Текст книги "Инновации. Бизнес. ТРИЗ. Теория решения изобретательских задач"

Как определить степень готовности яиц во время их варки?

Анализ задачи

Используем прием 32. Принцип изменение окраски.

Решение

Яйцо красят термочувствительной краской. По мере готовности будет появляться надпись «всмятку», «в мешочек», «крутое».

На этом принципе создали устройство, которое постепенно меняет цвет от оранжевого до белого с краев до середины (рис. 1.69). Компания Bradex создала целый рынок с помощью данной инновации.

Рис. 1.69. Варка яиц

Задача 1.42. Лодка

Условия задачи

Когда люди катаются на лодке, то им трудно наблюдать что происходит под водой.

Как быть?

Анализ задачи

Используем прием 32. Принцип изменение окраски.

Решение

Создали прозрачную лодку, в которой легко видеть, что творится под водой прямо под их ногами (рис. 1.70). Небольшая инновация, которая привела к большому притоку туристов.

Рис. 1.70. Прозрачная лодка

Дополнительные примеры на приемы устранения противоречий можно посмотреть в книге «Универсальные приемы разрешения противоречий»3737
  Петров Владимир. Универсальные приемы разрешения противоречий: ТРИЗ / Владимир Петров. [б. м.]: Издательские решения, 2018. – 282 с. – ISBN 978-5-4493-1445-1


[Закрыть].

1.8.2. Сочетание приемов

Как правило, наиболее сильные решения получаются сочетанием различных приемов. Приведем примеры только на сочетание некоторых приемов.

Пример 1.81. Напильник

Японский изобретатель Хабаро Такэси предложил делать напильник из набора плоских элементов типа ножовочных полотен. Такой напильник можно легко разобрать, при этом он очищается от опилок, после сборки он снова готов к работе. Чаща всего, напильники не чистили, а выбрасывали. Такое решение, позволяет экономить деньги на покупке новых напильников. При этом разрешается противоречие свойств– зубья напильника должны находиться БЛИЗКО друг от друга, чтобы можно было им работать, и должны находиться ДАЛЕКО друг от друга, чтобы не забиваться опилками.

Напильник сначала раздробили на отдельные полотна (принцип дробления), потом объединили (принцип объединения).

В решении использован прием-антиприем «Принцип дробления – объединения».

Пример 1.82. Бургерная

Американская компания Impossible Foods делает искусственные бургеры со вкусом, видом и запахом мяса без капли настоящего мяса. Так как в мире появляется все больше и больше вегетарианцев, компания и сами бургеры пользуются большой популярностью. Торговая сеть компании насчитывает несколько тысяч точек продажи бургеров, так же растут продажи в торговых сетях (например, Уолмарт). Так же компания Impossible Foods планирует стать публичной и продавать свои акции на бирже. Примерная стоимость компании оценивается в 10 млрд долларов США.

В решении использованы приемы «Принцип копирования» и прием «Обратить вред в пользу».

Пример 1.83. Французское вино J. P. Chenet

Однажды французскому королю Людовику XIV подали к обеду бутылку красного вина от винодела Шене. Вино было превосходно, а вот бутылка кривовата. Людовик рассердился и велел доставить винодела Шене в Лувр.

– Что такое, господин Шене? – спросил Людовик, ткнув пальцем в кривую бутылку.

– Она склоняется перед блеском Вашего Величества, тут же нашелся хитрый винодел.

Людовик оценил находчивость придворного и щедро наградил его. С тех пор все вина Шене разливают в такие бутылки (рис. 1.71).

Сама бутылка симметричная, а горлышко – не симметричное.

Использован прием—антиприем «Принцип симметрии – асимметрии».

Рис. 1.71. Французское вино Шене

Дополнительные примеры на приемы можно посмотреть в [9, 10].

