Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системное мышление формирование и развитие. Учебное пособие
.pdf
Глава 12. Законы развития технических систем: учимсяпрогнозировать
плавку привязывали ленту-рулетку. Но поплавок отплывал в сторону, результат измерения искажался.
Тогда ко дну емкости вертикально прикрепили два металлических стержня, их верхние концы выходили в люк. Поплавок с помощью роликовых втулок «надели» на стержни, и теперь он легко
скользил вверх-вниз, точно показывая уровень жидкости. Однако,
когда похолодало, на металлических стержнях начала намерзать
пленка жидкости. Поплавок застрял.
Чтобы отогреть металлические стержни, через них пропустили
ток низкого напряжения. Жидкость оттаяла, стекла, и поплавок
опять заскользил вверх-вниз, перемещая ленту-рулетку (рис. 12.1).
Рис. 12.1
— А почему Вы не... — спросил один из авторов книги изобретателя последней конструкции и объяснил идею. — Ведь по законам развития технических систем это совершенно очевидный
следующий шаг.
— Как-то не подумал, — ответил он. — А ТРИЗ я не изучал.
— И еще вопрос: жидкости электропроводны?
— В большинстве случаев...
— Тогда, может быть ...
211
Часть 2. Системный подход втехнических системах
— Очень может быть... — задумчиво сказал он. — Очень может быть...
О возможности прогнозировать развитие технических систем
(ТС) на базе законов их развития (ЗРТС) мы уже говорили. Поэтому сделайте следующий шаг, а точнее два, в совершенствовании
поплавковых измерителей уровня жидкости. Кстати, они еще не
заявлены как изобретения. Хотя вполне возможно, что вы предложите варианты еще лучше.
Не убедили? Тогда еще пример. Автомобиль — это транспортное средство, и с момента появления его совершенствование определялось одной целью: мне, его владельцу, надо быстрее попасть
из пункта А в пункт Б. Так сформировалась идея легкового автомобиля. Другие цели появились позднее и привели к созданию
грузовиков, автобусов и целого ряда специальных машин.
Не так давно — в середине 1970-х гг. — промышленность по
производству легковых автомобилей большинства развитых
стран зашла в тупик. И причиной тому был не только нефтяной
кризис.
На заре автомобилизма шла бешеная погоня за скоростью
15
, которая продолжается и по сей день: уже созданы спортивные автомобили, скорость которых приближается к звуковому барьеру.
Одновременно возникла и проблема устойчивости на дороге, особенно на поворотах. Машина становилась ниже, длиннее, шире.
Тяжелее стала несущая часть — рама, основание кузова. Чтобы
быстрее трогаться с места и разгоняться, потребовался более мощный двигатель — и усиливается ходовая часть: коробка скоростей,
карданная передача, ведущие колеса. Растут требования к надежности тормозов — и механический привод заменяется гидравлическим, а затем пневматическим. Появляется компрессор, а с ним
целая пневмосистема... Улучшается подвеска — рессоры, амортизаторы, стабилизаторы уровня. Для обеспечения безопасности
пассажиров при столкновении кузов делают из металла большей
15
Если бы на Земле было мало железа, развитие автомобилизма могло
бы пойти в направлении, например, снижения веса. Рост мощности и
скорости были бы желательным, но второстепенным фактором.
212
Глава 12. Законы развития технических систем: учимсяпрогнозировать
толщины. Опять растет вес, габариты... И все ради того, чтобы перевезти одного, двух, максимум 7–8 человек. Автомобиль стал самоцелью.
Неверно выбранным оказался сам курс на создание «домашних
броненосцев». Большие длина (5–6 м) и ширина (1,5–2 м) затрудняли маневренность машины в густом потоке уличного движения,
возможность легко и быстро «припарковаться». Большой вес (2–
3 т) требовал мощных двигателей. А 300–350 л.с. потребляют много горючего, соответственно, дорого обходятся и к тому же сильно
загрязняют атмосферу. Такова плата за ошибки в выборе направления развития технической системы.
