LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 23
(всего 31)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

искусственный интеллект, космическая индустрия. Назрела также потреб-
ность в кардинальном изменении автомобильного и железнодорожного
транспорта.


15.2.6. Мета-модель Переходы в надсистему — подсистему. Эта мета-модель
хорошо коррелирует с моделями развертывания—свертывания, но имеет не-
которые специфические особенности, когда исходная система «исчезает», а
функция ее остается, но передается либо в надсистему, либо в развившуюся
часть самой этой системы.
Надо помнить, впрочем, что многие типы систем сходного назначения про-
должают длительное время сосуществовать совместно, параллельно во време-
ни, занимая свои ниши в техносфере. Этот прием позволяет новой системе В
преодолеть функциональное сопротивление со стороны «старой» системы А и
блокирующее влияние инерции интересов производителей системы А (см.
схему 14.1). Это означает, что конкуренция нового со старым может быть не
столь драматичной. Более того, в принципе можно представить себе такую
идеальную картину, когда крупные производители технических систем отка-
жутся от преследования сугубо экономических корыстых целей, а всегда будут
инициаторами и создателями прогрессивных крупномасштабных инноваций.
Формула перехода в надсистему: новая система В приходит на смену системе
А, включая систему А как одну из подсистем.
Пример 99. Удаленное считывание данных. Считывание показаний квартир-
ных датчиков расхода воды, газа и электроэнергии производится без посе-
щения квартиры служащими соответствующих компаний, а с помощью дис-
танционного опроса этих приборов прямо с автомобиля, движущегося по
улице, при этом в приборах содержится передающий радиопередатчик —
функция считывания вынесена в надсистему сбора информации. Легко про-
должить этот пример, подключив приборы к интернет. Таким образом, при-
бор стал частью надсистемы, так как одна из его важнейших функций —
«передача» показаний — технически включена в надсистему, которой эти
показания и нужны. Здесь инновация означает развертывание надсистемы и
свертывание подсистемы.
Формула перехода в подсистему: новая система В приходит на смену системе
А, как одна из ее бывших подсистем, забирая при этом все функции системы А.
Пример 100. Электрическое мотор-колесо. Первые большие карьерные само-
свалы строились по традиционной схеме «дизельный двигатель — электроге-
нератор — электродвигатель — трансмиссия на каждое колесо — колеса».
Вскоре был изобретен самосвал со следующей схемой: «дизельный двига-
тель — электрогенератор — электродвигатели-колеса», в которой электродви-
гатель встроен в каждое колесо. Это резко упростило всю систему, так как ре-
гулирование мощности и числа оборотов электродвигателя намного проще,
чем в механической трансмиссии. Таким образом, механическая трансмиссия
полностью исключена, а ее функции перешли к двигатель-колесу, в котором
и двигатель стал частью колеса! Сверхэффектом такого свертывания стало
улучшение управляемости самосвалом. Здесь, фактически, произошло свер-
тывание прежней системы привода на колеса и развертывание самого колеса.


15.2.7. Мета-модель Линии «Моно — Би / Поли — Моно». Эту модель часто
путают с рассмотренной выше. Они действительно похожи по механизму об-
разования новых систем. Однако, в модели перехода в надсистему-подсисте-
му система А сохраняется соответственно, либо как часть в структуре систе-
мы более высокого ранга (надсистема сбора информации включает первич-
ные измерительные прибоы как датчики), либо как часть системы более
низкого ранга.
Линии «Моно — Би / Поли — Моно» (рис. 15.10) показывают возможность
формирования систем одного и того же ранга, но с разной степенью сложно-
сти и функциональности. А теперь, после сделанного уточнения, можно ска-
зать, что эта же модель может применяться и как механизм перехода в над-
систему или в подсистему. Просто это не главное ее назначение.




Исходная техническая система (моно-система) удваивается с образованием
би-системы, и многократно увеличивается при обединении нескольких сис-
тем с образованием полисистемы. Как видно из рис. 15.10, могут объединять-
ся системы с одинаковыми функциями, с функциями, имеющими отличия в
параметрах (со смещенными свойствами), разнородными и инверсными (про-
тивоположными) функциями.
Во всех этих случаях главным признаком изобретения является возникнове-
ние нового системного качества, отсутствующего по отдельности у ранее су-
ществовавших систем.
Пример 101. Коллекция ножей. Если нож как моно-систему соединить с дру-
гим ножом, то получатся ножницы, имеющие иные свойства. Если металли-
ческую пластину с определенным коэффициентом линейного расширения со-
единить параллельно с пластиной, имеющей другой коэффициент линейного
расширения (то есть ту же функцию, но со сдвинутым параметром), то полу-
чим биметаллическую пластину с новым свойством — изгибание при нагрева-
нии (охлаждении). Если последовательно соединить пластины с одинаковым
коэффициентом линейного расширения, но с инверсным направлением рас-
ширения (положительным и отрицательным), то получим би-систему с нуле-
вым коэффициентом расширения!
Пример 102. Крылья летательных аппаратов. Реинвентинг по мета-модели
«Моно — Би / Поли — Моно» приведен на рис. 15.11. Исторически парал-
лельно начали развиваться все виды самолетных крыльев: моноплан, биплан
и полипланы. Вскоре более высокие показатели эффективности были дос-
тигнуты для бипланов, однако стремление получить как можно более высо-
кую скорость полета привело к преимущественному развитию монопланов.
Бипланы, неприхотливые к обустройству взлетно-посадочной площадки, по-
степенно были все же вытеснены быстрыми монопланами. Полипланы в
конце 1930-х годов и вовсе были забыты. Это направление считалось непер-
спективным. Теория развивалась преимущественно для моноплана и, час-
тично, для биплана. Монопланы достигли гиперзвуковых скоростей в 5, 7 и
10 скоростей звука, и рекордных высот более 100 км (исключительно воен-
ные машины)! Однако, некоторые качества моноплана оставались дорогими.
Например, крыло-моноплан сложно в изготовлении и в управлении, имеет
высокий вес.
В середине 1950-х годов в Московском авиационном институте под руково-
дством С. Белоцерковского сложился коллектив энтузиастов, разработавший
впоследствии теорию и практические конструкции для полипланов. Возрож-
дение забытого привело за минувшие годы к открытию выдающихся свойств
полиплана и к созданию действительно нового направления для развития са-
молетов будущего. При одинаковой подъемной силе вес полиплана в 4—6 раз
меньше веса крыла со сплошным сечением и в 2—3 раза меньше веса крыла с
полым сечением. С помощью динамизации шага между планами достигнута
практически постоянная степень устойчивости во всем диапазоне скоростей
от самых малых до гиперзвуковых! Сборка полипланов намного проще, чем
крыла-моноплана.
В этом примере Вы можете увидеть своеобразное обращение времени и воз-
врат в прошлое, или, еще лучше — воспоминание о будущем, как подобное яв-
ление назвал бы известный исследователь удивительных загадок ушедших
земных цивилизаций фон Деникен 72 !
Практически же мы можем сделать вывод о том, что приемы, собранные в
этой мета-модели, показывают, что переходы могут идти не только строго
линиям «Моно — Би / Поли — Моно», но и по линиям «Би / Поли —
Моно — Би / Поли» или «Моно — Би / Поли». То есть, мы снова видим
свойственную почти всем приемам ТРИЗ возможность версификации или об-
ращения направления действия.


15.2.8. Мета-модель Линии развития ресурсов. Развитие систем в направлении
роста идеальности связано с достижением таких свойств, как повышение сте-
пении координации ресурсов и применения хорошо управляемых ресурсов.
Управляемость системы является свидетельством ее высокого развития. Но
управляемость возможна только в том случае, когда управляемые компоненты
системы используют динамизированные ресурсы, управляемый параметр ко-
торых изменяется в нужном диапазоне.
Эти тенденции отражены в линиях развития ресурсов. Наиболее важные ме-
та-модели представлены ниже.
Переход к высокоэффективным полям приведен на рис. 15.12.




Здесь следует иметь в виду, что некоторые из этих «полей» нужно рассматри-
вать как физико-математические понятия. Например, если расмотреть все
множество механических сил, приложенных к объекту, как множество векто-
ров, то это множество и образует пространственное поле действия этих сил,
или механическое поле.
Далее, к механическим полям здесь отнесены также акустическое и гравита-
ционное. Гравитация сообщает вес всем телам на Земле. Хотя само по себе
гравитационное поле имеет далеко не полностью раскрытые свойства.
Пример 103. Забивание свай. В течение одного десятилетия в 1970-х годах от-
мечено развитие способов забивания строительных свай по всей приведенной
линии: падающий молот (гравитационный «механизм») — гидравлический
молот — электрогидравлический удар (на основе эффекта Юткина) — элек-
тромагнитный молот (разгоняется в соленоиде) — «электромагнитная свая»:
свернутая би-система «свая—молот», в которой поверхностный слой головки
бетонной сваи пропитывается электролитом, бетон становится проводником,
а вместо молота разгоняется сама свая. Следует отметить, что параллельно с
этими инновациями были признаны изобретениями и несколько пневматиче-
ских молотов, обладающих простой конструкцией.
Следующие три линии также связаны с динамизацией систем.
Примеры для иллюстрации дробления инструмента (по рис. 15.13):
Пример 104. Линия дробления хирургического инструмента: металличе-
ский скальпель — ультразвуковой скальпель — вода под давлением — ла-
зерный луч.
Пример 105. Линия дробления режущего инструмента газонокосилки: цельные
металлические вращающиеся ножи — вращающаяся металлическая цепь —
вращающаяся леска — вращающаяся струя воды под давлением.
Примеры для иллюстрации дробления вещества (по рис. 15.14):
Пример 106. Уменьшение трения скольжения в парах вращения «вал — опо-
ра»: непосредствеенный контакт трущихся металлических поверхностей вала
и опоры скольжения — бесконтактная гидростатическая опора (жидкая смаз-
ка) — бесконтактная газостатическая опора (газ подается под давлением через
пористые втулки) — магнитная сверхточная опора.
Пример 107. Повышение долговечности и надежности контактов скольжения
(щеток) для передачи тока на электродвигатели и от электрогенераторов:
угольные щетки — щетки из спеченных углеродных волокон — ферромагнит-
ный порошок с постоянным магнитным полем — магнитная жидкость — ио-
низированный газ — разряд в вакууме.
Примеры для иллюстрации введения пустоты (по рис. 15.15):
Пример 108. Применение пористых материалов в подшипниках скольжения
(см. Пример 106).
Пример 109. Автомобильная шина: сплошная — с воздушной полостью (ка-
мерная и бескамерная) — шина с перегородками (многокамерная) — шины из
пористого материала — шины из капиллярно-пористого материала с охлади-
телем — шины с заполнением пористыми полимерными частицами и гелеоб-
разным веществом.
В заключение этого раздела приведем одну более сложную мета-модель роста
управляемости полей (рис. 15.16). Можно без преувеличения сказать, что про-
гресс современной радиотехники, электронной оптики, компьютерной вычис-
лительной техники, компьютерной томографии, лазерной техники и микро-
электроники полностью опирается на эту линию развития.
Конкурирующими системами называют в ТРИЗ такие системы, которые имеют
одно и то же назначение, одинаковую главную полезную функцию, но раз-
личную техническую реализацию и, следовательно, различную эффектив-
ность. Так, по этому определению, конкурирующими являются обычные же-
лезнодорожные поезда и поезда на магнитном подвесе.
В принципе, конкуренцию систем можно рассматривать и в более широком
контексте, и в более узком. В более широком смысле можно рассматривать
конкурирующие системы разных классов (неоднородные системы), например,
автомобильный и железнодорожный транспорт. В более узком — рассматри-
вать конкуренцию близких (однотипных) систем, например, среди нескольких
марок автомобилей с близкими характеристиками.
В любом случае для интеграции выбираются так называемые альтернативные
системы — имеющие прямо противоположные пары позитивных и негатив-
ных свойств.
Пример 110 (начало). Колесо велосипеда. В известном ТРИЗ-примере рассмат-
риваются спицевое колесо, которое имеет малый вес и высокую прочность, но
сложно в сборке, и сплошное дисковое металлическое колесо (рис. 15.17,b), ко-
торое при простой сборке имеет повышенный вес либо пониженную прочность.