1.9. Закономерности эволюции систем

1.9.1. Структура закономерностей эволюции систем3838
  Более детально о законах и закономерностях развития систем изложено в книгах: Петров Владимир. Законы развития систем: ТРИЗ. Изд. 2-е, испр. и дополненное / Владимир Петров. [б. м.]: Издательские решения, 2018. – 894 с. – ISBN 978-5-4490-9985-3
  Петров Владимир. Законы и закономерности развития систем. Книга 1. / Владимир Петров. [б. м.]: Издательские решения, 2020. – 248 с. – ISBN 978-5-0051-5727-0 (т.1), ISBN 978-5-0051-5728-7
  Петров Владимир. Законы и закономерности развития систем. Книга 2. / Владимир Петров. [б. м.]: Издательские решения, 2020. – 150с. – ISBN 978—5 – 0051-6003-4 (т.2), ISBN 978-5-0051-5728-7
  Петров Владимир. Законы и закономерности развития систем. Книга 3. / Владимир Петров. [б. м.]: Издательские решения, 2020. – 310 с. – ISBN 978—5 – 0051-6086-7 (т.3), ISBN 978-5-0051-5728-7
  Петров Владимир. Законы и закономерности развития систем. Книга 4. / Владимир Петров. [б. м.]: Издательские решения, 2020. – 350 с. – ISBN 978—5 – 0051-6373-8 (т.4), ISBN 978-5-0051-5728-7


[Закрыть]

Закономерности эволюции систем предназначены для улучшения, совершенствования существующих систем. Они показывают общее направление развития систем и тенденции их изменения.

Основные из закономерностей эволюции систем, следующие (рис. 1.72):

– закономерность увеличения степени идеальности;

– закономерность увеличения степени управляемости и динамичности;

– закономерность увеличения степени согласования;

– закономерность перехода в надсистему;

– закономерность перехода на микроуровень;

– закономерность свертывания;

– закономерность сбалансированного развития систем.

Рис. 1.72. Структура закономерностей эволюции систем

Общее направление развития систем определяется закономерностью увеличения степени идеальности. Это самая главная закономерность эволюции систем.

1.9.2. Закономерность увеличения степени идеализации системы

Закономерность увеличения степени идеальности заключается в том, что любая система в своем развитии стремится стать идеальнее.

1.9.2.1. Виды степеней идеализации системы

Условно можно выделить четыре степени идеализации системы.

1. Появляться в нужный момент в нужном месте по требуемому условию.

2. Самоисполнение.

3. Идеальная система – это функция.

4. Функция становится ненужной.

Система появления в нужный момент в нужном месте по требуемому условию.

Идеальная система должна появляться в нужный момент в необходимом месте или при необходимом условии и нести полную (100%) расчетную нагрузку.

В остальное (не рабочее) время этой системы быть не должно (она должна исчезнуть) или выполнять другую полезную работу (функцию).

Появляться в нужный момент в нужном месте по требуемому условию

Пример 1.84. Остановка крови

Внутренние кровотечения в полевых условиях практически невозможно остановить. Это часто приводит к смертельным исходам. Особенно это важно во время ведения боевых действий.

Американские ученые разработали технологию DBAC (Deep Bleeder Acoustic Coagulation), позволяющую быстро свертывать кровь путем нагрева до температуры свертывания (от 70° C до 95° C) под воздействием ультразвука.

Обнаружение кровотечения осуществляется с помощью эффекта Доплера.

Для обнаружения кровотечения прибор подает ультразвуковые импульсы и в месте кровотечения наблюдает максимальное смещение частоты сигнала. Так локализуется место кровотечения.

Ультразвуковые волны воздействуют только на пораженный участок и совершенно не влияют на работу расположенных рядом органов.

Пример 1.85. Печать по требованию (Print-on-Demand)

Традиционно книги печатают офсетным способом. Это очень производительная и качественная печать. После этого продукцию необходимо доставить в необходимую страну на конкретный склад, где она хранится до тех пор, пока не будет вся распродана.

Идеально, что бы печаталось только необходимое в данный момент количество экземпляров и в нужном месте.

С появлением цифровой печати стало возможным печатать продукцию по требованию. Эта технология получила название Print-on-Demand. Это высококачественная печать, позволяющая выпустить даже одну книгу. Продукция не хранится на складах, а сразу поступает к заказчику.

Предмет должен появиться только в нужный момент в необходимом месте.

Можно использовать убирающиеся, складные, надувные, заменяемые и съемные предметы или их части. Они не занимают лишнее место и «появляются» в момент, когда они нужны.

Идеальная информация появляется в нужный момент в нужном месте, без затрат времени и усилий на ее поиск.

Самоисполнение

Идеальная система должна выполнять все процессы (действия) самостоятельно (САМА) без участия человека.

Пример 1.86. Каменщики в Петербурге

Для строительства Петербурга не хватало каменщиков. Они не хотели ехать в далекую новую столицу.

Царь Петр I издал указ об освобождении петербургских каменщиков от податей, но эта мера не помогла.

Каменщики сами по собственному желанию должны прибыть на строительство Петербурга.

Петра I издал другой указ, запрещающий возводить во всей России «всякое каменное строение какого бы имени не было, под страхом разорения всего имения и ссылки». Каменные здания стали возводиться только в Петербурге, что и вызвало приток каменщиков.

Достаточно много систем, в названии которых есть слово «САМ» – без непосредственного участия человека. Уменьшение участия человека в работе системы осуществляется с помощью механизации, автоматизации и кибернетизации, в частности, компьютеризации.

Механизация труда позволяет облегчить выполнение отдельных операций, повысить их производительность и точность изготовления. Создаются специализированные инструменты, приспособления и механизмы.

Пример 1.87. Одевание автомобильных шин на конвейере

Одна из операций при сборке автомобилей – одевание колес. Конвейер находится на определенной высоте, для удобства сборки. При одевании колеса на вал, его нужно или поднимать вручную, или иметь специальное устройство для его поддержания, что требует дополнительных затрат.

Колесо должно подниматься САМО.

Колесо размещают на тележке сверху (рис. 1.72а). Когда необходимо надевать колесо, рабочий нажимает кнопку, тележка наклоняется, колесо падает вниз (рис. 1.73б), ударяется о пол, подскакивает (САМО поднимается). Когда колесо оказывается на уровне оси, рабочий направляет колесо на ось.

Рис. 1.73. Одевание автомобильных шин

Механизация процесса избавляет человека от выполнения физического труда. Все операции выполняются самостоятельно. Человек выполняет только функции управления или вообще не касается этого процесса.

Следующий уровень – использование программ.

Пример 1.88. Стиральная машина

Стиральная машина САМА (по программе) выполняет необходимую работу.

Более высокий уровень автоматизации – использование эффектов.

Пример 1.89. Самомоющееся стекло

В английской компании Pilkington создали первое в мире оконное стекло, которое само себя очищает от грязи, разрушая органическую грязь, используя солнечный свет и дождевую воду. Его назвали Pilkington Activ.

Уничтожение грязи ведется непрерывно, а ее смыв происходит тогда, когда идет дождь, или при омовении стекла водой из шланга.

В наружной поверхности стекла вмонтирована тонкая прозрачная пленка из двуокиси титана (диоксида титана – TiO₂). Под действием света происходит фотокаталитический процесс, который разрушает грязь. TiO₂ – белый порошок, поэтому чтобы пленка была прозрачной ее сделали толщиной 15 микрон. Чтобы грязь не приставала к стеклу его поверхность сделали гидрофобной. Использованы физические эффекты – фотокаталитический и гидрофобный.

Стекло обладает эффектом зеркала и имеет синеватый отлив.

Наиболее дешевый способ идеализации – использование ресурсов.