Примеры хорошие, скажут упрямые читатели, но ведь и поплавок, и автомобиль — объекты технические, от обыденной жизни
весьма далекие.
Хорошо, возьмем объект из обыденной жизни, например стол.
Этот предмет мебели в виде широкой горизонтальной пластины
на ножках возник для того, чтобы с его помощью большому количеству людей было удобно принимать пищу, особенно при большом разнообразии блюд. (В дальнейшем появилось множество
других столов — письменный, кухонный, операционный и т.д. Но
мы ограничимся только функцией обеденного стола.) Для этого
стол должен быть большим. Но большой стол требуется редко, а
все остальное время занимает много места. И столы становятся
раздвижными, складными (например, стол-книжка), разборными. Аналогичные этапы прошли множество других самых бытовых
предметов: диван-кровать, кресло-кровать, швейные машины, кухонные комбайны, складные ножи... И каждое изменение было
связано с новой потребностью и необходимостью преодолевать
очередное противоречие.
Но ведь и эти бытовые объекты, скажут уже самые упрямые читатели, хоть мы ими и пользуемся каждодневно в быту, тоже в некотором роде объекты техники. Каким образом знание законов их
изменения поможет нам мыслить творчески и находить оптималь-
ные решения в проблемных ситуациях, постоянно возникающих, например, в общении с другими людьми?
213
Часть 2. Системный подход втехнических системах
Вопрос закономерный. И ответить на него можно следующим
образом.
Во-первых, любое общение с кем-то производится с какой-то
целью. Следовательно, возникает система «я — он (она, они)»,
предназначенная для выполнения определенной функции. И закономерности взаимоотношений между элементами каждой системы различны.
Простейшее деление — на формальный и неформальный коллективы (вне зависимости от количества членов). Первые — это
место работы или учебы, купе поезда или салон самолета, словом,
место, где вы вынуждены в силу определенных обстоятельств сосуществовать с какой-то группой людей. Здесь свои законы поведения.
Неформальные коллективы вы выбираете сами — от друга или
подруги, с кем можно сбегать в кино или на дискотеку, до спутника жизни, клуба и политической партии, в которую можете вступать или не вступать.
Кстати, хороший пример. Рассмотрим политическую партию
как систему.
Основная функция, ради которой создается любая партия, —
это захват власти. Чтобы реализовать ОФ, система, как уже отмечалось, должна быть автономной, т.е. включать в себя четыре минимально работоспособных элемента: рабочий орган, трансмиссию, источник энергии (двигатель) и орган управления.
В качестве рабочего органа, реализующего ОФ, могут быть
только члены партии или ее сторонники: они обеспечивают победу на выборах. Источник энергии — это объединяющая всех идея.
Чтобы передать эту идею рядовым членам, нужен лидер (трансмиссия). А орган управления — это устав партии, регламентирующий нормы поведения ее членов. И если рабочий орган не функционирует — какой-то из остальных элементов (а может, и все
три!) явно с душком...
Законы развития систем объективны и распространяются на
все виды систем. Просто при анализе систем, одним из элементов
которых является человек, возникает слишком много субъектив-
214
Глава 12. Законы развития технических систем: учимсяпрогнозировать
ных факторов, связанных с особенностями его личности. Учет и
использование этих факторов — задача различных разделов психологии. Задача же этой книги значительно уже — показать толь-
ко объективные законы, связанные с созданием, функционированием и
развитием систем. Поэтому — и это второй аргумент, о котором
мы упоминали в начале книги — анализ нужно вести на материале,
на который действие субъективных факторов не распространяется. А если такой фактор вмешивается, да еще с личной и корыстной целью, система чаще всего заходит в тупик.
Так что законы знать нужно. Как минимум для того, чтобы, как
говорится в постулате ТРИЗ, «использовать их для сознательного
развития систем». Рассмотрим еще несколько примеров.
Вещий Баян в «Слове о полку Игореве» поведал нам о событиях XII в. Летописец Пимен — о Борисе Годунове. Свою летопись
имеют и технические системы. Пишут ее сами изобретатели, и
называется она «Патентный фонд» — более 40 миллионов документов разных стран мира самым тщательным образом фиксируют все изменения каждого объекта: было — стало. Анализируя
патентный фонд, прослеживая путь изменения систем, исследователи и выявили некоторые объективные закономерности.
О первой из них — стремлении систем к идеальности — мы уже
говорили.
А как, кстати, доказать, что новая система идеальнее старой?
И какими путями идет увеличение идеальности технических систем?
Серийная «Нива» весила 1150 кг и имела двигатель мощностью около 70 л.с. Для трансконтинентального международного
марафона «Ниву» модернизировали: вес снизили до 700 кг и установили форсированный двигатель, который развивал мощность
до 200 л.с.
Цифры абсолютного (арифметического) изменения обычно говорят мало: было — стало. Гораздо больше говорят показатели относительные. Раньше каждая лошадиная сила двигателя везла
1150 кг : 70 л.с. = 13,5 кг/л.с. Теперь каждая «лошадь» везет всего:
700 кг : 200 л.с. = 3,5 кг/л.с. Почти в четыре раза меньше!
215
Часть 2. Системный подход втехнических системах
Рост относительных параметров — один из важнейших показателей развития технической системы. Показатели могут быть са-
мые разные: расход горючего на 100 км пробега автомобиля, время
разгона до определенной скорости, потребление электроэнергии
телевизором, габарит прибора при той же точности работы и т.д.
Достигается этот рост (при неизменном принципе действия),
как правило, за счет универсализации систем или, наоборот, их спе-
циализации.
Чтобы ускорить обработку сложных деталей, созданы станки
типа «обрабатывающий центр» с числовым программным управлением (ЧПУ) и автоматической сменой инструмента. Рабочий
стол такого станка, на котором установлена деталь, поворачиваясь
вокруг вертикальной и горизонтальных осей, с высокой точностью (до микрометра) подставит под инструмент нужную поверхность. С одной установки деталь фрезеруется, протачивается,
сверлится, нарезается резьба, снимаются острые углы...
Инженер из Алма-Аты Сеилбек Кишкашев предложил агрегат
для обработки почвы (а.с. 1187736), который одновременно выполняет шесть операций: пашет, поливает, удобряет, засевает, боронует, укатывает почву. На языке ТРИЗ — полисистема объединила несколько моносистем, каждая из которых выполняла отдельную функцию.
Что дальше? Дальше машины, которые работают по программе
без участия человека. Выезжает такой агрегат на поле, осматривает
его, чешет правым культиватором за левым локатором («Опять
психологическая инерция сработала!» — вздыхает контрольный
диспетчер) и начинает «пахать» за нас с вами.
Примеров специализации вокруг нас тоже достаточно: от кофейного сервиза до спутников связи. Специализированные системы (нож только для чистки картошки, машины для перевозки хлеба, самолеты для тушения пожаров) позволяют резко повысить
производительность труда за счет быстрейшего выполнения определенной функции.
Одна из сложнейших проблем нашего времени — мусор, особенно в больших городах. Раньше отходы (как, впрочем, иногда и
216
Глава 12. Законы развития технических систем: учимсяпрогнозировать
сейчас) сваливались в подъездах домов, и рабочие лопатами закидывали их в кузов самосвала. Потом появились большие ведра, потом — специальные автомобили, в которых мусор засыпается в заднюю часть и прессом подается в основной бункер. Но все более
широкое применение находит контейнерный способ, и автомобили оборудуются специальными гидроподъемниками. Ручной труд
исчезает...
Закон увеличения уровня идеальности ТС при решении изобретательских задач позволяет сделать первый прыжок через область «пустых» проб: сформулировать идеальный конечный результат (ИКР). Конечно, получить ИКР в большинстве случаев не
удается. Но сама постановка ИКР позволяет, как на острие иглы,
сконцентрировать усилия и сузить зону поиска.
Помимо общих законов, определяющих идеологию ТРИЗ, генетический анализ систем, проведенный по патентному фонду,
позволил выявить еще ряд закономерностей, связанных с созданием (синтезом) систем и их развитием. Большинство этих закономерностей уже встречались при решении задач.
Рассмотрим еще несколько примеров типичных изобретений и
сделаем дальнейшие выводы.
До недавнего времени мультики рисовали: на 1 м пленки —
52 рисунка-кадра. Десятиминутный фильм — это 300 м пленки и…
15 тысяч рисунков!!!
Есть предел скорости рисования. Нет предела творчеству. Вот
Винни-Пух идет по дороге. Его тело слегка меняет свое положение, быстро шевелятся ноги. Разделим рисунок на части: дорога в
лесу, тело Винни-Пуха, его ноги. Каждую часть нанесем на отдельную прозрачную пленку, а потом сложим их в «пакет»: ноги,
тело, природа. Теперь можно «шевелить» каждый лист в отдельности, менять их.
И все-таки художников это не удовлетворяло: каждый раз рисовать даже часть объекта, в котором меняется еще меньшая часть,
очень трудоемко. И появился способ воспроизведения силуэта для
съемки мультипликационных фильмов, отличающийся тем, что с
целью снижения трудоемкости процесса контур объекта образуют
217
Часть 2. Системный подход втехнических системах
посредством наложения на магнитную панель наполненного ферромагнитным порошком шнура, а изменение силуэта при перемещении объекта относительно точки зрения получают путем передвижения шнура по панели (а. с. 234862).
Отличное изобретение, не правда ли? Нитка, пропитанная железным порошком, — вечный карандаш. Положили на панель —
есть рисунок. Кончили съемку, смотали на катушку — и нет рисунка. А сколько бумаги экономится!
Итак, был способ изображения с помощью карандаша — стал с
помощью магнитного шнура. Не просто стал, а с определенной
целью, которая обязательно указывается в каждой формуле на
изобретение. Появился даже коэффициент плотности цели. Он
определяется отношением количества изобретений, направленных на достижение указанной цели, к общему числу изобретений,
совершенствующих эту техническую систему. По такому коэффициенту легко судить о направлении развития системы.
Так, в 1970 г. было выдано а. с. 445611 на контейнер для транспортирования хрупких изделий (например, дренажных труб): в
контейнере имеется надувная оболочка, которая прижимает изделия и не дает им биться при транспортировке. Еще раньше, в ноябре 1967 г., были выданы а. с. 349583, где надувной элемент работал в захвате подъемного крана, и а. с. 409875, где он прижимал
хрупкие изделия в устройстве для распиловки. В январе 1972 г. выдано а. с. 534351, в котором для усиления и регулирования прижима внутрь мешка вводят ферромагнитный порошок и воздействуют на него магнитным полем. Почти пять лет — плата за незнание
закона о том, что развитие ТС идет в направлении увеличения степени управляемости.
Еще один пример того, как изобретения, которые должны следовать одно за другим, разделены годами (хорошо хоть не десятилетиями!). В свое время был предложен гидроспособ добычи угля:
в пласте бурят скважины, заполняют их водой и передают через
нее импульсы давления — в результате пласт разрушается. И только через 7(!) лет появилось а. с. 317797, в котором импульсы давления предлагается установить равными собственной частоте ко-
218
Глава 12. Законы развития технических систем: учимсяпрогнозировать
лебаний угольного пласта, т.е., попросту говоря, использовать
явление резонанса. Производительность резко увеличивается.
В первом изобретении не использован закон согласования ритмики отдельных частей системы. Сколько угля не добрали за эти
семь лет? Сколько потрачено лишних энергии и труда?!
Еще примеры? Пожалуйста. До 1950-х гг. нефтяные скважины
бурили только вертикально. Значит, для каждой скважины нужно
было ставить свою отдельную вышку. Хорошо бы с одной вышки
бурить несколько скважин. Но тогда надо бурить под углом, а конструкция бура — длинный жесткий цилиндр — этого не позволяла.
«Сделаем бур, как трамвай — из двух вагонов!» — догадался изобретатель (а. с. 152842, март 1963 г.). Бур разделили на две части и, чтобы реактивная головка могла бурить наклонные участки скважины,
соединили ее с конусом шарнирно. А в сентябре 1967 г. появилось
а. с. 247159: «Способ направленного бурения скважин с применением искусственных отклонителей», отличающийся тем, что, с целью регулирования угла набора кривизны ствола, используют полиметаллический отклонитель и изменяют его температуру.
Первое изобретение — более-менее понятно: чем короче вагоны трамвая, тем круче угол, на который он может повернуть. А вот
полиметаллический отклонитель...
Поставьте на стол два гвоздя равной длины: один — из цинка,
другой — из вольфрама. И нагрейте их. Гвозди удлинятся, но поразному: приращение длины цинкового гвоздя будет почти в семь
раз больше приращения длины вольфрамового из-за разности коэффициентов линейного расширения. Если на их остриях раньше
пластина могла лежать горизонтально, то теперь она будет лежать
наклонно. Угол наклона зависит от свойств металлов (коэффициента линейного расширения) и температуры. Примерно так работает полиметаллический отклонитель.
Шарнир с газовой реактивной головкой или полиметаллический отклонитель? Второе решение явно изящнее. Переход к динамической системе в первом случае произошел на макроуровне
(шарнир), во втором — на микроуровне: сжимается и растягивается кристаллическая решетка вещества.
219
Часть 2. Системный подход втехнических системах
Открытие А.С. Поповым возможности передавать электромагнитные волны на расстояние создали радиотехнику, радиолокацию, телевидение, радиоастрономию и т. д., т. е. принципиально
новые направления науки и техники. Для их внедрения нужно было решить целый ряд задач, в том числе найти способы возбуждения, управления и передачи электромагнитных колебаний. Плюс
обратный процесс — прием сигналов, усиление, преобразование.
Каждая из этих задач состоит из множества еще более мелких, детализирующих.
Необходимость возбуждения колебаний привела к созданию
генераторов радиочастот. Возникла проблема стабилизации частоты — поддержания ее постоянной при изменении различных
параметров (напряжения, температуры и т.п.). Совершенствуются
катушки индуктивности и конденсаторы, вводится ручная, затем
автоматическая подстройка, изобретаются хитроумные схемы
включения. И все ради одного: устройство должно наилучшим образом выполнять свои функции. Стремиться к идеалу. Сработал
он и в данном случае: вместо тяжелых катушек индуктивности и
громоздких конденсаторов использовали кварцевый резонатор.
Вместо электромагнитных полей — пьезоэлектрический эффект.
Вращая ручку радиоприемника в поисках нужной станции, мы
меняли площадь взаимодействующих пластин конденсатора переменной емкости. При этом менялась частота, или длина волны.
Способ грубый, ненадежный: между пластинами попадает пыль,
проскакивают заряды, слышен треск. Куда более изящно менять
емкость полупроводникового диода — варикапа — за счет изменения напряжения на его электродах. Вместо больших пластин и
ручки с приводом — поверхность контакта двух полупроводниковых материалов и регулятор напряжения, что легко встраивается в
микросхему. Происходит переход с макроуровня на микроуровень. А затем вообще вместо аналоговых систем — стали цифровые…
И это — еще одна выявленная закономерность развития ТС,
которая вошла в последние модификации АРИЗ-85 в виде шага
3.4: Формулировка ФП на микроуровне (в АРПС — это шаг 6).
220
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]