LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 22
(всего 31)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>


1. 1. Закон полноты частей системы.
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической сис-
темы является наличие и минимальная работоспособность основных частей
системы.
Каждая техническая система должна включать четыре основные части: двига-
тель, трансмиссию, рабочий орган и орган управления. К этому можно доба-
вить лишь объединяющую все эти части пятую часть — конструкцию (см. раз-
дел 8.2 Ресурсы и рис. 8.4 Абстрактная машина).
Достаточное условие жизнеспособности технической системы можно предста-
вить как развитие этого закона следующим образом (что особенно полезно для
начинающих изобретателей): техническая система жизнеспособна лишь в том
случае, когда минимально работоспособна каждая из ее частей, но и обеспечи-
вается минимальная работоспособность всех частей как единой системы. Для
практики весьма важно одно из следствий из этого закона: чтобы система была
управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна из частей была управляемой.


1.2. Закон «энергетической проводимости» системы.

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической сис-
темы является сквозной проход энергии по всем частям системы.
Каждая техническая система является преобразователем энергии, передавае-
мой от двигателя через трансмиссию к рабочему органу.
Одно важное следствие из этого закона: чтобы часть технической системы
была управляемой, необходимо обеспечить энергетическую проводимость меж-
ду этой частью и органом управления.
Можно говорить также об информационной проводимости, особенно, в зада-
чах на измерение или обнаружение, хотя часто она сводится к энергетиче-
ской, что может приводить к неправильному пониманию задачи.
К «кинематике» в ТРИЗ относятся законы, определяющие развитие техниче-
ских систем независимо от конкретных технических и физических факторов,
обусловливающих это развитие.
2. 1. Закон неравномерности развития частей системы.
Развитие частей систем идет неравномерно, и чем сложнее система, т е м не-
равномернее развитие ее частей.
Неравномерность развития частей системы является причиной возникнове-
ния острых физико-технических противоречий, и следовательно, изобрета-
тельских задач. Например, рост численности автомобилей в центральной Ев-
ропе вошел в противоречие с ограниченными возможностями строительства
новых дорог. При этом имеющиеся дороги постоянно находятся в ремонте.
Крупные города катастрофически страдают от трех проблем: загрязнение воз-
духа, отсутствие мест для парковки и низкая скорость движения, обусловлен-
ная постоянными заторами.


2.2. Закон перехода в надсистему.
Исчерпав возможности развития, система включается в надсистему и развива-
ется далее в качестве одной из частей.
Приведем здесь только один пример: велосипед, оснащенный двигателем
внутреннего сгорания, превратился в мопед и в мотоцикл! Но и остался вело-
сипедом — как мы уже отмечали, возможно параллельное сосуществование
предшествующих и последующих систем одного назначения.


2.3. Закон перехода с макроуровня на микроуровень.
Развитие рабочих органов технической системы идет сначала на макроуровне, а
в развитой системе — на микроуровне.
В большинстве современных механических систем рабочими органами явля-
ются макродетали, например, винт самолета или резец токарного станка. Од-
нако, в реактивном самолете рабочим органом является струя газа. Резцом
может служить струя плазмы. Вместо макродеталей работа осуществляется на
уровне частиц вещества, молекул, ионов, атомов. Перспективным и неисчер-
паемым источником энергии остается энергия атомного ядра, извлекаемая
либо при его делении, либо при его синтезе.
Переход с развития на макроуровне к развитию на микроуровне есть сущность
компьютерной революции!
Законы «динамики» в ТРИЗ недостаточно полны и имеют более специализиро-
ванный характер. Они определяют развитие современных технических систем
как раз в зависимости от конкретных технических и физических факторов.


3.1. Закон согласования ритмики частей системы.
Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической сис-
темы является согласование ритмики (частот механических или электромаг-
нитных колебаний, периодичности функционирования и взаимодействия)
всех частей системы.
3.2. Закон перехода к управляемым ресурсам.
Развитие технических систем идет в направлении применения ресурсов с более
высоким уровнем организации, например, более управляемых веществ и полей.
Этот закон хорошо коррелирует с законами энергетической проводимости
систем и главным законом о росте идеальности. Так, в линейном шаговом
даигателе рабочим органом является электромагнитное поле. Информацион-
ные системы от первых телеграфных электромеханических конструкций раз-
вились в современные радио- и оптические системы с более высокоорганизо-
ванными полями — носителями информационных сигналов. Электронный
микроскоп кардинально расширил возможности исследования строения ве-
ществ по сравнению с оптическим микроскопом.
Нагревающее устройство на сверхвысокочастотном излучении совершило рево-
люцию на кухне современной квартиры!
Выделение изолированных друг от друга законов является, конечно, упроще-
нием. Законы действуют в совокупности, проявляясь в реальном развитии
систем.

Знание ТРИЗ-Законов вместе с оценкой параметров 5-кривой
для данного типа систем позволяет прогнозировать тенденции
развития практически любой технической системы.




ТРИЗ-Законы дополняются и инструментируются так называемыми «Линиями
система-технического развития». Это очень крупные мета-модели, схватываю-
щие основные тенденции в развитии технических систем. Их применение для
решения Ваших задач требует, как правило, проведения достаточно большого
объема прадварительных исследований. Это объясняется тем, что практически
все Линии развития опираются на историю и прогнозы развития усовершенст-
вуемого объекта и его системного окружения.
В настоящем учебнике мы дадим краткую характеристику следующих ме-
та-моделей:
1) Линия роста степени «идеальности»;
2) Полиэкран;
3) Линия замещения человека в функционировании ТС;
4) «Волна эволюции»;
5) Длинные экономические волны (циклы) Кондратьева;
6) Переходы в надсистему — подсистему;
7) Линии «Моно — Би / Поли — Моно»;
8) Линии развития ресурсов.
15.2.1. Мета-модель Линия р о с т а степени «идеальности». В истории человече-
ства было не так уж много открытий и изобретений, потрясших основы чело-
веческой популяции и давших мощный толчок развитию цивилизации. На-
пример, распространение книгопечатания, открытие и применение электро-
магнитных полей в широком диапазоне частот и проявлений, выход в космос,
создание компьютера как машины для переработки информации, биотехноло-
гия и генная инженерия.
Историко-технический анализ показывает, что таким революционным изме-
нениям предшествовали периоды более или менее длительного замедления
или остановки роста каких-то жизненно важных функций для человечества.
Так, можно привести примеры из настоящего времени, относящиеся, в част-
ности, к странам Западной Европы:
• расписания движения поездов не меняются десятилетиями, так как ре-
альные (не рекордные!) скорости и пропускная способность железных
дорог давно достигли технических пределов, причем замена существую-
щих железных дорог на линии с магнитным подвесом ничего не может
изменить кардинально и является на сегодня тупиковым направлением,
опоздавшим в своем вхождении в цивилизацию;
• скорости движения и пропускная способность автомагистралей ограни-
чены и имеют нарастающую тенденцию к образованию заторов, дли-
тельность которых достигает десятков километров — ущерб от потери
времени автомобильным транспортом только в Германии оценивается
гигантскими величинами во многие десятки миллиардов марок в год!
• остановился на уровне чуть выше 30 % рост коэффициента полезного
действия атомных и тепловых электростанций — нужны новые источни-
ки энергии;
• близка к предельному уровню урожайность зерновых культур — одной
из основ питания человечества;
• жесткие ограничения на возможности интенсификации в животновод-
стве поставлены Природой — нарушение этих ограничений немедленно
ведет к вспышкам опаснейших болезней.
Эти и многие другие признаки замедления указывают также на то, что именно
по таким направлениям можно ожидать появления крупнейших изобретений.
По каждому новому направлению будет происходить рост его MPF, а также
рост связанных с этим направлением MPF других отраслей техники. Далее
рост MPF этого направления замедлится (см. рис. 14.3: направление выйдет на
вершину S-кривой в область 1). Интересно проследить изменение количества
1 и качества (уровня) 2 изобретений на разных участках S-кривой рис. 15.2).
В самом начале, после создания пионерского изобретения с самым высоким
уровнем (4 или 5) происходит некоторое запаздывание изобретений в этом
направлении. Настоящий прорыв начинается в области (а), когда создаются
вспомогательные изобретения, иногда высокого уровня (3 или 4), обеспечи-
вающие достаточные условия для промышленного производства продукта.
В начале производства между областями (а) и (b) количество изобретений
уменьшается, так как осторожные производители ждут первых испытаний и
продаж. При успехе начинается бум изобретений, направленных на усовер-
шенствование и продукта, и технологий. В области (с) надежным признаком
полностью развернутого производства является уменьшение числа патентов и
явная направленность их на мелкие технологические усовершенствования.
В области (с), и нередко еще раньше, могут начинаться серьезные изменения
с системой данного типа, направленные на ее выживание в случае, если поя-
вились альтернативные системы 3 того же назначения. В целом эта ситуация
характеризуется линией роста степени идеальности системы данного типа,
представленной на рис. 15.3.




15.2.2. Мета-модель Полиэкран. Изобретатели, не знающие законов развития
технических систем, генерируют множество различных вариантов решения.
Жизнеспособными оказываются только те мутации, которые действуют в на-
правлении, совпадающем с объективно существующими законами развития.
Такое мышление несистемно. Но в технике существует возможность накопить
опыт мутаций, выявить правила удачных изменений и использовать их созна-
тельно и направленно. И тогда талантливое мышление может приобрести дру-
гую структуру.
Генрих Альшуллер дает следующее образное описание возможности новой ор-
ганизации системного мышления изобретателей. Обычно, если в задаче сказа-
но «дерево», то человек видит именно некоторое дерево. То есть, воображение
создает определенный образ задачи. Прочитал человек условия (обозначены
как ?), и сразу же вспыхивает мысленный экран с высвеченной на нем кар-
тинкой-решением 1 (рис. 15.4).
Ненаправленный перебор вариантов приводит к тому, что таких картинок мо-
жет быть очень много. Дерево становится то больше, то меньше, но ничего
принципиально не меняется. Часто на этом все и кончается: ответ не найден,
задача признана неразрешимой.
Это — обычное мышление. Талантливое воображение одновременно зажигает
три экрана (рис. 15.5).




Видны надсистема 2 (группа деревьев), система 1 (дерево) и подсистема 3
(лист).
Это, конечно, минимальная схема. Часто включаются и другие (верхние или
нижние) экраны: наднадсистема (лес) и подподсистема (клетка листа).
Но еще важнее видеть все это в развитии. И тогда нужно включить еще «бо-
ковые» экраны, показывающие прошлое и будущее на каждом уровне
(рис. 15.6). Минимум девять (!) экранов системно и динамично о т р а ж а ю т сис-
темный и динамичный мир.
Пример 96. Финиковая пальма. За сезон финиковая пальма может дать до
240 литров сладкого сока, идущего на изготовление пальмового сахара. Но для
сбора сока надо сделать надрез на стволе под самой кроной. А это 20 метров
высоты! Задачу предложили фирме, выпускающей сельскохозяйственные ма-
шины и механизмы. Специалисты попробовали альпинистский способ — че-
ловек поднимается, вырубая ступеньки на стволе. Но способ оказался непри-
годным: много ступенек — дерево погибает, мало ступенек — трудно подни-
маться. Начали проектировать нечто вроде пожарной машины с раздвижной
лестницей. Каково же было удивление специалистов, когда они узнали, что в
Бангладеш крестьяне обладают секретом, позволяющим подниматься на паль-
му без всяких машин...
Эта задача не решается, если включен только экран 1. Но стоит только совме-
стно рассмотреть хотя бы экраны 1 и 4, как решение становится очевидным.
На экране 4 — маленькая пальма. Сока она еше не дает, но на ней легко мож-
но сделать зарубку — будущую ступеньку. От одной-двух ступенек в год дере-
во не погибнет. На следующий год — еще несколько зарубок. И к тому време-
ни, когда дерево вырастет и будет способно давать сок, на стволе окажется го-
товая лестница.
Другое решение просматривается при включении экрана 2. К одному дереву
надо приставлять лестницу. Но если рядом растут два дерева, то их стволы —
почти готовая лестница, не хватает только веревочных перекладин.
Генрих Альшуллер, приводя этот пример, подчеркивал: это не самый слож-
ный случай — девять экранов. Гениальное мышление заставляет работать
много больше экранов, например, 27! Когда параллельно первым 9 экранам
рассматривается эволюция содействующих и противодействующих систем с их
надсистемами и подсистемами. В ТРИЗ ставилась цель: дать правила органи-
зации мышления по многоэкранной схеме на основе изучения закономерно-
стей развития систем.
Многоэкранное мышление позволяет избежать многих драматических оши-
бок. Изобретатель обычно нетерпелив — найдя первое же решение задачи, он
склонен считать свою миссию законченной. В результате новая техническая
идея используется только частично, не в полную меру.


15.2.3. Мета-модель Линия замещения человека в функционировании ТС. Одной
из главных линий системо-тсхнического развития ТС является замещение че-
ловека в функционировании самой ТС (рис. 15.7).




Так, на исполнительном уровне происходило замещение рук, ног и мускуль-
ной силы человека искусственными инструментами, механизмами и иными
источниками энергии.
На уровне управления замещение шло в направлении создания автоматиче-
ских регуляторов, копировально-обрабатываюших станков, автопилотов и ав-
тонавигаторов и т. д.
На информационном уровне замещение началось с инструментов получения
информации — различных датчиков и измерительных устройств, чувствитель-
ность, точность и скорость работы которых намного превосходит возможно-
сти челевечских органов чувств. Далее человек замещается в подсистемах по-
лучения и обработки информации, подготовки и принятия решений.
Парадоксальной негативной тенденцией развития ТС (негативным
сверх-сверх-эффектом!) является замещение человека... в природе! Техносфе-
ра, развиваемая человеком, оказывает негативное воздействие на природу и
может уничтожить ее, а значит, уничтожить и само человечество.
По современным представлениям, жизнь на Земле зародилась около четырех
миллиардов лет назад. Развиваясь, приспосабливаясь к существовавшим тогда
на планете условиям, живые организмы начали преобразовывать окружаю-
щую среду. Эти преобразования привели к появлению кислородсодержащей
атмосферы, почвы, озонного слоя, современного ландшафта с его лесами, ре-
ками, озерами, болотами, тундрой, тайгой и джунглями. Так появилась био-
сфера, в которой миллионы видов живых организмов и преобразованная ими
планета идеально подогнаны друг к другу. Здесь нет ничего лишнего.
Но вот появился человек, который, благодаря разуму, стал усиливать мощь
своих мускулов, органов чувств, интеллект, начал создавать технику и техно-
логические процессы.
Современная индустриальная мощь земной цивилизации — лишь логическое
развитие технократического направления. Однако, экспансивное развитие
технических систем оказывает негативное воздействие на Природу.
Техносфере не нужна почва. Поэтому на планете все меньше и меньше плодо-
родной земли, а все больше шлака, мертвых пустынь и терриконов.
Техносфере не нужна кислородсодержащая атмосфера. Поэтому, например, уже
сегодня промышленность США потребляет больше кислорода, чем его выра-
батывают зеленые растения на территории США. США живут за счет кисло-
рода, вырабатываемого российской тайгой и амазонскими джунглями. А если
все страны достигнут такого уровня потребления кислорода?
Техносфере не нужен озоновый слой в атмосфере. Хотя на озон приходится
только одна десятимиллионная часть всей атмосферы, он поглощает около
четырех процентов солнечной энергии, падающей на Землю, что в сотни раз
превышает количество тепла, выбрасываемого в атмосферу всей современной
индустрией. Поэтому влияние состояния озонного слоя на погоду и климат
на планете значительно сильнее техногенного воздействия на приземные слои
воздуха, а также сильнее парникового эффекта.
Техносфере не нужна живая Природа. Интенсивно растет число заболеваний
раком, аллергией, легочных и сердечно-сосудистых заболеваний, генетиче-
ских и наследственных болезней, обусловленных заражением воды, воздуха.
почвы. Это относится и к появлению опасных заболеваний промышленно
разводимых животных, употребляемых для питания людей. Чрезвычайную
опасность представляет СПИД, особенно в случае появления аналогов со
свойствами вирусного распространения.
Происходят необратимые изменения ландшафта, эрозия почв, исчезновение
лесов, загрязнение морей и океанов, отравление питьевой воды.

Техносфера занимает ту же экологическую нишу, что и биосфера в
целом: машины, механизмы, технические устройства размещены на
земле и в толще земли, воды, воздуха и активно обмениваются с
ними веществом и энергией.

Кардинальный выход из сложившейся ситуации только один: необходимо
предоставить техносфере, особенно, ее индустриальной и энергетической час-
ти, экологическую нишу вне биосферы! Это обеспечит сохранение и развитие
биосферы по тем законам и направлениям, которые были сформированы в
течение миллиардов лет эволюции, а также гармоничное взаимодействие
общности людей, как биологических объектов, с биосферой.
Такой экологической ниши на Земле нет. Но она есть в космосе, где для
большинства технологических процессов идеальные условия: невесомость, ва-
куум, сверхвысокие и криогенные температуры, неограниченные энергетиче-
ские, пространственные и даже сырьевые ресурсы. Для широкомасштабного
освоения космоса у человечества не так уж много времени, так как по целому
ряду прогнозов из-за технократической агрессии против биосферы через од-
но-два поколения (максимум в течение 50—80 лет!) начнется необратимая де-
градация биосферы, а значит и вымирание человеческого рода. Освоение
ближнего космоса — это не причуды фантастов. Уже сегодня это становится
делом спасения жизни на Земле.


15.2.4. Мета-модель «Волна эволюции». Повышение «идеальности» сложных
систем обеспечивается двумя противонаправленными процессами:
• развертывание — увеличение количества и качества выполняемых функ-
ций за счет усложнения системы;
• свертывание — увеличение (сохранение) количества и качества функ-
ций, выполняемых при одновременном относительном упрощении
системы.
Относительным упрощение системы является только потому, что, как прави-
ло, количество элементов становится меньшим. Однако при этом сложность
уходит в более высокую (а значит, более сложную!) организацию вещества и
энергии в элементах.
Процессы развертывания-свертывания могут чередоваться для разных видов
системы одного и того же типа, и могут идти параллельными путями, то есть
могут сосуществовать в своих нишах техносфере разные по сложности систе-
мы одного типа.
В целом в ТРИЗ совокупное действие процессов развертывания-свертывания
представляется так называемой «Волной эволюции» систем71 (рис. 15.8). Тра-
пециями показаны процессы, существенные для соответствующего периода.
Линии развертывания (а) и свертывания (b) представлены на рис. 15.9.




Пример 97. Электроника и компьютеры. Потрясающим примером разнообразия
и прогресса, в котором полностью реализована закономерность развертыва-
ния—свертывания систем, являются компьютеры. Вы можете посмотреть лю-
бую книгу по истории компьютеров от первых машин середины 1940-х годов
до середины 2006 года, чтобы самостоятельно увидеть подтверждение этой за-
кономерности. Кратко можно указать на следующие примеры: первые компь-
ютеры на электронных лампах были менее мощными в вычислительных воз-
можностях, чем любой современный многофункциональный карманный каль-
кулятор, а их конструкции состояли из многих металлических шкафов и
занимали целые комнаты; за последние 8 лет (с 1998 года) произошел неверо-
ятный рост тактовой частоты работы, а значит, и почти такой же рост произво-
дительности, персональных настольных и носимых компьютеров с начального
среднего уровня около 200 Мегагерц до более чем 3000 Мегагерц (3 Гигагерц)
при тех же размерах конструкции; ведущие фирмы продолжают создавать вы-
числительные комплексы, состоящие из тысяч и десятков тысяч процессоров
(развертывание!). Примеров здесь очень много, особенно с учетом роста функ-
циональных возможностей и интеграции с системами управления.

Такие же примеры Вы легко обнаружите, если проследите мысленно измене-
ние радиоприемников и телевизионных приемников, а также аудио- и видео-
записываюших устройств в вашем доме, изменение телефонных устройств.
Пример 98. Микропроцессоры и микросхемы памяти. Пример частичного свер-
тывания; оперативная память RAM персонального компьютера сегодня состо-
ит из нескольких конструктивных микроплат. Полное свертывание: микро-
процессор на одном кристалле или в виде одного конструкционного элемента
(микросхема).


15.2.5. Мета-модель Длинные экономические волны (циклы) Кондратьева. Эко-
номисты хорошо знают модель циклического развития экономики, характери-
зующуюся волнами, имеющими стадии подъема, процветания, снижения и
депрессии. Основу каждого цикла составляют крупнейшие открытия и изо-
бретения, сделанные как правило на интервалах депрессии и полагающие на-
чало очередной технической реконструкции цивилизации, а следовательно, и
подъему экономики. Модель была предложена в 1925 году в России экономи-
стом Н. Кондратьевым и вскоре признана во всем мире.
Для стран, отличающихся уровнем развития, эти волны имеют расхождения
во времени и в специфических особенностях, однако в целом во всех эконо-
мических системах этот закон проявляется вполне отчетливо. Более того, эти
процессы свойственны и мировой экономике из-за все более растущего миро-
вого рынка. Эти волны следует прогнозировать и учитывать в стратегическом
планировании разработки новых технических систем.
Так, в основе развития XVIII века лежали такие изобретения как паровой
двигатель и ткацкий станок. Второй цикл, приходящийся на XIX век, связан с
развитием металлургии и железнодорожного транспорта. На XX век приходят-
ся третий цикл, обусловленный развитием электротехники, химии и авто-
транспорта, и четвертый цикл, обусловленный развитием авиастроения, высо-
комолекулярной нефтехимии и электроники.
В ряде прогнозов указывается, что начало XXI века совпадает с началом но-
вого экономического подъема. Прогнозируемый пятый цикл связывается с
развитием целого комплекса направлений: биотехнологии, лазерная техника,
микроэлектроника и нанотехнологии, системы коммуникации типа интернет,

<< Пред. стр.

страница 22
(всего 31)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign