Текст книги "Ресурсы. Аварийный анализ. Исследовательские задачи"

1.3. Количество ресурсов

Количество ресурсов в системе, по отношению к потребности в их, может быть достаточным для решения данной проблемы или недостаточным. Для оценки количества ресурса, мы пользуемся тремя категориями:

• неограниченный,

• достаточный,

• недостаточный.

Определение: Неограниченным называется ресурс, запасы которого многократно превышают потребности в нем.

Чем больше имеется ресурса, тем лучше, так как это означает, что у нас, при необходимости, есть резерв для развития системы.

Рис. 17. Железо-марганцовые конкреции

Пример

На дне Тихого океана скопилось около 100 миллиардов тонн железо-марганцевых конкреций – руды, в составе которой около 50 % марганца и 27 % железа. Это практически неограниченный ресурс руды для будущих поколений.

Пример-шутка

Работа не деньги – она никогда не заканчивается!

Определение: Если количество ресурса соответствует потребности в нем, то ресурс называют достаточным.

Пример

В садах или огородах, чтобы не носить воду из реки или колодца для полива растений и деревьев, часто бурят скважину, и из нее качают воду. Производительность такой скважины не очень большая, но ее вполне хватает, чтобы обеспечить садовый участок водой для хозяйственных нужд и полива огорода.

То есть ресурс достаточный.

Рис. 18. Скважина с ручным насосом

Пример-шутка

Туристы идут по уссурийской тайге. Из чащи выскакивает тигр.

– Без паники, тигр сыт! – спокойно говорит проводник.

– Откуда вы знаете?!

– Вы что, не заметили? Туриста Иванова уже полчаса нет!

Рис. 19. Уссурийский тигр

Определение: Ресурс, который по своим свойствам, функциям, назначению подходит для решения поставленной задачи, но его количества не хватает, чтобы полностью решить задачу, называется недостаточным.

Пример

В США активно развивается использование солнечных батарей, которые устанавливаются на крышах домов. Площади крыши вполне достаточно для установки 10–20 солнечных панелей, способных обеспечить электричеством дом, но… только летом, и только в солнечную погоду.

Ресурс недостаточный, поэтому зимой или в пасмурную погоду приходится «добирать» электроэнергию из сети. Но даже та энергия, которую получает хозяин дома, позволяет ему существенно сократить затраты на электричество.

Рис. 20. Дома с солнечными панелями

Пример-шутка

Греция кричала – приезжай загорать!

Париж кричал – приезжай фоткаться!

А зарплата сказала – иди за грибами, фантазерка!

Пример-шутка

На совещании в Госавтоинспекции:

– Квартальный план по штрафованию пьяных велосипедистов сорван! За 3 месяца, вместо запланированных трех тысяч, оштрафован всего один пьяный велосипедист! Это удар по бюджету!

– Так зима же, февраль месяц, мы в Мурманске…

Рис. 21. Так зима же, февраль месяц, мы в Мурманске…

Использование недостаточного ресурса менее желательно, чем других, поскольку или нет возможности полностью решить поставленную задачу, или необходимо создавать условия для накопления ресурса. То есть использовать дополнительное устройство.

Рис. 22. Ангел-хранитель

Пример-шутка

Памятка автомобилисту! Водитель, запомни: личный ангел-хранитель летает со скоростью не более 100 км/час.

1.4. Ценность ресурсов

Ресурсы для с технической системы имеют определенную ценность.

По ценности/стоимости для системы и пользователя – ресурсы делятся на полезные, нейтральные и вредные.

В каждой технической системе есть вредные отходы вещества и энергии. В самой системе могут оказаться вредно действующие на нее вещества и поля. Все это плохо влияет на работу системы и требует дополнительных затрат. Но если придумать, как эти вредные по отношению к системе вещества/поля/возможности использовать – они из вредных становятся полезными для технической системы ресурсами.

Таким образом, по отношению к системе потенциальные ресурсы изначально могут быть вредными, нейтральными и полезными. Разумеется, выгоднее всего использовать вредные ресурсы. С них и следует начинать анализ.

Определение: Потенциальные ресурсы называются вредными, если они вредно действуют на систему, или являются отходами системы, которые приходится утилизировать и нести из-за этого затраты.

Использование вредных потенциальных ресурсов очень эффективно, поскольку позволяет не только решить поставленную задачу или улучшить работу системы, но и снизить затраты на утилизацию отходов и борьбу с вредными факторами.

Пример

Американские исследователи обратили внимание на то, что свиной навоз богат маслами, похожими на нефть. Этого, к сожалению, недостаточно, чтобы получать бензин, но такое «сырье» подходит для производства асфальта. Расчеты показали, что стоимость получения битума из навоза будет составлять меньше 15 центов за литр. Такое сырье намного дешевле и экологичнее, чем вяжущие на основе нефти. Сейчас новый биоасфальт проходит испытания. Разработка имеет большое практическое значение, поскольку позволяет не только получать дешевый битум, но и нейтрализовать очень вредные отходы. По оценкам ученых ежегодно в мире производится 163 миллиарда (!) литров свиного навоза, оказывающего очень негативное влияние на природу. Это достаточно большие ресурсы.

В данном случае, речь идет об использовании «вредного» ресурса для получения полезного продукта.

Рис. 23. Свинья и горы свиного навоза

Пример

Каналы и пруды быстро зарастают травой, что совершенно недопустимо. Для борьбы с этим используют карпа и толстолобика. Их запускают в каналы и пруды, зарастающие травой. И рыбы быстро очищают водоемы и каналы, используя «вредный» ресурс, чтобы набрать товарный вес [4].

Пример

Это произошло в 1944 году. Фашисты, препятствуя действию советского флота, начали минировать порты Прибалтики. Со сторожевого катера наши моряки видели, как немецкие эсминцы, после установки очередной партии мин, ушли за следующей. Границу минного поля они отметили специальным буем. Но вооружение у катера слабое, воевать с эсминцами он, конечно, не может. Как быть? Просто сообщить разведданные командованию? И тогда командир катера Григорий Давиденко придумал, как использовать вредный ресурс – вражеские мины. Он передвинул буй, а когда эсминцы вернулись, то они подорвались на своих же минах [5].

Пример-шутка

После собеседования

– К себе на работу мы вас точно не возьмем. Но будем платить тройной оклад, если вы устроитесь на работу к нашим конкурентам!

Определение: Ресурсы, использование которых не влияет на экономические и технические характеристики системы, называются нейтральными.

Пример

В зоне ветров используются ветрогенераторы. Это природный ресурс, использование которого никак не влияет на природу. То есть это нейтральный ресурс.

Рис. 24. Ветрогенератор на крыше

Определение: Ресурс называется полезным, если он нужен самой системе, но его часть может быть использована для дальнейшего развития системы или решения новой задачи.

Пример

Все современные автомобили оснащены кондиционерами. Это создает дополнительный комфорт водителю и пассажирам. Но при этом, кондиционер использует полезный ресурс – часть энергии двигателя автомобиля.

1.5. Готовность ресурсов к использованию

По степени готовности ресурсов к использованию они могут быть готовыми и производными.

Определение: Ресурсы, которые могут быть использованы сразу и без изменений, называются готовыми. В большинстве случаев изобретатели используют готовые ресурсы.

Пример

Старая шина – готовый ресурс для изготовления клумбы. Достаточно покрасить снаружи, засыпать внутрь землю и можно сажать цветы!

Рис. 25. Клумба из старых шин

Пример-шутка

– У вас есть лыжные ботинки 52 размера?

– А лыжи вам зачем?

Определение: ресурсы, которые получаются из имеющихся после некоторых преобразований, называются производными.

Пример

Давление газа в магистральных трубопроводах – 75 атмосфер. В городские сетях используется газ с давлением 6 атмосфер. Для понижения давления, используют специальные устройства на основе эффекта Ранка. Газ поступает в специальную трубку по спиральной траектории и закручивается. После этого в одну сторону направляется нагретая часть газа, а в другую – охлаждённая. Причем охлаждение достигает 40 °C по сравнению с температурой входящего газа. Этот холод и используют. Рядом со станциями отбора газа из магистральных трубопроводов часто строят большие склады-холодильники.

Рис. 26. Вихревой эффект Ранка

1.6. Предпочтения при использовании ресурсов

Часто бывает, что в вашем распоряжении может оказаться много различных ресурсов. Использовать можно любые ресурсы, но если у вас есть выбор, то рекомендуется следующая последовательность при использовании ресурсов:

а) В первую очередь старайтесь использовать готовые ресурсы. Если готовых ресурсов нет, постарайтесь получить необходимый ресурс на основе тех, что находятся в вашем распоряжении, то есть получите производный ресурс.

Пример-шутка

– Папа, расскажи мне на ночь сказку!

– А ты слышала, о чём мы с мамой в кухне говорили?

– Нет.

– Ну, тогда слушай. «Сказка о том, как я на работе задержался».

б) Поиски ресурса следует начинать в системе, затем расширить зону поисков до внешней среды, и далее искать ресурсы в надсистеме.

Пример-шутка

– А я своей любимой на Новый год подарок под елку положил!

– А она что?

– А она его до сих пор ищет: тайга-то большая!

в) Старайтесь использовать в первую очередь неограниченные ресурсы, которые у вас имеются в избытке. Вдруг вам понадобится еще! Если их нет – используйте достаточные ресурсы. Если и это не получается, то воспользуйтесь недостаточными ресурсами, для частичного решения задачи, или постарайтесь найти способ их накопления.

Пример-шутка

– Богато живете – икра на столе!

– Так ведь кабачковая!

– Зато целое ведро!

г) Старайтесь использовать вредные или нейтральные ресурсы. Их использование позволит сократить затраты до минимума или даже получить дополнительный положительный эффект. Если же это невозможно, то воспользуйтесь полезными ресурсами.

д) Постарайтесь не пользоваться дорогими ресурсами.

Как правило, в распоряжении исследователя всегда имеется большое количество бесплатных или очень дешевых ресурсов, среди которых:

• отходы;

• обрабатываемый продукт, особенно если он затем повторно используется;

• отводимое тепло;

• ресурсы внешней среды, если они под рукой или все равно используются.

Возможность использования этих ресурсов рекомендуется проверить в первую очередь, и лишь затем перейти к анализу более дорогих ресурсов.

Краткие итоги главы 1

К основным видам ресурсов относятся – вещественные, энергетические, пространственные, временные и функциональные ресурсы.

Вещественными ресурсами являются все вещества, которые есть в системе или около нее, и их не надо вносить специально.

При этом под веществом понимается и материал системы, и элементы системы в целом, если они используются, как вещество.

Энергетическими ресурсами являются любая энергия, которая не подводится извне и не вырабатывается специально, а уже есть в совершенствуемой системе или около нее.

Пространственными ресурсами являются пространство в системе или около нее, которое можно использовать для размещения элементов системы или для решения проблемы.

Временными ресурсами являются время до выполнения производственного процесса, время самого процесса, а также время после него, если это время возможно использовать для решения возникающих проблем или совершенствования технической системы.

Функциональными ресурсами является способность системы и ее подсистем выполнять, кроме уже используемых функций, некоторые другие, которые могут быть использованы для развития системы или решения новой задачи. Это могут быть как известные функции системы, примененные в новых местах или по новому назначению, так и новые функции – сверхэффекты[5]5
  Сверхэффект – появление неожиданного, в том числе и для разработчика, преимущества сверх ожидаемого результата от внедрения полученного решения задачи.


[Закрыть].

Ресурсы можно найти повсюду: в системе, надсистеме, около системы. Ресурсы, находящиеся в самой технической системе, с которой мы работаем, называются ресурсами системы. Ресурсами внешней среды называются ресурсы, которые могут быть найдены в окружающей техническую систему природе, то есть земля, вода, воздух и др. Ресурсы всех надсистем, в рамках которых работает исследуемая система, называются ресурсами надсистемы.

Количество ресурса в системе, по отношению к потребности в нем, может быть много или мало, поэтому условно мы можем сказать, что ресурс бывает неограниченный, достаточный или недостаточный. Неограниченным называется ресурс, запасы которого многократно превышают потребности в нем. Если количество ресурса соответствует потребности в нем, то ресурс называют достаточным. Ресурс, который по своим свойствам, функциям, назначению подходит для решения поставленной задачи, но его количества не хватает, чтобы полностью решить задачу, называется недостаточным.

По ценности/стоимости для системы и пользователя – ресурсы делятся на вредные, нейтральные и полезные.

Ресурсы называются вредными, если они вредно действуют на систему, или являются отходами системы, которые приходится утилизировать. Ресурс, использование которого не влияет на экономические и технические характеристики системы, называется нейтральным. Ресурс называется полезным, если он нужен самой системе, но часть которого может быть использована для выполнения поставленной задачи или развития системы, при условии, что полезный эффект от этого будет превышать ущерб, наносимый системе.

По степени готовности ресурсов к использованию они могут быть готовыми и производными.

Ресурсы, которые могут быть использованы сразу и без изменений, называются готовыми.

Ресурсы, которые получаются из имеющихся после некоторых преобразований, называются производными.

Использовать можно все ресурсы, но если у вас есть выбор, то рекомендуются следующие правила выбора ресурсов при выборе возможности их использования:

а) в первую очередь старайтесь использовать готовые ресурсы;

б) поиски ресурса следует начинать в системе;

в) старайтесь использовать в первую очередь неограниченные ресурсы;

г) старайтесь использовать только вредные или нейтральные ресурсы;

д) постарайтесь не пользоваться дорогими ресурсами.

Возможность использования перечисленных ресурсов рекомендуется проверить в первую очередь, и лишь затем перейти к анализу других ресурсов.

А главное, помните – вас окружают ресурсы и у вас всегда есть большой выбор!

Пример-анекдот

Сельская учительница никак не могла решить, за кого выходить замуж – за тракториста или директора школы.

– С одной стороны – быстрый карьерный рост, с другой – без трактора к школе не подберешься….

Пример-анекдот

Доктор, посоветуйте, что мне делать: муж не любит мою собаку!

– У вас есть выбор – отравить или утопить….

– Кого?!

– Ну, я же говорил, у вас есть выбор….

Глава 2. Основные приемы использования ресурсов

Как мы уже говорили, ресурсный подход – сильнейший инструмент в руках профессионала, но и начинающие пользователи ТРИЗ могут его успешно использовать. В данной главе я привожу типовые алгоритмы поиска ресурсов, а также примеры их применения.

Каждый из нижеописанных приемов имеет достаточно узкое применение, однако эти приемы позволяют найти близкие аналоги при поиске решений большого числа различных задач. Именно такой подход позволяет эффективно работать с данным материалом начинающим пользователям ТРИЗ!

2.1. Приемы использования вещественных ресурсов

Вещественные ресурсы – любые материалы, из которых состоит система и ее окружение (надсистема и внешняя среда). Сначала мы рассмотрим наиболее простой вариант использования вещественного ресурса – использование этих веществ без изменений, то есть применение готовых ресурсов.

Однако надо помнить, что ваши возможности многократно возрастают при использовании преобразованных ресурсов (производных ресурсов). Например, из воды можно получить еще лед, пар, кислород, водород и использовать их.

Определите имеющиеся в системе готовые вещественные ресурсы. В их число входят:

• основные элементы системы (детали, корпус и др.) – как правило, эти ресурсы могут дать возможность получить новые функции. Постарайтесь «нагрузить» основные элементы системы дополнительными функциями.

Пример

В старых марганцево-цинковых батарейках корпус батарейки изготавливался из цинка. Этот корпус служил отрицательным электродом и постепенно растворялся в химической реакции генерирования электрического тока.

Рис. 27. Марганцево-цинковая батарейка

• потоки вещества как внутри системы, так и проходящие через техническую систему, например изделия, обрабатываемые данной системой. Эти вещества (изделия) могут частично быть использованы для разных целей.

Пример

При перекачке природного газа, часть его используется как топливо для компрессоров и других устройств, обеспечивающих энергоснабжение системы.

Рис. 28. Газоперекачивающая станция магистрального газопровода

• доступные вещества внешней среды: воздух, вода (рек, озер, водоемов), земля, камни;

Пример

Лед, замерзший на реке, разрезается на блоки и становится прекрасным бесплатным материалом для строительства новогодних ледяных городков.

Рис. 29. Ледяной городок

• элементы надсистем, в которых работает данная система[6]6
  Это не очень удобный ресурс, но в работе всегда надо помнить, что рядом есть много источников полезных ресурсов – это то, что находится рядом, например, в соседних цехах.


[Закрыть].

Замечание: На этапе знакомства с системой или экспресс-анализа не рекомендуется проводить глубокий анализ. Достаточно проанализировать первый уровень, в который войдут основные элементы систем, потоки вещества в технической системе, отходы, а также элементы надсистемы и внешней среды, имеющие неограниченный ресурс.

Уважаемый читатель! Если вы хотите сразу использовать материал, с которым сейчас знакомитесь, каждый раз, прочитав описание того или иного приема (и примеров к нему), постарайтесь увидеть аналогию с вашими задачами и оцените, можно ли использовать этот прием в вашей текущей практике.

Если желаемый результат не достигнут, то можно провести расширенный анализ ресурсов. При этом в рассмотрение войдет более широкий круг элементов системы и надсистемы, а также менее доступные элементы внешней среды.

Анализ начинается с определения наиболее доступных производных вещественных ресурсов. Для этого рекомендуется проанализировать, как могут быть преобразованы имеющиеся вещества.

Самыми распространенными приемами получения производных ресурсов являются:

• химическое разложение имеющихся веществ с получением производных веществ;

• фазовые переходы имеющихся веществ.

Наиболее известные фазовые переходы – это переходы из жидкого состояния в твердое или в газообразное состояние и обратно.

Пример

Затонувшие суда поднимают с помощью понтонов. Понтоны заполняют водой, опускают на дно и прикрепляют к затонувшему судну. Затем воду из понтонов выдавливают, накачивая в них воздух. Но доставить воздух на большую глубину сложно и дорого. Взять его на глубине негде. Предложено использовать производный ресурс – взять воду и нагреть ее до кипения[7]7
  а. с. 638 506


[Закрыть], или же разложить воду электрическим током на кислород и водород. Пар или газ вытеснят воду из понтонов, и они поднимут судно.

Рис. 30. Понтоны, при спасении подводной лодки USS F-4

Пример

Прибрежные горы Чили – засушливый район. Однако ветер часто заносит туман с моря. Канадский физик Роберт Меменауэр установил в горах сети, наподобие рыбацких. С приходом тумана на сетях остаются капли воды. 50 сетей размером 13×4 метра достаточно, чтобы за сутки собрать до 10 000 литров питьевой воды [6].

При анализе особое внимание следует уделить отходам технической системы. Их использование может значительно повысить эффективность работы системы. Среди типовых способов применения отходов:

• Возврат отходов в реализуемый системой процесс.

Наиболее простой способ утилизации и использования отходов – использовать их как сырье; хотя для этого могут требоваться некоторые изменения системы (часто – совсем небольшие).

Пример

При шлифовании древесно-стружечных плит образуется много пыли, выбрасывать которую в атмосферу запрещено.

Предложено решение: образовавшуюся пыль добавлять в исходное сырье. Таким образом, процесс становится безотходным [7].

Примеры

При производстве пластиковых пакетов, все отходы перерабатываются в гранулы и снова направляются на изготовление пленки для пакетов.

На металлургических заводах вся обрезь и брак отправляются в переплавку.

• Использование специфических свойств отходов.

Если отходы имеют специфические свойства, которые могут быть использованы в технической системе или вне ее, то можно попытаться применить их. Надо только тщательно проанализировать свойства отходов и оценить, где их можно эффективно использовать.

Пример

Переплавлять металлическую стружку – значить потерять до 50 % металла.

Предложено решение: наваривать стружку на арматурное железо. Для этого в цилиндрическую форму из кварцевого стекла засыпают стружку и помещают в магнитное поле высокочастотного индуктора мощностью не менее 55 кВт. Форму подвергают вибрации, и арматурный стержень протаскивают сквозь стружку, которая к нему приваривается индукционной сваркой. Стержни с наваренной стружкой обеспечивают более надежное соединение арматуры с бетоном [8].

• Переработка отходов для получения полезного продукта или полезного результата.

К таким ресурсам относятся

а) выхлопные газы;

б) отходящие газы котельных и ТЭЦ;

в) зола;

г) вывозимые на свалку или утилизацию твердые отходы;

д) сливаемые в канализацию жидкие отходы.

Это наиболее привлекательные ресурсы, поскольку их использование не только бесплатно, но даже позволяет сократить непроизводительные расходы.

Пример

Отходы деревопереработки могут загрязнять природу.

Рис. 31. Отходы деревообработки, стружки и опилки

Но они могут перерабатываться в пеллеты[8]8
  Топливные пеллеты – цилиндрические гранулы из древесных отходов.


[Закрыть] и использоваться для отопления или для пиролиза.

Рис. 32. Пеллеты для систем отопления

Или в прессованные дрова.

Рис. 33. Прессованные дрова

Пример

На фабрике «Аямас» по разделке кур в Малайзии все отходы производства перерабатываются в органические удобрения и продаются фермерам.

Рис. 34. Компост из переработанных куриных отходов

При грамотной работе практически любые отходы могут быть использованы как ресурсы. Известна знаменитая фраза американского бизнесмена, владельца мясоперерабатывающего завода – «У нас на фабрике от коровы пропадает только мычание!».