2.11.12. Особенности использования законов развития технических систем для решения изобретательских задач

На законы развития ТС опираются конкретные механизмы решения изобретательских задач. Например, по закону перехода в надсистему, исчерпав ресурсы развития, система объединяется с другой системой, образуя новую - более сложную систему. Простейший механизм такого перехода состоит в том, что исходную моносистему сдваивают, превращая в бисистему, а если объединяют более двух систем, - то в полисистему. Переход "моно-би-поли"- неизбежный этап в истории всех ТС, он ведет к некоторому усложнению, но появляются новые свойства и они окупают усложнение. Типичный пример перехода к полисистеме: для получения изделий из стеклянных пластин пачку заготовок склеивают в блок и подвергают машинной обработке без опасения повредить тонкие пластины (пат. США 3567547). Хорошо видна одна из главных особенностей полисистем: при образовании полисистемы возникает внутренняя среда с особыми свойствами. В данном примере появляется возможность ввести во внутреннюю среду клей и получить не просто сумму пластинок, а единый блок.

Другая характерная особенность би- и полисистем: в них может быть получен эффект многоступенчатости. Например, по способу транспортировки горячих слябов по рольгангу (а. с. 722624), для снижения потерь тепла путем уменьшения нагретой поверхности, перемещение осуществляют пакетом, сложенным по крайней мере из двух слитков. В другом варианте - слябы объединяют в группу и транспортируют впритык друг к другу торцевыми участками (а. с.1031549). В данном случае переход "моно-би-поли" обеспечивает теплопроводящую поверхность полисистемы меньше суммы поверхностей составляющих ее систем. Причем "группа слябов" - полисистема без долговременных вещественных связей между элементами, которую можно назвать системой с нулевой связью. Такая нулевая связь между элементами - начальный этап развития би- и полисистем. Появляется возможность объединить элементы теснее, образовав единую систему и сократив вспомогательные части. Например, вместо независимого расположения котельных агрегатов, с целью сокращения коммуникаций, упрощения монтажных работ и уменьшения опорной площади фундамента, предлагается (а. с.408586) все котельные агрегаты сгруппировать в едином блоке с расположенной над ним общей дымовой трубой. Подобные системы называют частично свернутыми.

Дальнейшее развитие приводит к полностью свернутым системам, в которых один объект выполняет несколько функций. Например, по а. с. 1044266 одна и та же пара обуви заменяет две пары - с шипами и без шипов. Достигается это использованием шипов из материала с эффектом памяти формы: шипы выступают из подошвы и каблука только при температуре 0. Полностью (а иногда и частично) свернутая бисистема (или полисистема) становится новой моносистемой и может совершить следующий виток спирали.

Необходимо учитывать еще два обстоятельства. Во-первых, эффективность синтезированных бисистем и полисистем может быть повышена прежде всего развитием связей элементов в этих системах. Новообразованные система часто имеют "нулевую связь, т.е. представляют собой просто "кучу" элементов и развитие идет в направлении усиления межэлементных связей. Иногда в новообразованных системах связи между элементами бывают жесткие и развитие идет в направлении увеличения степени динамичности связей. Например, первоначально катамораны имели жесткую связь между корпусами, но затем были введены подвижные связи, позволяющие менять межкорпусное расстояние (а. с.524728 и 1094797).

Во-вторых, эффективность би- и полисистем может быть повышена увеличением развития между элементами системы: от однородных элементов к элементам со сдвинутыми характеристиками, а затем - к разнородным элементам и инверсным сочетаниям типа "элемент и анти-элемент". Например, сварку толстых стальных листов ведут электродами, расположенными один за другим, при этом сварочный ток каждого последующего электрода и глубина погружения в разделку кромок больше, чем у предыдущего (а. с.546445). При этом новый эффект достигается "сдвинутостыо"элементов системы. Аналогично предложена (а. с.493350) двухэтажная пила, у которой нижние дуги разведены больше верхних; такая пила чисто режет волокнистые материалы. Пример инверсной бисистемы: буровая коронка в виде двух концентрических долот, вращающихся в разные стороны (а. с.794139).

Цикл развития системы с усложнением по линии "моно-би-поли" можно представить: бисистема  а) однофункциональная бисистема  однородная бисистема и бисистема со сдвинутыми характеристиками  частично свернутая бисистема  полностью сдвинутая бисистема (новая моносистема)  к новой бисистеме; б) многофункциональная бисистема  разнородная бисистема и инверсная бисистема  частично свернутая бисистема  полностью свернутая бисистема (новая моносистема)  к новой бисистеме.

Цикл развития систем с упрощением по линиям свертывания: полисистема  а) однофункциональная полисистема  однородная полисистема и полисистема со сдвинутыми характеристиками  частично свернутая полисистема  полностью свернутая полисистема (новая моносистема)  и далее к новой полисистеме; б) многофункциональная полисистема  разнородная полисистема и инверсная полисистема  частично свернутая полисистема  полностью свернутая полисистема (новая моносистема)  к новой полисистеме.

Переход от бисистемы к полисистеме может происходить после того, как бисистема исчерпала резервы развития, а также одновременно с совершенствованием системы по линии "однородность-инверсность". Например, гвоздь - моносистема. Что получится, если перейти к полисистеме и какой выигрыш это даст? "Полигвоздь" имеет одну шляпку на 200 гвоздей, например, металлическая пластина с множеством конических шипов, которые легко входят в древесину и крепко держатся. Конструкции, соединенные "полигвоздями", в два раза прочнее обычных. Другой пример - для повышения эффективности теплиц перейти к бисистеме с инверсными свойствами. Сдвоенная теплица - просто новообразованная бисистема. Чтобы получить новое качество, нужно обеспечить взаимодействие между частями "би-теплицы" или взаимодействие между находящимися в "би-теплице" растениями, причем максимальное взаимодействие можно получить, если растения в чем-то противоположны. Ответ: в одном отсеке теплицы растения, поглощающие углекислоту и выделяющие кислород, а в другом - растения, поглощающие кислород и выделяющие углекислый газ (а. с. 950241).

Свертывание играет исключительно важную роль не только в цикле "би-моно-поли", но и во многих других процессах развития ТС. Почти все вепольные преобразования связаны с введением веществ и полей, однако это связано с уменьшением степени идеальности. Возникает противоречие: вещество или поле надо вводить, чтобы получить новое свойство, и вещество нельзя вводить, чтобы не усложнять систему. Такие противоречия устраняют свертыванием системы, например, в качестве одного из веществ можно использовать внешнюю среду. Широкое применение двойных веполей объясняется тем, что двойной веполь - свернутая структура: В1 и В2 образуют два поля - с П1 и П2:

Можно построить нечто вроде общей схемы развития, осью которой, ее центральным стержнем является линия развития вепольных систем: от невеполей к простым веполям, затем к сложным веполям и далее к веполям форсированным, комплексно-форсированным и комплексно-форсированным с присоединенными физэффектами. На каждом этапе этой линии есть путь вверх - переход к надсистеме (вначале к бивеполю, затем к поливеполю с возможностью свертывания от каждого из них, по виткам спирали "моно-би-поли-моно..."). Возможен путь с переходом на микроуровень, включающий много звеньев: переходы на молекулярный уровень, далее на атомарный уровень и т.д. Однако, пользоваться такой схемой при решении задач неудобно: даже в детализированном виде схема не отражает многих механизмов развития, например, приемов свертывания.