Увеличение степени идеальности

Как уже отмечалось, развитие технических систем есть процесс повышения их степени идеальности. Из ( 3 .0) следует, что повышение идеальности технической системы возможно как при опережающем росте числителя (увеличение количества и качества выполняемых полезных функций), так и при опережающем уменьшении знаменателя (снижение затрат, уменьшение числа вредных функций). Особенно интенсивно идёт повышение идеальности при одновременном росте числителя и снижении знаменателя.

Повышение идеальности в рамках существующей конструктивной концепции связано с количественными изменениями. При этом можно выделить следующие тенденции: «дотягивание» – улучшение выполнения полезных функций за счёт оптимизации, разного рода мелких усовершенствований; «выжимание» – снижение факторов расплаты за счёт оптимизации, разного рода мелких усовершенствований; коррекция – снижение факторов расплаты путём полной или частичной компенсации вредных функций системы, исправления её недостатков; универсализация – увеличение количества выполняемых системой полезных функций; специализация – резкое повышение качества выполнения одних полезных функций при отказе от других; повышение единичной мощности транспортного, обрабатывающего, добывающего, энергетического оборудования.

Повышение идеальности технических систем может происходить как в рамках существующей конструктивной концепции, так и в результате радикального изменения конструкции, принципа действия системы.

Для поиска технических решений, обеспечивающих повышение идеальности в рамках существующей конструктивной концепции, могут быть использованы достаточно простые методы – функциональный подход и поэлементный экономический анализ.

Функциональный подход был предложен сотрудником фирмы «Дженерал электрик» Л. Майлзом в конце 40-х годов XX века. Его метод заключается в том, что при совершенствовании или создании той или иной технической системы или её подсистемы сначала формулируют комплекс выполняемых функций, затем ищут альтернативные возможности их реализации, оценивают стоимость их выполнения, после чего выбирают наиболее экономичный вариант. Кроме этого, полезно при анализе функций выделять среди них основные, вспомогательные и второстепенные, а также вредные и искать пути улучшения выполнения полезных, уменьшения стоимости полезных и вспомогательных и избавления от вредных.

Поэлементный экономический анализ предложен в начале 50-х годов XX века инженером Пермского телефонного завода Ю.М. Соболевым, который рекомендует разделять элементы конструкции на основные и вспомогательные. Соболев утверждает, что главное внимание конструктора всегда привлечено к основным элементам конструкции, в результате чего вариант выполнения вспомогательных элементов выбирается полуслучайно, без экономической проработки. Отсюда вывод: всегда имеется возможность удешевления производства за счёт выбора наиболее экономичного варианта выполнения вспомогательных элементов.

Таким образом, оба метода позволяют при заданных полезных функциях снижать затраты – один из факторов расплаты.

Что касается повышения идеальности при радикальном изменении конструктивной концепции, принципа действия системы, то оно связано с качественными скачками в развитии и реализуется путём разрешения или снятия противоречий, накопившихся в процессе количественных изменений. Этот процесс регулируется законами развития технических систем.

Практика показала, что одним из важных механизмов повышения идеальности технических систем является использование ресурсов. Рассмотрим ресурсы, чаще всего используемые при совершенствовании технических систем.

Ресурсы вещества готовые – любые материалы, из которых состоит система и её окружение, выпускаемая ею продукция, отходы и т.п., которые, в принципе, можно использовать дополнительно.

Пример. На заводе, выпускающем керамзит, последний используют в качестве набивки фильтра для очистки технической воды.

Ресурсы вещества производные – вещества, получаемые в результате любых воздействий на готовые вещественные ресурсы.

Пример. Для мытья посуды в ресторанах предложено использовать вместо мыла раствор натриевой соды, которая омыливает пищевые жиры, имеющиеся на грязной посуде.

Ресурсы энергии готовые – любая энергия, нереализованные запасы которой имеются в системе или её окружении.

Пример. Абажур настольной лампы вращается благодаря конвекционному потоку воздуха, создаваемому теплом лампы.

Ресурсы энергии производные – энергия, получаемая в результате преобразования готовых энергетических ресурсов в другие виды энергии, либо изменения направления их действия, интенсивности и других характеристик.

Пример. В магнитогидродинамическом насосе для перекачивания жидких металлов магнитное поле создаётся электромагнитом, получающим энергию от термопар, использующих тепло расплавленного металла.

Ресурсы информации готовые – информация о системе, которая может быть получена с помощью полей рассеяния (звукового, теплового, электромагнитного и т.п.) в системе или с помощью веществ, проходящих через систему либо выходящих из неё (продукция, отходы).

Примеры. По биению пульса тибетская медицина диагностирует до 200 болезней. Определение марки стали и параметров её обработки по летящим при обработке искрам.

Ресурсы информации производные – информация, получаемая в результате преобразования непригодной для восприятия или обработки информации в полезную, как правило, с помощью различных физических или химических эффектов.

Пример. При возникновении и развитии трещин в работающих конструкциях возникают слабые звуковые колебания. Специальные акустические установки улавливают звуки в широком диапазоне, обрабатывают их с помощью компьютера и с высокой точностью оценивают характер возникшего дефекта и его опасность для конструкции.

Ресурсы пространства готовые – имеющееся в системе или её окружении свободное, незанятое место. Эффективный способ реализации этого ресурса – использование пустоты вместо вещества.

Пример. Для хранения газа используют естественные полости в земле.

Ресурсы пространства производные – дополнительное пространство, получаемое в результате использования разного рода геометрических эффектов.

Пример. Использование ленты Мёбиуса позволяет не менее, чем в два раза повысить эффективную длину любых кольцевых элементов: ременных шкивов, магнитофонных лент, ленточных ножей и т.п.

Ресурсы времени готовые – временные промежутки в технологическом процессе, а также до или после него, между процессами, не использованные ранее или использованные частично.

Пример. Танкер, перевозящий нефть, одновременно ведёт её переработку.

Ресурсы времени производные – временные промежутки, получаемые в результате ускорения, замедления, прерывания или превращения в непрерывные протекающих процессов.

Примеры. Ускоренная или замедленная съёмка быстротекущих или очень медленных процессов. Передача информации в виде очень короткого импульса, сжатого во времени.

Ресурсы функциональные готовые – возможности системы и её подсистем выполнять по совместительству дополнительные функции, как близкие к основным, так и новые, неожиданные (сверхэффект).

Пример. Для улучшения качества записи певца микрофон устанавливают в его ухе.

Ресурсы функциональные производные – возможности системы и её подсистем выполнять по совместительству дополнительные функции после некоторых изменений.

Пример. Подъёмный кран при помощи несложного приспособления сам поднимает свои подкрановые блоки при ремонте.

Системные ресурсы – новые полезные свойства системы или новые функции, которые могут быть получены при изменении связей между подсистемами или при новом способе объединения систем.

Пример. Мощные турбогенераторы объединяют парами: один работает в режиме генератора, питающего второй, который работает в режиме двигателя и вращает первый. Такое соединение позволяет испытать оба генератора в работе на полной нагрузке. Нужно только для покрытия потерь в машинах добавить небольшой приводной двигатель.

Наиболее эффективно решаются задачи, когда удаётся использовать в качестве ресурсов вредные вещества, поля, вредные функции системы. В этом случае получается двойной эффект – избавление от вреда и дополнительный выигрыш.

Примеры. Выхлоп трактора подведён через лемех плуга в землю и продукты сгорания обезвреживаются, одновременно удобряя землю. Пьезогенератор использует шум двигателя для генерации электроэнергии, необходимой для разных устройств самолёта.

Наиболее эффективным является комбинированное использование ресурсов разных видов.

Пример. Автомобиль-бетономешалка использует ресурс времени (бетон изготавливается при его транспортировке) и энергии (вращение бетономешалки осуществляется от двигателя автомобиля).

Другими источниками ресурсов могут быть системы – соседи по общей надсистеме, их продукция или отходы, а также внешняя среда (воздух, вода, почва, фоновые поля: гравитационное, электрическое, магнитное, тепловое и т.п.). Среди ресурсов надсистемы и внешней среды необходимо особо отметить «копеечные» ресурсы – широкодоступные, дешёвые вещества.

Пример. На севере в качестве набивки фильтров для очистки воздуха используют снег.

В ТРИЗ используется удобное на практике понятие о повышении степени идеальности как о приближении технической системы к некоторой идеальной машине, которая определяется как машина, которой нет, а её функции выполняются. Аналогично можно определить идеальный технологический процесс как процесс, которого нет, а результат его – продукция – получается. Существование технической системы – не самоцель, она нужна для выполнения полезных функций. Идеально, когда она выполняет их без всякой расплаты – не имеет веса, размеров, не затрачивает энергию, материалы и т.д. Разумеется, достижение этого в реальности невозможно, за исключением тех случаев, когда выполнение нужных функций берёт на себя (по совместительству) какая-то другая, уже имеющаяся система (использован функциональный ресурс). Закон повышения степени идеальности технических систем является важнейшим в ТРИЗ. На базе понятия идеальности вводится представление об идеальном решении, идеальном конечном результате (ИКР) решения. Формулирование ИКР по заданным строгим правилам – один из главных элементов решения изобретательских задач с помощью АРИЗ. Именно ИКР позволяет выбрать среди множества направлений решения наиболее перспективное.

Ориентация на идеальность позволяет резко улучшить работу проектировщика, конструктора. Обычно конструктор подходит к задаче так: нужно осуществить то-то и то-то, следовательно, понадобятся такие-то механизмы и устройства. Правильный подход выглядит совершенно иначе. Нужно осуществить то-то и то-то и сделать это желательно, не вводя в систему новые механизмы и устройства.

В своих воспоминаниях конструктор А. Морозов, один из создателей танка Т-34, писал, что в работе руководимого им коллектива главным был принцип: «самой надёжной, непоражаемой, лёгкой и дешёвой является та деталь, которой нет в машине…».