Метод интеграции альтернативных систем позволяет направленно конструи-
ровать новые системы путем объединения альтернативных систем таким обра-
зом, чтобы их позитивные свойства перешли в новую систему, а негативные
исчезли или были значительно ослаблены. Тем самым достигается повышение
степени идеальности (эффективности) новой системы.
В частности, этот метод позволяет продлить жизнь существующих альтерна-
тивных систем, одна из которых (или обе) достигла пределов своего развития
и исчерпала видимые ресурсы для дальнейшего прогресса. Действительно,
эффективность систем оценивается как отношение показателей, принадлежа-
щих к группам позитивных и негативных факторов, то есть к числителю и к
знаменателю соответствующей формулы (см. раздел 14.2):
I) числитель: скорость, грузоподъемность, точность и так далее;
2) знаменатель: расход электроэнергии, расход топлива, затраты на обслужи-
вание, сложность производства, экологический ущерб и его компенсация
и т. д.
При этом объединяемые системы должны иметь альтернативные пары свойств,
например, одна система является высокопроизводительной, но дорогой и
сложной, а другая — менее производительной, зато простой и недорогой. Важ-
но, чтобы при объединении произошло свертывание (вытеснение) за пределы
новой системы недостатков альтернативных систем и развертывание (возмож-
но, с усилением) полезной функции, по которой происходит интеграция.
Рассмотрим примеры интеграции однородных альтернативных систем.
Пример ПО (окончание). Достоинство спицевого колеса обеспечивается пред-
варительной напряженностью конструкции. Именно это свойство и нужно
перенести на дисковое колесо. Для этого диск выполнен из двух тонких диа-
фрагм 2 (рис. 15.18,а), устанавливаемых в обод колеса и растягиваемых в об-
ласти осевой втулки 1 таким образом, чтобы возникло предварительное на-
пряжение конструкции. Такое колесо (рис. 15.18,b), намного проще в изго-
товлении и регулировке и при одинаковой прочности обладает меньшим
весом по сравнению со спицевым колесом! Дополнительные возможности для
снижения веса практически без потери прочности состоят в создании на диа-
фрагмах вырезов или отверстий (рис. 15.18,с). Процесс изготовления диа-
фрагм при этом не усложняется, так как они получаются одним ударом штам-
па. Штамп, разумеется, становится более сложным, но это практически не
сказывается на стоимости производства при достаточно большой серии.




Пример 111. Подшипник скольжения? Такой подшипник прост в изготовлении,
выдерживает большие радиальные нагрузки и тихо работает. Однако он имеет
большой недостаток — требует приложения больших усилий для старта, так
как в статичном состоянии смазка выдавливается между валом и опорой, и
поэтому при старте фактически имеет место сухое трение. Подшипник каче-
ния является альтернативной системой, так как имеет малый пусковой мо-
мент, однако намного сложнее в изготовлении, дорог, плохо выдерживает ра-
диальные нагрузки и работает с большим шумом.
В качестве базовой системы обычно выбирают более простую и недорогую, в
данном случае, подшипник скольжения. Как сделать, чтобы его пусковой мо-
мент был почти таким же, как у подшипника качения? Нужно объединить обе
системы. Например, следующим образом: добавить в смазку микрошарики!
Тогда при старте потребуется значительно меньший пусковой момент, а при
нормальной работе будет обеспечен режим скольжения.
В качестве примера интеграции неоднородных систем рассмотрим идею
Струнной Транспортной Системы (СТС) А. Юницкого (73).
Пример 112. Струнная Транспортная Система А. Юницкого. С каким транспор-
том человечество входит в новое тысячелетие? Будет ли цивилизация медленно
стагнировать, оставаясь в плену психологической инерции — безальтернатив-
ного поклонения автомобилю и самолету? Будет ли железная дорога и далее
поглощать ресурсы на поддержание своей морально устаревшей технострукту-
ры? Наконец, наступит ли понимание того, что наша планета сейчас не более
надежна, чем «Титаник», на котором тоже не было надежного прогнозирова-
ния и управления и не хватало спасательных средств?!
Автомобиль:
1. Появился в конце XIX века. Построено за прошедший век свыше 10 млн.
км дорог, выпущено около 1 млрд. автомобилей. Автомобиль среднего
класса стоит 15...20 тысяч долларов США.
2. Современный автобан стоит 5... 10 млн долларов США/км, изымает из
землепользования около 5 га/км земли, а с инфраструктурой — до
10 га/км. Объем земляных работ превышает 50 тыс. м3/км. Автомобильные
дороги и их инфраструктура отняли у человечества свыше 50 миллионов
гектаров земли, причем отнюдь не худшей земли. Такова суммарная тер-
ритория таких стран, как Германия и Великобритания. Резерва для строи-
тельства дополнительных автодорог в Германии практически нет.
3. Ежегодно простои автотранспорта в пробках наносят ущерб экономике
Германии, исчисляемый многими десятками миллиардов долларов.
4. В последние десятилетия автомобиль стал основным рукотворным оруди-
ем убийства человека. По данным Всемирной организации здравоохране-
ния на автомобильных дорогах мира ежегодно гибнет (в том числе и от
послеаварийных травм) свыше 900 тыс. человек, несколько миллионов
становятся калеками, а свыше 10 млн. человек — получает травмы.
5. Средневзвешенная скорость движения на дорогах 60...80 км/ч; автомобиль
простаивает не менее 90 % времени своего жизненного цикла; среднее
расстояние поездок — 10...20 км; ездить в течение одного дня более
400 км — утомительно и опасно даже по автобанам Германии.
6. Автомобиль стал основным источником шума и загрязнения воздуха в го-
родах. Выхлоп автомобиля содержит около 20 канцерогенных веществ и
более 120 токсичных соединений. Автомобили расходуют суммарную
мощность, превышающую мощность всех электростанций мира!
7. Негативное воздействие на Природу оказывают системы, которые обслу-
живают автотранспорт: нефтяные скважины и нефтепроводы, нефтепере-
рабатывающие и асфальтобетонные заводы и т. д.
Железнодорожный транспорт:
1. В его современном понимании зародился в начале XIX века, хотя первые
колейные дороги существовали еще в Древнем Риме. Во всем мире по-
строено более миллиона километров железных дорог.
2. В современных условиях километр двухпутной дороги с инфраструктурой
стоит 3...5 млн долларов США, пассажирский вагон — около 1 млн дол-
ларов США, электровоз — около 10 млн долларов США. Требует при
строительстве много ресурсов: металла (стали, меди), железобетона, щеб-
ня. Объем земляных работ в среднем около 50 тыс. м3/км. Отнимает у
землепользователя много земли — около 5 га/км, а с инфраструктурой —
до 10 га/км.
3. В сложных географических условиях требует строительства уникальных
сооружений — мостов, виадуков, эстакад, тоннелей, что значительно удо-
рожает систему и усиливает негативное воздействие на Природу. Средне-
взвешенная скорость движения — 100...120 км/ч.
4. Шум, вибрация, тепловые и электромагнитные излучения от движущихся
поездов влияют на среду обитания живых организмов и жителей приле-
гающих к дорогам населенных пунктов. Пассажирские поезда в течение
года выбрасывают на 1 км полотна и полосы отвода до 12 тонн мусора и
250 кг фекалий.
5. Поезда на магнитном подвесе не могут кардинально изменить ситуацию
на железнодорожном транспорте (по крайней мере, в Европе) и требуют
недопустимых для экономики любого европейского государства затрат
на строительство новых дорог и снос или реконструкцию существующих
дорог.
Авиация:
1. Самый экологически опасный и энергоемкий вид транспорта. У современ-
ных самолетов суммарный выброс вредных веществ в атмосферу достигает
30...40 кг/100 пассажиро-километров. Основная масса выбросов самолетов
концентрируется в районах аэропортов, т. е. около крупных городов — во
время прохода самолетов на низких высотах и при форсаже двигателей. На
малых и средних высотах (до 5000...6000 м) загрязнение атмосферы окис-
лами азота и углерода удерживается несколько дней, а затем вымывается
влагой в виде кислотных дождей. На больших высотах авиация является
единственным источником загрязнения. Продолжительность пребывания
вредных веществ в стратосфере много дольше — около года. По своей ток-
сичности современный реактивный лайнер эквивалентен 5...8 тысячам
легковых автомобилей и расходует столько кислорода на сжигание топли-
ва, сколько необходимо его для дыхания более 200 000 человек. На восста-
новление содержания такого количества кислорода в атмосфере необходи-
мо несколько тысяч гектаров соснового леса или еще большая площадь
планктона океана.
2. Каждый пассажир во время многочасового полета за счет космического
естественного гамма-излучения получает дополнительную дозу облучения
в несколько тысяч микрорентген (доза облучения в салоне самолета дости-
гает 300...400 мкР/ч при норме 20 мкР/ч).
3. Под аэропорты необходимо отводить земли, по площади сопоставимые с
полосой отвода под железные и автомобильные дороги, но расположенные
в непосредственной близости от городов, а значит, более ценных.
4. Авиация оказывает очень сильное шумовое воздействие, особенно в рай-
онах аэропортов, а также — значительные электромагнитные загрязнения
от радиолокационных станций.
5. Воздушный транспорт — самый дорогой. Стоимость современных аэробу-
сов достигает 100 млн долларов США, затраты на строительство крупного
международного аэропорта превышают 10 млрд долларов США.
Этот краткий анализ не оставляет сомнений в необходимости искать возмож-
ности для кардинального изменения транспортных коммуникаций. К одной
из таких возможностей относится и изобретение инженера из Республики Бе-
ларусь Анатолия Юницкого. Впервые идея была опубликована им в 1982 году
в бывшем СССР и, разумеется, не нашла официальной поддержки. Ее автор
еще до этого события уже был занесен в списки неблагонадежных. Попытки
дискредитации А. Юницкого предпринимались с конца 1970-х годов за его
идею о геокосмической индустриализации (см. раздел 18.2), резко контрасти-
ровавшей с официальной триумфальной политикой ракетного освоения око-
лоземного космоса.