Пример 1.90. Капсульная эндоскопия

Эндоскопия – способ осмотра некоторых внутренних органов при помощи эндоскопа. Эндоскоп представляет собой прибор, имеющий камеру, которая с помощью волоконной оптики передает изображение на экран монитора. Продвижение камеры осуществляется врачом.

Выпускается капсула, позволяющая исследовать тонкий кишечник. Такую капсулу проглатывают, и она САМА посредством перистальтики кишечника передвигается по желудочно-кишечному тракту и передает изображение тонкого кишечника посредством датчиков. Информация записывается на специальном приборе, который вешается на пояс пациента с помощью специальной сумки. Пациент не ощущает никаких неудобств и неприятных ощущений, которые происходят при традиционной эндоскопии.

Кибернетизация труда избавляет человека от управления процессом. Более высокие степени кибернетизации – автоматизация (компьютеризация) мыслительной деятельности. Иногда этот процесс называют интеллектуализацией.

В качестве примеров можно привести шахматные компьютерные программы, программы переводчики текстов на различные языки, экспертные системы и системы искусственного интеллекта и т. д.

Идеальная информация должна появляться САМА, без затрат времени и усилий на ее поиск.

Пример 1.91. Автоматизация

Примером могут быть решения по роботизации бизнес-процессов. Сейчас многие компании используют решения по роботизации (или автоматизации) своих процессов3939
  URL: https://www.tadviser.ru/index.php/Продукт:UiPath_Platform


[Закрыть]. Например бухгалтерия, или торговля акциями уже выполняются роботами. Даже робот-пылесос (Рис. 1.74), впервые представленный компанией iRоbot, так же является примером выполнения функции без участия человека.

Рис. 1.74. iRоbot

Идеальная система – функция

Идеальной системы быть не должно, а ее работа должна выполняется как бы сама собой, по мановению волшебной палочки.

Функция должна выполняться без средств

Идеальная система – это система, которой не существует – ее нет, а ее функции выполняются в нужный момент, в необходимом месте или при необходимом условии (причем в это время система несет 100% расчетную нагрузку), не затрачивая на это вещества, энергии, времени и финансов.

Главный конструктор танка Т-34 М. И. Кошкин говорил: «Самая лучшая деталь в танке та, которой в нем нет! Действительно – она уж точно не сломается и не сгорит…».

Таким образом, идеальная система должна выполнять полезные функции в нужный момент времени, в необходимом месте, по необходимому условию, иметь нулевые затраты и не иметь нежелательных эффектов.

Использование информации не относится к затратам, если она не требует финансовых затрат. Система тем идеальнее, чем больше она использует бесплатной информации.

Тенденция: материальная система заменяется виртуальной или программным обеспечением.

Пример 1.92. DVD ROM

Сегодня в квартирах часто имеется несколько компьютеров, которые объединяют в единую местную сеть. Тогда встает вопрос, как сэкономить на отдельных частях компьютеров, например, не покупать для каждого компьютера DVD ROM.

Идеальный DVD ROM – это отсутствующий DVD ROM, который выполняет его функцию.

Использование виртуального DVD ROM за счет программного обеспечения, которое имеется в операционной системе, например, в Windows эта операция называется «подключение сетевого диска». Таким же образом можно подключать дополнительный жесткий диск с другого компьютера, находящегося в местной сети.

Пример 1.93. Идеальная клавиатура компьютера

Клавиатуры быть не должно, а ее функция должна остаться. Клавиатуру проецируют на ровную поверхность, например, письменный стол. Нажатие клавиши определяется по пересечению пальцем определенного луча, проецирующего изображение.

Виртуальная клавиатура имеется в планшетах и смартфонах.

Другое решение подавать все команды голосом, которые с помощью компьютерной программы распознаются (voice recognition).

Еще один проект (Project Soli) представляет собой чип, помогающий управлять любыми устройствами, не касаясь их. Трехмерное движение кисти и пальцев воспринимаются с помощью радара. Размеры чипа небольшие (5х5мм), что позволит встраивать его даже в небольшие гаджеты, браслеты или смарт-часы.

Пример 1.94. Идеальный экран

Идеальный экран для проектора – это его отсутствие (его быть не должно), а функция должна выполняться.

Можно использовать стену (лучше белого цвета) или доску, на которой пишут фломастерами. Тогда появляется еще дополнительный эффект – на отображаемую картину можно наносить изображения при помощи фломастеров.

Пример 1.95. Виртуальная платежная карта

Виртуальная платежная карта и система Apple Pay. Не нужно носить с собой карту или наличные деньги, которые можно потерять. В момент, когда необходимо совершит оплату, карта появляется в телефоне, то есть функция выполняется без средств (Рис. 1.75).

Рис. 1.75. Система Apple Pay

Пример 1.96. Цифровой банк

Цифровой банк не имеет отделений и помещений. Самого банка физически нет. Пользователь получает все банковские услуги через специальное приложение на смартфоне. Пример mono банк4040
  https://monobank.org.ua


[Закрыть].

Пример 1.97. Криптовалюта

Для оплаты, перевода, получения криптовалюты (например, биткоина) не нужна даже лицензия регулятора. Скачиваете приложении – крипто-кошелек, покупаете криптовалюты через биржу и осуществляете операции. Все больше и больше компаний принимают оплату в криптовалюте4141
  https://www.rbc.ru/crypto/news/5c654b179a79472c255271aa


[Закрыть].

Таким образом, идеальная система должна выполнять полезные функции в нужный момент, в необходимом месте или при необходимом условии, иметь нулевые затраты и не иметь нежелательных эффектов.

Использование информации, если она не требует финансовых затрат, не относится к затратам. Система тем идеальнее, чем больше она использует бесплатной информации.

Идеальная информация – информация которой нет, а выполняется только ее функция – действие, процесс, который должен происходить с использованием данной информации. Например, принято решение, для которого собиралась данная информация.

Пример 1.98. Дорожная полиция

Функции дорожной полиции, которая контролирует скорость автомобилей и другие правила дорожного движения, становятся не нужными, так как эти функции уже выполняет система видеонаблюдения, которая контролирует не только правила дорожного движения, но и еще выставляет автоматически штрафы и смотрит за общественным порядком. Более того система штрафует нарушителей. Бизнес-модель в том, что компании ставят такую систему бесплатно и получают процент от штрафов. Таким образом затраты окупаются.

Рис. 1.76. Система видеонаблюдения

Тенденция: материальная система заменяется виртуальной или программным обеспечением.

Функция становится не нужной

Предельная степень идеализации – отказ от функции – функция становится не нужной.

Пример 1.99. Процесс мытья посуды

Раньше посуду мыли вручную. Особо грязные места приходилось долго оттирать щеткой. При этом полированная посуда царапалась.

Затем развитие этого процесса осуществлялось в нескольких направлениях. Например, появились различные моющие средства, убыстряющие и улучшающие процесс мытья. После нанесения таких средств нужно только смыть грязь.

Создали посудомоечную машину. Она САМА моет посуду (самоисполнение).

Появилась одноразовая посуда. Стал не нужен ни процесс мытья, ни сама функция – очистка посуды. Таким образом, процесс мытья стал идеальным – он перестал существовать.

Но необходимо собрать грязную одноразовую посуду и выбросить ее. Идеальнее не делать и этот процесс – избавиться и от этой функции. Можно посуду сделать съедобной, например, положить ее в питу, багет, капустный лист и т. п. имеется и другая съедобная посуда, например, тарелки, вилки и ложки, чашки и т. д.

Предельная степень идеализации – функция становится не нужной.

Один из вариантов – это выполнение более общей функции.

Идеальная информация – нет потребности в данной информации. Например, нет потребности в принятии решения, для которого собиралась данная информация.

Описанные выше, степени идеализации характерны не только для системы, но и для вещества, формы и процесса.

1.9.3. Закономерность увеличения степени управляемости

Развитие системы идет в направлении увеличения степени управляемости.

Система может быть управляемой тогда и только тогда, когда она содержит в себе элементы с связи между ними, способные воспринимать управляющие сигналы, преобразовывать их в управляющие воздействия и адекватно воспринимать информацию о внутренних изменениях в системе и внешних воздействиях на нее. Это свойство часто называют отзывчивостью.

Общая тенденция увеличения степени управляемости (рис. 1.77) – переход от – до:

– неуправляемой к управляемой системе;

– неавтоматического (ручного) управления к автоматическому;

– проводного управления к беспроводному;

– непосредственного управления к дистанционному;

– центрального управления к распределенному и самоорганизующемуся управлению (управление сетями).

Рис. 1.77. Общая тенденция увеличения степени управляемости

Пример 1.100. «Умное сельское хозяйство»

Когда используются датчики для анализа почвы, данные об осадках и далее система автоматически принимает решение о поливе или распределении удобрений с помощью БПЛА (беспилотного летательного аппарата). Так же используются роботизированные машины (комбайны, посевные), которые передвигаются с помощью GPS навигации. Таким образом значительно повышается количество и качество урожая, что ведет к увеличению прибыли4242
  https://iot.ru/wiki/umnoe-selskoe-khozyaystvo


[Закрыть].

Закономерность увеличения степени управляемости также называют закономерностью вытеснения человека из системы, так как увеличение управляемости системы уменьшает степень участия человека в работе системы.

Вытеснение осуществлялось на протяжении всей истории развития человечества.

Первоначально вытеснение осуществлялось на уровне рабочего органа – руки и ногти были заменены острым камнем или рогом, которым первобытный человек, например, обрабатывал землю. На следующем этапе заменяли и некоторые связи или преобразователи – камень привязали к палке. Далее постепенно происходили этапы механизации, автоматизации и, начиная с 20 века, этап кибернетизации.

Этап механизации начинался с примитивных приспособлений, затем вытеснения человека на уровне двигателя – человек воспользовался природными силами (ветром, силой падающей воды и т. д.) и животными в качестве двигателя.

Следующий этап развития – замена человека на уровне системы управления. Этот этап начинался с примитивных, а затем сложнейших механических автоматов, далее автоматика была электромеханическая, электрическая и электронная.

Этап кибернетизации и интеллектуализации характерен для сегодняшнего дня.

Это осуществляется с помощью (рис. 1.78):

– механизации;

– автоматизации;

– кибернетизации (интеллектуализации).

Рис. 1.78. Уменьшение участия человека в работе системы

Пример 1.101. Зонтик

Родиной зонтика исторически считают Китай, Египет или Индию, где он, являлся привилегией царей и вельмож. Изобретение датируется XI веком до нашей эры. Первоначально он применялся исключительно в качестве защиты от солнца, и весил более 2 кг, а длина ручки была около 1,5 м.

Первые зонты имели недостаток – они не были складными, т. е. имели только одно устойчивое состояние – открытое. Соответственно, это была неуправляемая система – независимо от наличия дождя или прямых солнечных лучей зонтик сохранял свои внушительные размеры.

Автоматическое управление – это совокупность действий, направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта без непосредственного участия человека в соответствии с заданной целью управления.

Пример 1.102. Фотоаппарат

Первые фотоаппараты имели ручное управление. С появлением электроники некоторые операции были автоматизированы. Полный переход к автоматизированному управлению произошел с появлением цифровых камер. Сегодня цифровая камера имеется в любом смартфоне или планшете.

Это пример перехода от неавтоматического к автоматическому управлению.

Рис. 1.79. Увеличение степени управляемости фотоаппаратом – переход от неавтоматического к автоматическому управляемому фотоаппарату

Тенденция перехода от неуправляемой к управляемой системе показана на рис. 1.80. Она представляет собой переход:

от неуправляемой системы к управлению по разомкнутому контуру, затем к переходу к системе с обратной связью, к адаптивной (самонастраивающейся) системе, к самообучаемой и самоорганизующейся системе и, наконец, к саморазвивающейся и самовоспроизводящей системе.

Рис. 1.80. Переход от неуправляемой системы к управляемой

Управление по разомкнутому контуру осуществляется без знаний о текущем состоянии объекта управления. При таком управлении чаще всего управление ведется по жесткой программе, без анализа каких-либо факторов в процессе работы, либо измеряют и компенсируют главные из возмущений.

Для этого вида управления характерно отсутствие обратной связи, с помощью которой можно получить информацию о том, что происходит в объекте управления.

Структурная схема системы управления по разомкнутому контуру показана на рис. 1.81. Устройство управления воздействует на объект управления по программе, находящейся в задающем устройстве. На объект управления могут воздействовать возмущения. Некоторые системы по разомкнутому контуру измеряют главные из возмущений и компенсируются.

Рис. 1.81. Система управления по разомкнутому контуру

Этот вид управления достаточно примитивен, но часто исполнительные устройства просты, надежны и дешевы. По такому принципу работают примитивные автоматы и конвейерные линии.

Условия предпочтения управления по разомкнутому контуру управлению по замкнутому контуру:

– не нужны высокоточные операции;

– система может работать удовлетворительно без гарантии изменений, которые происходят в объекте управления.

Пример 1.103. Стиральная машина

Переключение команд в стиральной машине осуществляется по определенной программе.

Система с обратной связью представляет собой систему, работающую по замкнутому контуру. В такой системе осуществляется регулирование по отклонению, а цепь прохождения сигналов образует замкнутый контур, включающий объект управления и управляющее устройство.

Структурная схема системы управления с обратной связью показана на рис. 1.82. Устройство управления воздействует на объект управления посредством сигнала (управляющего воздействия) в соответствие с ошибкой управления, которая вырабатывается в результате сравнения сигнала обратной связи с задающим воздействием. На объект управления могут воздействовать возмущения.

Рис. 1.82. Система управления с обратной связью, где крестик в кружочке – сумматор

Обратная связь – это процесс, приводящий к тому, что результат функционирования какой-либо системы влияет на параметры, от которых зависит функционирование этой системы. На вход системы подается сигнал, являющийся функцией выходного сигнала. Часто это делается преднамеренно, чтобы повлиять на динамику функционирования системы.

Различают положительную и отрицательную обратную связь.

Отрицательная обратная связь – это тип обратной связи, при которой входной сигнал системы изменяется таким образом, чтобы противодействовать изменению выходного сигнала. Отрицательная обратная связь компенсирует отклонения управляемой величины от желаемых значений вне зависимости от причин, вызвавших эти отклонения. Таким образом, на вход системы подается инвертируемый выходной сигнал, сигналы вычитаются, уменьшая ошибку управления.

Отрицательная обратная связь делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров.

На рис. 1.83 затемненная часть сумматора обозначает, что он является инвертором (сигнал вычитается).

Рис. 1.83. Система управления с отрицательной обратной связью

Примером отрицательной обратной связи является любая система автоматического управления и регулирования, следящая система.

Пример 1.104. Машина с автопилотом

Например, машины Тесла с автопилотом, которая прошла все этапы перехода. На промежуточных стадиях внедрялись дополнительные решения: система экстренного торможения, система считывания дорожной разметки и распознавания движущихся объектов4343
  https://www.ixbt.com/news/2020/12/20/avtopilot-po-podpiske-on-pojavitsja-v-jelektromobiljah-tesla-uzhe-v-nachale-2021-goda.html


[Закрыть].

Рис. 1.84. Машина с автопилотом

Пример 1.105. Терморегуляция

Повышение (или понижение) температуры тела человека регистрируется терморецепторами в коже и гипоталамусе, вызывая в мозге сигнал отрицательной обратной связи, вызывающий понижение (или повышение) температуры.

Эффективность управления повышается, если управление осуществляется не только по управляемой величине, но и по ее производным и интегралу.

Производная позволяет раньше реагировать на изменение управляемой величины, а интеграл позволяет учесть предыдущие изменения.

Положительная обратная связь – это тип обратной связи, при которой изменение выходного сигнала системы усиливается за счет складывания с входным сигналом, способствуя дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения.

Системы с сильной положительной обратной связью неустойчивы, в них возникают незатухающие колебания (автоколебания).

Положительная обратная связь используется, например, в усилителях, генераторах, переключателях и т. п.

Пример 1.106. Возбуждение

Реакция возбуждения нервной системы является примером положительной обратной связи. Если не срабатывает отрицательная обратная связь, то организм перевозбуждается, что может привести к болезням или летальному исходу.

Вместе с тем положительная обратная связь выводит организм из застоя – переводит его на новый уровень, например, помогает в творчестве.

Пример 1.107. Инфляционные ожидания

В качестве примера положительной обратной связи рассмотрим проблему инфляционных ожиданий. Рост инфляционных ожиданий вынуждает людей делать больше покупок, чем необходимо. Увеличение спроса приводит к росту цен и усиливает инфляцию, что в свою очередь способствует повышению инфляционных ожиданий.

Самонастраивающаяся система – это система, в которой приспособление к случайно изменяющимся условиям обеспечивается автоматическим изменением параметров настройки или путем автоматического поиска оптимальной настройки. Самонастраивающуюся систему также называют адаптивной или самоприспосабливающейся.

В самонастраивающихся системах параметры меняются в более широком диапазоне по сравнению с обычными (не самонастраивающимися) системами, в которых осуществляется первоначальная настройка (создание определенных параметров) при разработке системы. Такие параметры влияют на устойчивость и качество процессов управления.

Самонастраивающаяся система сохраняет работоспособность даже в условиях непредвиденного изменения свойств управляемого объекта, цели управления или условий окружающей среды посредством смены алгоритмов своего функционирования или поиска оптимальных состояний.

Пример 1.108. Коммутатор

Коммутаторы предназначены для подключения и отключения входных сигналов. Они широко используются в серверах, чтобы повысить производительность пропускания каждого из каналов (портов). Каждый из портов имеет определенную скорость пропускания информации, что ограничивает общую производительность ее прохождения.

Компания IBM разработала коммутатор с самонастраивающимися портами способными автоматически выбирать наибольшую скорость пропускания информации без блокировки каналов.

Пример 1.109. «Умные» кроссовки

Компания Adidas создала кроссовки снабженными микропроцессорами, датчиками и микромотором (рис. 1.85). Кроссовок адаптируется под почву, меняя амортизационные характеристики подметки. Кроссовки сами приспосабливаются к габаритам бегуна и длине его шага, выбирают оптимальную упругость для любого покрытия – от твердого до пересеченной местности и от сухих улиц до влажного океанского берега. Вес кроссовок составляет 400 г, из которых на «электронно-мозговую» часть приходится всего 40 г. Через каждые 100 ч необходимо менять батарейку.

Рис. 1.85. «Умные» кроссовки

Самообучающаяся система – это система, алгоритм функционирования которой совершенствуется путем самообучения в процессе работы, улучшая функционирование системы.

Пример 1.110. Выявление подозрительного поведения

Ученые американского университета штата Огайо разрабатывают систему, которая сможет автоматически выявлять факты подозрительного поведения людей на улицах.

Самообучающаяся система сможет распознавать в видеопотоке странные действия людей и машин, отслеживать выбранные объекты и при необходимости информировать полицию или скорую помощь.

На протяжении нескольких месяцев она накапливает сведения о типовых маршрутах передвижения по контролируемой улице и способна, например, отличать граждан, спешащих на работу, от заблудившихся подростков.