не запрещая антирадаров законом, повысить эффективность действий против лихачей?

№ 3. Светофоры для дальтоников

Около 8 процентов мужчин – дальтоники, то есть не различают или плохо различают цвета. В большинстве стран таким людям не дают водительских прав. Причина в том, что эти люди не могут различать сигналов светофора.

Предложите конструкцию светофора, которая решила бы эту проблему.

Проанализируйте достоинства и недостатки вашей конструкции.

Постройте дерево целей по внедрению вашей конструкции в жизнь.

№ 4. Фура под мостом

На автостраде грузовая фура застряла под мостом. Скорость машины была большой, и она оказалась «вбита» под мост почти до середины. Своим ходом выбраться невозможно. Да и тросом вытянуть не получается. А груз – живые кони. Ситуация сложная: фура загородила проезд, образовалась «пробка», кони нервно бьют копытами.

Найдите выход в этой ситуации.

№ 5. Старинные часы

В одном из музеев установлены старинные часы, которые ходят без подзаводки уже почти два столетия.

Как это удалось? Предложите максимум вариантов решения задачи.

№ 6. Испытание давлением[18]18
  Текст предоставлен Т. Подшибловым.


[Закрыть]

В лаборатории испытывают надувные камеры, которые должны выдерживать высокое давление. Некоторые камеры на пике давления лопаются, при этом происходит перепад давлений, характерный для взрыва, что небезопасно. Необходимо оставить испытания, но сделать их безопасными.

Как?

№ 7.Мини-плотины[19]19
  Текст предоставлен В. Марченко.


[Закрыть]

Геологи, которые ставили свои временные палаточные лагеря высоко в горах, далеко от дорог и жилья, брали с собой небольшие переносные турбины. Такие турбины умещаются в рюкзаках и легко устанавливаются в любом месте, на любой реке и дают электроэнергию для освещения. Но для эффективной работы даже такой маленькой турбины одного течения реки недостаточно – лучше, если вода падает на лопатки турбины сверху, то есть нужна плотина. Однако времени для её возведения у геологов нет, да и плотина нужна временная.

Как быть?

№ 8. Как спрятать озеро?[20]20
  Текст предоставлен Е. Долгалёвым.


[Закрыть]

Птицы являются источником постоянных хлопот для персонала аэропортов – их необходимо отгонять от зон, в которых проходит посадка или взлёт самолётов. В частности, мешают водоплавающие птицы, которые могут селиться на небольших озерцах и болотцах вокруг аэропортов. Осушать эти водоёмы дорого. Добавлять в воду ядохимикаты неприемлемо – это удар по окружающей среде. Как же «объяснить» уткам и гусям, что в некоторых водоёмах селиться не надо?

Постойте причинно-следственную цепочку НЭ для этой ИС.

Какое можно найти решение?

№ 9. Ледовая хватка

Российские учёные, изучающие Арктику, организовывают палаточные городки на дрейфующих льдинах. Однажды возникла необходимость срочно эвакуировать учёных. Для этого решили послать специальный самолёт, который садится не на колёса, а на лыжи. Но опытный полярный пилот сообщил о довольно неприятной ситуации – во время посадки лыжа сильно нагревается из-за трения и после остановки самолёта может примёрзнуть к поверхности. Если под лыжей снег, это не так страшно. Но в этот раз посадка будет на чистый лёд, а значит, пока самолёт будет загружаться, лыжи примёрзнут, и самолёт не сможет взлететь. Обычно через некоторое время после посадки лыжу освобождают от ледового плена, но в данном случае на такую операцию времени не будет.

Как же быть?

№ 10. Испытания в агрессивной жидкости

В лаборатории возникла необходимость испытать подшипники в агрессивной жидкости. Чтобы они были в контакте со «свежей», то есть ещё не прореагировавшей, жидкостью, их решили вращать полностью погружёнными. При этом ёмкость для испытаний должна быть герметично закрыта. Сделали установку, чтобы передавать вращение валом, проведённым через отверстие с уплотнением в стенке. Но оказалось, уплотнение быстро теряет герметичность. Можно, конечно, сделать уплотнение из специальных материалов, – но это дорого, да и не быстро.

Как усовершенствовать установку для испытания подшипников?

Рис. 18

Рис. 19. Модель устройства для испытания подшипника в агрессивной среде с вращением подшипника через вал:

1 – корпус ячейки; 2 – агрессивная жидкость; 3 – уплотнитель, стойкий к агрессивной среде; 4 – вал; 5 – внутреннее кольцо подшипника; 6 – внешнее кольцо подшипника; 7 – «фиксатор» внешнего кольца подшипника

№ 11. Суд над знаменитостью

Телевизионный канал приготовился к трансляции заседаний суда над широко известным человеком. Но власти запретили доступ видео– и телекамер в зал заседаний. Тем не менее ТВ-канал нашёл способ, как показывать народу суд, не нарушая запрета.

Найдите такой способ и вы.

№ 12. Золото Юкона

Старый Билл с трудом тянул по апрельскому рыхлому снегу свои санки с солидным грузом золотых слитков прямо к берегу Юкона. Река оказалась значительно шире, чем это можно было представить, глядя на карту, – противоположный берег с трудом угадывался на фоне серого неба. Лёд уже не был таким надежным, как зимой. Он стал рыхлым, как бы состоящим из слабо спрессованных стеклянных иголок. Самого Билла с небольшой частью груза этот лёд выдерживал только на лыжах. Но чтобы не проваливались санки, из них пришлось выгрузить почти половину содержимого. Билл не знал, успеет ли он совершить два рейса. И его приводила в отчаяние мысль о том, что придётся оставить здесь целое состояние, добытое таким тяжёлым трудом, а самому уйти к далёкому противоположному берегу. Кстати, а что делать потом? Оставлять перенесённую часть золота на том берегу и идти обратно? Но здесь уже может ничего не оказаться, ведь следом идёт Верзила Джо, а на снегу следы от тайника не спрячешь… Билл подумал ещё и о том, что самое смешное будет, когда он несолоно хлебавши вернётся к первой части, оставленной на том берегу, и не найдет её тоже. Ведь никому, буквально никому нельзя доверять. Да, здесь можно было сойти с ума от отчаяния…

№ 13. Потерянный топор

После того как палатка была сложена и надёжно упакована, старина Билл по доброй ковбойской традиции присел перед дорожкой на нарты и принялся осматривать своё хозяйство. Важно было понять, не осталось ли что-нибудь на месте привала. Вроде бы всё было в порядке, но Билл всё же принялся привычно проборматывать названия наиболее важных предметов, составляющих его нехитрое хозяйство, вспоминая, куда он их уложил. И очень скоро понял, что не может найти топор. Ещё вчера вечером топор был, с его помощью были нарублены еловый лапник для ночлега, сучья для костра. Но сейчас топора уже нигде не было. Билл с тоской оглядел место своей стоянки. Глубокий снег в радиусе двадцати метров был словно перепахан – постарались лайки, которых он прикупил у владельца фактории. И где-то на дне этого снежного океана лежал такой нужный в дальних путешествиях предмет – топор. На поиски мог уйти целый день. Но терять его было никак нельзя – ровно через неделю Билл должен быть на пристани, а ходу туда на упряжке – ровно семь дней. Но и ночевать семь раз в тайге, не имея возможности срубить дерево для ночного костра – это безумие. Билл тяжело задумался…

№ 14. Билл и оловянная чума

Ближе к зиме, когда ручьи на Клондайке замёрзли, Билл засобирался на охоту. Он двинулся на северо-восток, переправился через широко разлившееся устье Маккенли и наконец добрался до берега Большого Медвежьего озера. Так далеко на север он не забирался ещё никогда. Места были самые подходящие. Представьте себе заснеженную равнину без конца и без края, глазу зацепиться не за что. Под снежным покровом, в слое ягеля, жили мириады леммингов. На них охотились тысячи песцов в прекрасных белых шубах. А на песцов охотился Билл. Выше Билла в этих местах уже никого не было. Кроме погоды.

Целыми днями Билл перемещался от ловушки к ловушке, ставил и снаряжал капканы, забирал из них свою добычу. Ближе к вечеру возвращался к своей палатке. Там у него был запас дров и продуктов. Конечно, увидеть на бескрайней равнине небольшой холмик, засыпанный снегом, было невозможно, но над складом торчала шестиметровая мачта с красным флажком наверху. Мачта состояла из нескольких прямых и толстых прутьев орешника, которые соединялись между собой оловянными муфтами. Каждый вечер Билл разбирал свою мачту, отсоединяя муфты, чтобы сделать из прутьев каркас для палатки. Белые блестящие муфты были предметом тайной гордости Билла – он сам их придумал и сам отлил прошлым летом, расплавив для этого имевшуюся у него оловянную миску и даже пожертвовав для этого оловянные пуговицы со своих брюк и рабочих штанов. Пуговицы потом пришлось заменить на костяные, самодельные.

С такой мачтой поиск места ночёвки значительно упрощался. Но так продолжалось недолго. Однажды ночью ударил сильный мороз, термометр опустился до минус тридцати градусов по Фаренгейту, а утром, когда Билл после утреннего завтрака и чая, который он отхлёбывал прямо из котелка, приступил к сборке мачты, оказалось, что муфты исчезли. Ещё вечером они лежали, все четыре, в небольшом холщовом мешочке, но утром муфт в них не оказалось – мешочек оказался заполнен странным серым порошком. «Оловянная чума», – подумал Билл. Он что-то слышал про это явление – бывалые охотники говорили, что оловянные предметы рассыпаются в порошок при сильных морозах[21]21
  «Оловянная чума» – это фазовый переход, при котором плотное белое олово превращается в менее плотное серое, при этом рассыпаясь в порошок. Происходит при температурах ниже –33 градусов по Цельсию.


[Закрыть].

Теперь предстояло решить сложную проблему – как собрать мачту. Билл задумался. Привязывать один шест к другому кожаными шнурками, которые у него были, Билл не хотел. На морозе кожа затвердеет, и вечером шнурки придётся резать, а их запас не беспределен. Больше соединять шесты было нечем. А без мачты место стоянки не найти.

Нужно что-то придумать…

Приложение 3
ТРИЗ в системе методов проектирования

«Я не знаю ни одного другого подхода в изобретательстве, который бы предлагал такой богатый арсенал инструментов как для практического, так и для образного мышления».

George Prince, один из основателей корпорации Synectics, Inc.

«Методология ТРИЗ очень быстро ведёт вас к многообещающим решениям. Она более системна и более научна, чем традиционные подходы мозгового штурма».

Dr. Douglas Partridge, Rockwell International

«Этот новый метод решения задач может стать важной инновацией в области исследований и развития – нашего главного оружия против конкурентов. Я настоятельно рекомендую использовать методологию ТРИЗ всем, кто хочет улучшить положение своей компании».

Ray Ogle, вице-президент компании Johnson & Johnson

«Методология ТРИЗ изменит основу конкуренции. Это один из новых необыч ных инструментов, который в будущем будет необходим для успеха».

Richard Hay, компания 3М

«Альтшуллер дал нам этот инструмент – лучший из всего, что я видел. Эта методология позволит вам изобретать, придумывать новые вещи, новые концепции, новые решения для старых проблем. <…> ТРИЗ позволяет вам не быть более ограниченным в идеях, освободить ваш мозг для еще более важных проблем будущего».

Д. Кларк, ведущий эксперт по инновациям в компании «Эмерсон Электрик»

Приложение 4
Триз в мире

Книга «ТРИЗ для 6 сигма», изданная в США. «Шесть сигм» – это подход, стремящийся найти и исключить причины ошибок или дефектов в бизнес-про цессах путем сосредоточения на тех выходных параметрах, которые оказываются критически важными для потребителя.

Книги основоположника ТРИЗ Генриха Альтшуллера были изданы во многих странах мира.

Мировые корпорации из списка «Fortune-500», которые пользовались услугами ТРИЗ-специалистов.