А теперь выполним реинвентинг изобретения А. Юницкого на основе Метода
интеграции альтернативных систем.
Альтернативная система 1 — высокая скорость, но малая маневренность (же-
лезнодорожный состав), система 2 — невысокая скорость, но большая манев-
ренность (автомобиль).
При междугородных коммуникациях нельзя игнорировать требование безо-
пасности и достаточно большой скорости движения. Поэтому в данном случае
за базовую принимается железная дорога. С другой стороны, в случае аварии
по причине одиночного схода с путевой структуры автомобиль представляет
меньшую опасность, так как несет меньшее количество пассажиров. То есть.
технические преимущества автомобиля существенно обусловлены его модуль-
ностью и малыми габаритами по сравнению с поездом.
Эти рассуждения приводят к первому положению: транспорт должен стать
высокоскоростным на основе модулей с небольшим числом пассажиров.
Далее, проблемы отчуждения земли и стоимость строительства новых трасс.
Высокая скорость требует высокой ровности и прямолинейности путевой
структуры. Именно этим требованиям в большей мере удовлетворяют желез-
нодорожные пути. Однако, из-за огромного веса железнодорожных составов
путевая структура требует обустройства мощных фундаментов, экологически
вредных и дорогостоящих. Переход к модульной концепции транспорта при-
водит ко второму положению: путевая структура рельсового типа может
представлять собой достаточно легкие сооружения, поднятые над землей и от-
личающиеся особой ровностью и прямолинейностью, относительно не зависящей
от рельефа местности.
Модульный транспорт безальтернативно должен быть только электродвижи-
мым (см. далее Практикум 14—15). Отсюда третье положение: если автомо-
биль претендует на место в будущем, то он должен с т а т ь электромобилем, и
быть интегрированным с новой путевой структурой.
Идея СТС заключается в следующем.
Основой СТС являются два специальных токонесущих рельса-струны (изоли-
рованные друг от друга и опор), по которым на высоте 10...20 м (или более,
при необходимости) движется четырехколесный высокоскоростной модуль —
электромобиль. Благодаря высокой ровности и жесткости струнной путевой
структуры на СТС легко достижимы скорости движения в 250...350 км/час

<< Пред. стр.

страница 23
(всего 31)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign