8Pесурсы

РЕСУРСЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Чтобы получить высокоидеальное решение, то есть обеспечить выполнение функции с минимальными затратами, необходимо найти соответствующие ресурсы в самой проблемной системе или в её окружении.

В предыдущей главе рассматривалась задача об удалении вбитых в дно реки свай. Какие же ресурсы можно было найти, чтобы убрать сваи?

Можно было тянуть сваи с берега, используя людей или конные упряжки. Для этого требуются рабочие, лошади, длинные прочные канаты, лодки, чтобы крепить канаты на сваях, и т.д. Можно было соединить несколько плотов вокруг сваи, раскачать её с этих плотов и потом рычагом вытянуть из грунта. Плоты нужны большие и прочные, чтобы при вытягивании свай они не ушли под воду, не развалились. И нужны люди - сильные и в достаточном количестве. Предлагались и экзотические решения: спустить в колоколе на дно людей с пилами или поместить сваю в трубу и растворить её кислотой.

В действительности был использован идеальный ресурс, самый мощный ис-точник энергии - сама река. Сила её течения превосходит силы всех рабочих, вместе взятых, к тому же этот ресурс совершенно бесплатный и практически не-исчерпаемый. Реку можно использовать для удаления свай разными способами. Например, затопить вокруг сваи несколько бочек, привязав к ним мешки с камнями, а затем, закрепив бочки верёвками к свае, обрезать «якоря». Всплывающие бочки, если они достаточно велики, выдернут сваю. В этом случае работу выполнит подъёмная сила воды. Можно использовать и кинетическую энергию течения воды - сделать «водяной парус». Для этого придётся опустить в воду полотнище, привязав его к сваям, и позволить течению реки, наполняющему этот «парус», выворотить сваи из дна. А можно, как и было сделано, закрепить к сваям брёвна и, дождавшись ледохода, наблюдать с бережка, как движущийся лёд вырвет и унесёт сваи.

Итак, решение любой проблемы, как в приведённом выше примере, во многом зависит от нахождения и грамотного использования ресурсов.

Ресурс - это вещество, энергия, информация, которые могут быть использованы для решения задачи.

Высокоидеальные решения получаются с использованием тех ресурсов, которые уже есть в системе. Если нужного ресурса нет, его зачастую можно получить, изменяя существующие. Например, если для решения задачи нужно использовать жидкость, а в наличии есть только твёрдые вещества, жидкость можно получить расплавлением. Находить, «вычислять» и задействовать ресурсы - это одна из важных составляющих умения решателя.

Ресурсы

ВИДЫ РЕСУРСОВ

Классификацию ресурсов полезно знать, чтобы вести их поиск не случайным образом, а системно. Различают энергетические и вещественные, пространственные и временные, информационные ресурсы.

Энергетические ресурсы. Практически в каждой ТС существуют источники энергии и силы - как явные, так и скрытые. Даже в такой простой ТС, как свая, можно обнаружить продольную и поперечную силы упругости материала, со-противляющиеся давлению, вес сваи, энергию, горения древесины. В надсистеме «река» есть кинетическая энергия движения воды, вес воды, сила Архимеда... При взаимодействии разных систем тоже могут порождаться определённые силы: давление потока на сваю, сила трения и нагрев соприкасающихся тел.

Вещественными ресурсами могут являться все вещества, которые есть в системе или её надсистемах. В задаче об удалении свай вещественным ресурсом можно считать воду в реке, канаты, тягловых лошадей, камни и песок на берегу и дне.

Пространственные ресурсы - это пространство, которое может быть полезно использовано, «пустота», особенности формы объектов, которые можно применить для изменения исходной системы или повышения эффективности её эксплуатации. Примером использования пространственных ресурсов может служить предложение полностью забивать сваи в дно. Ресурс здесь - пространство под дном, которое обычно не принимается в расчёт при решении.

Временные ресурсы - это промежутки времени, которые могут быть исполь-зованы для улучшения функционирования системы, для выполнения дополни-тельных операций. Классическим примером этого вида ресурсов является объ-единение времени выполнения двух различных операций, скажем, обработка объекта во время его транспортировки.

Отдельно нужно сказать об информационных ресурсах. Все перечисленные выше ресурсы могут считаться информационными, если они являются определёнными сигналами. Так, информационным ресурсом для опытного моряка служит завихрение воды над погружённым в воду предметом.

В реальных ситуациях далеко не всегда есть именно то, что необходимо для решения задачи. Изменение, модификация исходного ресурса с целью приведения его к нужному виду - важная часть работы решателя. Такого рода изменённые ресурсы называются производными. Например, целлюлоза, которая входит в состав свай, не может быть использована как ресурс, но после пропитки целлюлозы определёнными химикатами образуется состав, который может гореть под водой. При наличии такого производного ресурса сваи могут быть просто сожжены.

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПОИСКУ РЕСУРСОВ

В какой последовательности надо вести поиск ресурсов? Прежде всего со-ставляется «портрет» необходимого ресурса. Начинать поиск целесообразно с анализа самого объекта, подвергаемого обработке, затем используемой для выполнения работы системы, прежде всего, её рабочего органа. После этого ис-следуются возможности ближайших надсистем.

Например, нужно найти нечто, позволяющее убрать сваю из реки. Сначала рассматриваем ресурсы обрабатываемого объекта. Свая - это древесина, а значит, её можно сжечь, если пропитать специальным веществом. Свая имеет определённую частоту собственных колебаний, а значит, может быть разрушена при помощи резонанса. Затем идёт поиск ресурсов той системы, которую уже пыта-

триз

лись использовать для выдёргивания свай. Предположим, что это подъёмные механизмы на лодках. Изыщем возможности повышения эффективности их работы. Для этого можно рассмотреть возможность использования более мощных подъёмных механизмов, а можно подумать об увеличении подъёмной силы лодки или плота при освобождении их от балласта. Такой ресурс лодок, как площадь боковой поверхности, соединившись с напором течения, может обеспечить боковую силу, выламывающую сваю из дна. После этого переходим к ресурсам надсистем. Сваи находятся в реке, поэтому рассматриваем прежде всего ресурсы реки... Это не только сила и давление потока воды. Поиск пространственных ресурсов, в том числе на дне и под дном реки, может привести к новому решению - не вытаскивать сваю, а вбить её как можно глубже в дно, чтобы не мешала.

При поиске ресурсов важно преждевременно не вводить каких-либо ограни-чений. Иногда фантазийные на первый взгляд идеи приводят к самым интересным, неочевидным решениям.

Системный подход повышает надёжность поиска и позволяет планомерно рассматривать входящие в систему и надсистемы ресурсы и связи между ними.

Упражнение 9

Найдите ресурсы, которые можно использовать для решения поставленных ниже задач.

1. Для комфортного обитания в жилых помещениях требуется поддерживать определённую влажность. Как можно добиться этого без использования специальных устройств - увлажнителей воздуха?

2. Проколотая шина велосипеда - это проблема во время дальней поездки, если с собой нет велосипедной «аптечки». С помощью каких ресурсов на камеру велосипедного колеса можно поставить заплатку?

3. Использование стиральных порошков упрощает стирку белья, но слив сточной воды загрязняет окружающую среду. Какие ресурсы белья, воды, стиральной машины и её надсистем могут быть использованы для стирки без стиральных порошков?

4. Знакомство нового сотрудника с коллегами не всегда проходит быстро. Как повысить эффективность этого процесса с помощью ресурсов самого сотрудника, а также надсистем, в которые он входит?

_{РОТИВОРЕЧИЯ}

ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ

Люди часто предъявляют комплексные требования к технической системе. Например, ТС должна быть надежна, проста в эксплуатации, легка, потреблять мало энергии. Мы хотим, чтобы автомобиль был быстрым безопасным и потреблял мало бензина, чтобы корабль был максимально прочным и при этом лёгким, чтобы телефон был миниатюрным и с удобной клавиатурой.

Но выполнить всю совокупность таких требований непросто. Сделали новый двигатель мощнее - это хорошо, теперь автомобиль может двигаться с большой скоростью! Но он стал потреблять больше топлива, а значит, стал менее эко-номичным. Изменили глушитель, ввели в него катализатор для нейтрализации газов - это хорошо, автомобиль стал более экологичным. Но при этом выросло сопротивление выхлопного тракта, а это плохо - снизилась мощность двигателя. Получается, что новые решения могут иметь и нежелательные последствия. Чтобы учесть это при решении изобретательских задач, в ТРИЗ изобретателькую ситуацию формулируют в виде технического противоречия.

Техническое противоречие (ТП) - модель описания ИС, в которой выделены желательные и нежелательные последствия конкретного изменения ТС.

Делая корпус корабля более узким, снижаем затраты на трение и получаем высокую скорость хода. Но при этом снижается и остойчивость корабля, при волнении на море он может перевер-нуться. Делая корабль более широким, добьёмся хорошей остой-чивости, но снизится скорость хода.

Уменьшая размер кнопок на панели мобильного телефона, делаем его максимально компактным. Но набирать номер станет неу-добно. Увеличив размер кнопок, получаем возможность удобного набора номера, но для размещения таких кнопок потребуется большой корпус.

Используя пароли, состоящие из нескольких десятков знаков, по-вышаем защиту компьютерных программ от взлома. Но такой пароль трудно запомнить. Короткий пароль легко запомнить, но легко и подделать.

Используя более вместительные автобусы, уменьшаем количество автобусов на маршрутах и затраты на заработную плату водителей, но при этом увеличиваются время посадки и выхода пассажиров и интервалы движения. Используя небольшие авто-бусы, интервалы движения сокращаем, но затраты на заработную плату водителей возрастают.

триз

Техническое противоречие можно отобразить следующей схемой (рис. 10):

С

Свойство «не А»

Рис. 10

войство «А»

ВЫЯВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ

Эта работа может быть выполнена в несколько шагов.

шаг Пример выполнения
1. Выберите техническую систему	Окно	Акваланг
2. Поставьте цель развития ТС - улучшить какую-либо характеристику	Повысить прочность	Увеличить срок автономной работы
3. Предложите, какой элемент ТС можно изменить и как, чтобы достичь цели	Увеличить толщину стекла	Увеличить размер воздушных балло-нов
4. Выявите, какая полезная характеристика ТС при этом ухудшится	Уменьшится прозрачность стекла	Ухудшится манёвренность аквалан-гиста
5. На основе шагов 3 и 4 сформулируйте техническое противоречие	Увеличивая в окне толщину стекла, повышаем его прочность, но при этом снижается освещённость	Увеличивая размер баллонов, увеличи-ваем длительность автономного плава-ния, но при этом акваланг становится менее удобным для манёвров
6. Измените элемент, выбранный на шаге 3, противоположным образом и постройте техническое противоречие, обратное сде-ланному на шаге 5	Уменьшая в окне толщину стекла, улучшаем освещённость, но при этом снижается его прочность	Уменьшая размер баллонов, делаем акваланг удобным для манёвров, но при этом снижается длительность автономного плавания

Рис. 11. Схема ТПдля окна

Рис. 12. Схема ТПдля акваланга

Формулировка ИС в виде ТП имеет эвристический потенциал - она как бы отрезает пути поиска компромиссных, не идеальных решений, а также позволяет использовать инструмент «Приёмы устранения технических противоречий».

Противоречия

ФИЗИЧЕСКОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ

Ещё большим эвристическим потенциалом обладает физическое противоречие.

Стандартный путь совершенствования ТС - оптимизация, то есть выбор оптимальных значений их характеристик. При этом стараются достичь простого компромисса между противоположными требованиями к ТС. Но это не всегда возможно. Когда оптимизация не позволяет достичь нужного потребительского качества, приходится решать изобретательскую задачу.

Для этого нужно точно поставить задачу - достичь максимально возможного уровня реализации противоположных свойств. Такая задача формулируется в виде так называемого физического противоречия.

Большой толщины Малой толщины Большой Малый

для прочности для прозрачности для автономности для манёвренности

Рис. 13, ФП для окна Рис. 14. ФП для акваланга

Физическое противоречие (ФП) - это модель описания задачи, в которой противоположные требования предъявляются к одному элементу ТС.

• Корпус корабля должен быть узким, чтобы снизить затраты на трение и получить высокую скорость хода, и корпус корабля дол-жен быть широким, чтобы обеспечить хорошую остойчивость. Кнопки на клавиатуре мобильного телефона должны быть ком-пактными, чтобы можно было уменьшить его корпус, и кнопки должны быть большими, чтобы было удобно набирать номер.

• Компьютерный пароль должен быть длинным, чтобы его трудно было подобрать, и он должен быть коротким, чтобы пользователь мог легко его запомнить.

• Автобусы должны быть вместительными, чтобы уменьшить ко-личество водителей, и автобусы должны быть небольшими, чтобы снизить интервал их движения.

Физическое противоречие предполагает объединение в рамках одного вы-сказывания двух «должно быть», двух противоположных требований решателя.

? Можно ли сказать, что в любой технической системе есть прису-

щие ей противоречия?

- Из самого определения противоречий следует, что в природе их не существует. Противоречие лишь модель проблемной ситуации, и формулирует её сам человек.

_п

РИЁМЫ УСТРАНЕНИЯ

_{ПРОТИВОРЕЧИЙ}

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Любая вещь, созданная человеком, - это результат какого-либо технического решения или изобретения. Опыт творческого труда поколений новаторов собран в десятках миллионов патентов, хранящихся в патентных библиотеках.

В основе любого технического решения лежит некий принцип. Принципов значительно меньше, чем изобретений. Есть множество историй о том, как изо-бретатели случайным образом находили некий принцип и переносили его на решаемую задачу. Наблюдая за открыванием дверей в трамвае, изобретатель видит в них принцип разворачивания сложенной конструкции и создаёт новое устройство для спуска спасательных шлюпок на воду. Разбирая игрушки своего ребёнка, изобретатель берёт в руки надувного клоуна, осознаёт принцип использования пневмоконструкций и вдруг понимает, как сделать уникальное приспособление для станка... Если такие принципы специально выделить из массива сделанных ранее изобретений, то они могут стать приёмами-подсказками при решении новых изобретательских задач.

Но как ограниченное количество приёмов-подсказок можно использовать для решения бесконечного количества разнообразнейших изобретательских задач? Для того чтобы приёмы стали действительно эффективными, понадобился новый подход к описанию самих изобретательских задач, к сворачиванию информации.

ПРИЁМЫ УСТРАНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ

Такой новый подход появился в рамках ТРИЗ. Изобретательские задачи в ТРИЗ стали представляться как выявленные противоречия. При этом оказалось, что огромное количество разнообразных задач можно свести к ограниченному количеству противоречий. И обобщённые принципы (приёмы-подсказки) стали подходами к устранению противоречий.

Так, поиск разрешения противоречия между прочностью конструкции и её весом дал идею местного увеличения толщины, то есть рёбер жёсткости. Гребень на шлеме воина Римской империи, шпангоуты парусных кораблей или силовой набор корпуса ракеты: все эти решения являются примерами применения одного принципа. Этот принцип звучит так: используйте неоднородное строение конструкции для достижения обеих поставленных целей - и высокой прочности, и малого веса конструкции. Такой обобщённый принцип уже может служить изобретательским приёмом для решения изобретательских задач, содержащих противоречие между прочностью и весом конструкции.

Для поиска таких принципов Г.С. Альтшуллер проанализировал огромный массив изобретений из патентного фонда. В результате были выявлены 40 приёмов, с помощью которых может быть устранено множество противоречий¹³.

¹³Генрих Альтшуллер считал, что прогностическая сила этих 40 приёмов будет убывать - ведь техника меняется. В книге «Творчество как точная наука» он высказал мысль, что список найденных 40 приёмов будет актуален 10-15 лет. С тех пор прошло уже больше 20 лет, и список частично устарел. В настоящее время имеется несколько других, авторских списков.

Приёмы устранения противоречий

Приёмы устранения технических противоречий - это инструмент решения изобретательских задач, представляющий собой обобщён-ные рекомендации по устранению противоречий, основанные на систематизированном опыте изобретателей.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИЁМОВ

Для примера рассмотрим приём «Принцип перехода в другое измерение». Он предлагает:

• изменить направление ориентации (направление движения) объекта, например, наклонить объект или положить его «на бок»;

• использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной;

• устранить трудности, связанные с размещением или движением объекта по линии, размещением (перемещением) объекта в двух измерениях (то есть на плоскости). Соответственно трудности, связанные с размещением или движением объекта в одной плоскости, устранить переходом к пространству трёх измерений.

Именно так: от контакта в точке к контакту по линии, а от линии к плоскости и далее к объёму - развиваются рабочие органы обрабатывающих станков. Фрезерные и токарные станки воздействуют на заготовку инструментом в точке. Такое изменение заготовки требует много времени. Переход к обработке заготовки сразу несколькими инструментами - это переход к обработке по линии. Пресс (штамп) позволяет формировать сложную поверхность мгновенно - это обработка по плоскости, по поверхности. Обработка в объёме требует объёмного инструмента. Примером такого рабочего органа является пучок элементарных частиц, меняющий структуру материала заготовки сразу во всём объёме.

Рассмотрим пример применения этого приёма.

Н а аэродроме авиационного завода скопилось много изготовленных, но ещё не принятых заказчиком самолётов. В связи с приближением осенней непогоды самолёты потребовалось обязательно укрыть в ангаре, но оказалось, что он может принять только две трети всех машин. На плане ангара проверяли различные варианты их размещения, но приемлемого решения не было. И всё-таки с помощью принципа перехода в другое измерение оно было найдено. Конечно, самолёты не стали подвешивать под крышу ангара, ставить вертикально или громоздить друг на друга. У самолётов просто сдули шины на одном из шасси. Все самолёты наклонились на одно крыло, и появилась воз-

триз

можность расположить их так, что крылья разных машин в плане совпали. Все самолёты поместились в ангаре.

Применение приёма не отменяет необходимости думать. Приём не даёт самого решения, а задаёт некий вектор, направление такого «думания». Увидеть идею решения, представить особенности его реализации на основе предлагаемого принципа должен решатель. Поэтому работа с приёмами должна быть скрупулёзной. Надо внимательно, под самыми разными углами зрения проанализировать рекомендации, заложенные в приёмах.

ТАБЛИЦА ВЫБОРА ПРИЁМОВ УСТРАНЕНИЯ ТП

Как выбрать нужный для решения задачи приём из всего списка приёмов? Их последовательное применение (так называемый перебор вариантов) занимает много времени. Для ускорения отбора приёмов под конкретную задачу Г.С. Альтшуллер в 60-х годах XX века разработал специальный поисковый аппарат -таблицу выбора приёмов устранения технических противоречий¹⁴.

Таблица состоит из тождественных друг другу горизонтальной и вертикальной осей, включающих перечень из 39 ключевых характеристик технических систем. Конфликтные отношения между ними и составляют суть большинства технических противоречий, встречающихся на практике. В ячейки таблицы вписаны номера приёмов из списка.

Прежде чем выбрать приём, нужно сформулировать техническое противоречие, составляющее суть изобретательской задачи. Затем улучшаемая и ухудшаемая характеристики, описанные в противоречии, адаптируются к характеристикам на осях таблицы. Так, если по условиям задачи требуется повысить точность работы прибора, то можно выбрать строку «точность измерений». Но можно, детально исследовав, от чего зависит точность, выбрать конкретную характеристику, которую надо улучшить в приборе, например «силу». На пересечении найденных строки (улучшаемой характеристики) и столбца (ухудшающейся при этом характеристики) находится ячейка, в которой обозначены номера приёмов.

¹⁴Мы рекомендуем преподавателям ТРИЗ включать список приёмов устранения технических противоре-чий и таблицу выбора приёмов в раздаточный материал. Соответствующие материалы можно найти на сайтах www.altshuller.ru (на русском языке) и www.triz-journal.com (на английском языке).

Приёмы устранения противоречий

Приёмы в каждой ячейке даны не в порядке их возрастания, а по частоте применения в исследованном массиве изобретений. Поэтому если необходимо найти как можно более простое и быстро внедряемое решение, приёмы следует использовать, начиная с первого из рекомендованных. Если же решение должно быть как можно более оригинальным, неожиданным, нужно начинать с последнего.

Подробно работа с таблицей приёмов устранения противоречий рассматривается в материалах для второго уровня аттестации.

Рис. 17. Фрагмент таблицы

СПОСОБЫ РАЗРЕШЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ

После того как в ТРИЗ появился новый инструмент - ФП, анализ задач стал проводиться глубже, до формулирования физических противоречий. Физические противоречия наиболее чётко выражают суть стоящей перед изобретателем задачи. Естественно, что решением изобретательской задачи стало считаться разрешение ФП. Потребовались инструменты, помогающие изобретателю на этой стадии работы.

Были найдены основные способы разрешения противоречивых требований, определённых в ФП.

• В пространстве (одна часть элемента ТС удовлетворяет одному требованию, а другая часть - другому).

ФП: объект должен быть горячим и холодным. Его можно разрешить в пространстве - одна часть (элемент) ТС горячая, а другая - холодная. Именно так разрешено противоречие в сковороде: рабочая поверхность горячая, а ручка - холодная.

• Во времени (в одно время элемент ТС удовлетворяет одному требованию, а в другое время - другому).

Стёкла очков должны пропускать много света, чтобы человек мог хорошо видеть в полутёмных помещениях, и они должны пропускать мало света, чтобы глазам было комфортно при ярком освещении. Очки «хамелеон» позволяют разрешить это противоречие во време-

fe«CT ТРИЗ

ни - они прозрачные и пропускают много света, если освещение слабое, и они тёмные, пропускают мало света, если освещение яркое.

В отношениях (элемент должен обладать определённым свойством по отношению к одному объекту надсистемы и противоположным свойством по отношению к другому объекту надсистемы).

Москитная сетка непроницаема для насекомых, но проницаема для воздуха.

А что делать, если не удаётся разрешить противоречие? В этом случае нужно искать решение, при котором противоречие не возникает вообще.

Противоречие: корпус корабля должен быть узким; чтобы сопротив-ление воды было малым, и широким, чтобы иметь хорошую остойчи-вость. Это противоречие невозможно разрешить до конца – требо-вания должны удовлетворяться в одно и то же время, в одном и том же месте... Но возможен переход на другой принцип работы — движе-ние над водой. У судна на воздушной подушке этого противоречия нет.

Указанные выше общие способы устранения противоречий могут быть кон-кретизированы с помощью уже известных нам приёмов устранения технических противоречий. Так, принципы местного качества и перехода в другое измерение являются частными случаями общего подхода - разрешения противоречия в пространстве.

Упражнение 10

Приведите примеры, иллюстрирующие данные приёмы устранения ТП¹⁵:

1. Принцип дробления:

а) разделить объект на независимые части;

б) выполнить объект разборным;

в) увеличить степень дробления объекта.

2. Принцип вынесения:

Отделить от объекта мешающую часть (мешающее свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть (нужное свойство).

В отличие от предыдущего приёма, состоящего в делении объекта на одинаковые части, здесь имеется в виду разделение объекта на разные части.

3. Принцип местного качества:

а) перейти от однородной структуры объекта (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной;

б) разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции;

в) каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благопри-ятных для её работы.

¹⁵Приёмы формулируются в классической интерпретации, по книге Г. Альтшуллера «Творчество как точная наука». Номера приёмов совпадают с номерами, под которыми они даны Альтшуллером в полном списке 40 приёмов устранения ТП.

Приёмы устранения противоречий

5. Принцип объединения:

а) объединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты;

б) объединить во времени однородные или смежные операции.

10. Принцип предварительного действия:

а) заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично);

б) заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затрат времени на доставку и с наиболее удобного места.

15. Принцип динамичности:

а) характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы;

б) разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга;

в) если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.

21. Принцип проскока:

Вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.

22. Принцип «Обратить вред в пользу»:

а) использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта;

б) устранить вредный фактор за счёт сложения с другими вредными факторами;

в) усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.

26. Принцип копирования:

а) вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощённые и дешёвые копии;

б) заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображе-ниями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии);

в) если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфра-красным и ультрафиолетовым.

₁

При всем разнообразии технических систем они имеют много общего. В про-цессе эволюции все они проходят характерные этапы развития, подобно тому как эволюционируют биологические системы.

Альтшуллер сформулировал некоторые общие черты развития ТС и назвал их законами развития технических систем. Ниже приведён перечень этих законов¹⁶ с краткими комментариями к каждому из них.

1. Закон полноты частей системы

1

Законы развития технических систем

НеобходиНеобходимым условием функционирования развитой ТС является минимальная работоспособность её основных функциональных блоков.

Основные функциональные блоки развитой ТС: рабочий орган, трансмиссия, двигатель и орган управления. Рабочий орган (РО) - это элемент ТС, непо-средственно выполняющий главную функцию (ГФ), ради которой была создана данная ТС. Например, в водяной мельнице рабочим органом являются жернова, растирающие зерно в муку. Для выполнения главной функции РО должен получать энергию от двигателя (мельничного колеса) через трансмиссию (вал и шестерни).

Если хотя бы один из функциональных блоков будет неработоспособным, ТС не сможет выполнять ГФ.

Электрическая дрель имеет все основные функциональные блоки развитой ТС. Представим себе, что один из функциональных блоков не имеет минимально достаточной работоспособности. Например, у двигателя недостаточно мощности, чтобы вращать сверло при из-готовлении отверстия. В этом случае и дрель как таковая не сможет выполнять свою главную функцию. Так же не будет выполняться ГФ, если элемент трансмиссии - зажим сверла - не удерживает сверло от прокручивания...

2. Закон энергетической проводимости

системы

Необходимым условием жизнеспособности ТС является сквозной проход энергии от двигателя через трансмиссию к рабочему органу.

Смысл закона: энергия не должна теряться по пути от двигателя к рабочему органу.

¹⁶Формулировки законов даны в интерпретации авторов пособия с целью сохранения теоретической цельности и согласованности терминологии в данном пособии.

Законы развития технических систем

Потерь энергии вообще не должно быть, но это возможно лишь в идеальной модели. Реально же энергия теряется в процессе передачи, а также при преоб-разовании её из одного вида в другой.

3. Закон согласования ритмики частей

системы

Необходимым условием жизнеспособности ТС является согласо-вание ритмики (частоты колебаний, периодичности) работы подси-стем ТС, а также процессов, происходящих в ТС и её надсистемах.

Другими словами, эффективное выполнение главной функции возможно, если периодичность работы подсистем ТС согласована.

В механических часах скорости вращения всех шестерёнок внутри механизма различны, но они согласованы так, чтобы за один оборот минутной стрелки часовая повернулась ровно на 1/12 от полного круга, то есть на 30°.

Порошковое молоко растворяется в воде во много раз быстрее, если на взвесь (смесь порошка и воды) воздействовать ультразвуком с частотой, величина которой приближена к частоте собственных колебаний крупинок порошка.

Ещё одна возможность согласования: выполнение одного вида действий в паузах другого действия.

В начале XX века изобрели устройство для стрельбы из авиационного пулемёта «сквозь» плоскость пропеллера: пули пролетали сквозь про-пеллер в те моменты, когда вращающиеся лопасти не закрывали дуло.

В некоторых случаях этот закон выражается в сознательном рассогласовании ритмов.

В сейсмоопасных зонах при строительстве зданий и сооружений спе-циально задают их собственные частоты колебаний так, чтобы они как можно сильнее отличались от возможных частот сил тектони-ческих колебаний, воздействующих извне.

4. Закон увеличения идеальности технических

систем

Развитие ТС идёт в направлении увеличения идеальности.

Увеличение идеальности - это улучшение выполнения функций технической системой или добавление ей новых функций при уменьшении затрат на создание и эксплуатацию ТС.

триз

В науке применяется такой инструмент моделирования, как идеализация. Выявив некоторое важное свойство, тенденцию, предполагают, что она достигает своего предела. При этом в модели могут быть отброшены остальные свойства, характеристики объекта или процесса, не столь важные для конкретного рассмотрения. Процедура идеализации даёт возможность сформировать логический предел развития реального объекта - идеальный объект. Широко известный пример - понятие идеального газа.

Альтшуллер ввёл в ТРИЗ понятие идеальной ТС. Идеальная система - это система с нулевыми затратами на её создание и на выполнение функции. Такая система имеет эффективность, равную бесконечности.. Конечно, стремление к такому результату - достойная цель для разработчиков и изобретателей.

Как же реализуется тенденция увеличения идеальности на практике? Наиболее ярким наглядным примером повышения идеальности ТС является развитие компьютерной техники.

Всего за несколько десятков лет компьютеры прошли путь от огром-ных сооружений со сроком бесперебойной работы несколько часов до микроминиатюрных конструкций, не требующих обслуживания в те-чение всего срока функционирования. При этом невообразимо выросли скорость счёта, память, скорость обмена информацией. Особенно впечатляет прогресс, если рассмотреть, сколько атомов необходимо организовать для хранения одного бита информации. Если в 50-х годах их требовалось тысячи миллиардов, то в 70-х - уже десятки миллионов, а сейчас - десятки тысяч. Современные эксперименты доказывают возможность перехода к квантовым компьютерам, в которых всего один атом будет хранить один бит информации и даже более.

Увеличение идеальности на примере тенденции к миниатюризации электронных приборов очевидно и понятно. А как идёт развитие, например, транспортных систем? Они не уменьшаются, скорее, наоборот - транспортные машины всё более увеличиваются в размерах. Современные «Боинги» и нефтеналивные танкеры выглядят значительно более грандиозно, чем их предшественники. Не противоречат ли эти факты закону увеличения идеальности?

Абсолютно идеальное транспортное средство - когда средства нет, а функция выполняется (например, груз сам движется в нужном направлении с необходимой скоростью). Стремление к этому идеалу проявляется в том, что повышается доля веса груза в полном весе транспортного средства. За последние 40 лет удельная мощность автомобилей для перевозки стандартных контейнеров выросла вдвое, средняя скорость - почти в 2 раза, расход топлива на сотню километров снизился в 1,5 раза, то есть реализуется та же тенденция - более экономная реализация требуемой функции.

5. Закон неравномерности развития частей

системы

Развитие подсистем ТС идёт неравномерно: чем сложнее система, тем неравномернее развитие её подсистем.

Подсистемы ТС в процессе её эволюции развиваются неравномерно. Одни из них могут сделать революционный «прыжок» в развитии, другие, наоборот, оста-новиться в развитии. Возможности «передовых» подсистем входят в противоре-

Законы развития технических систем

чие с характеристиками «отстающих». Для того чтобы вывести отстающие под-системы на уровень передовых, надо реализовать новые технические решения.

Процессоры персональных компьютеров очень быстро совершенству-ются, а система охлаждения процессоров (кулер) практически не ме-няется. Поэтому охлаждение компьютеров, особенно ноутбуков, неэф-фективно. Частая причина ремонта компьютера - поломка кулера.

Водоизмещение современных крупнотоннажных танкеров значительно возросло, и система торможения не может эффективно погасить скорость массивного судна. От начала торможения до полной остановки танкер проходит несколько миль.

6. Закон перехода в надсистему

Техническая система в процессе развития может передавать часть функций в надсистему либо объединяться с другими ТС в новую надсистему.

Суть: одна или несколько функций однотипных ТС, выполнявшихся ранее каждой системой самостоятельно, начинают выполняться в надсистеме.

Когда-то в каждом доме была отдельная отопительная система -печь. Потом функция нагрева теплоносителя была передана в над-систему. Так возникла система центрального отопления, когда одна котельная отапливает несколько многоквартирных домов и строений, а в домах остались только устройства для теплоотдачи - батареи.

Если ТС объединяется с другой системой, то полученная новая ТС называется бисистемой. Бисистема является надсистемой для любой из объединённых ТС. Даже при объединении в бисистему одинаковых ТС возникают новые полезные свойства.

Двуствольное охотничье ружьё: охотник несёт одно ружьё вместо двух. Дополнительный выигрыш в том, что стволы могут нести раз-ные заряды.

Катамаран обладает большей остойчивостью по сравнению с одно-корпусной лодкой, кроме того, в нём один парус вместо двух.

Бинокль по сравнению с подзорной трубой обеспечивает бинокулярное зрение, что позволяет различать относительное удаление на-блюдаемых объектов.

Часто в бисистему объединяют похожие, но различающиеся по какой-то харак-теристике ТС. Они называются бисистемами со сдвинутыми характеристиками.

Карандаш, имеющий с одной стороны красный грифель, а с другой -синий.

Биметаллическая пластина - это две жёстко и параллельно соеди-нённые металлические пластины с различными коэффициентами

ТРИЗ

линейного расширения. Она обладает новым свойством: изгибается в ту или иную сторону в зависимости от изменения температуры при нагревании или охлаждении. Это свойство широко используется в технике: терморегуляторы в электроутюгах, электрических ото-пительных батареях и др.

Объединяют в бисистемы и ТС с дополняющими друг друга характеристиками или функциями.

Железобетон представляет собой объединение бетонной и стальной конструкций. Металлическая арматура хорошо работает на рас-тяжение, а бетон - на сжатие. Их характеристики складываются, в результате железобетон хорошо сопротивляется обоим типам усилий. Кроме того, бетон предохраняет металл от коррозии.

Принтер объединяют со сканером. У такой бисистемы автоматиче-ски возникает ещё одна функция - копирование документов.

В одну систему могут объединяться не только две, но и несколько ТС. В таком случае говорят о создании полисистемы.

Шариковая ручка с набором стержней разного цвета - полисистема, объединяющая несколько ТС (стержни) со сдвинутыми характери-стиками.

Современный мобильный телефон объединяет кроме собственно те-лефона ещё и фотоаппарат, часы, калькулятор, мини-компьютер и другие ТС.

7. Закон перехода с макроуровня на микроуровень

Развитие рабочих органов ТС идёт сначала на макро-, а затем на микроуровне.

Макроуровень соответствует большинству предметов и систем, которые нас окружают и которыми мы привычно пользуемся. Образно говоря, это то, что видно невооруженным глазом, что можно потрогать. Станки, корабли и самолёты, автомобили и бытовая техника, карандаши и скрепки - всё это макрообъекты.

Переход на микроуровень - важнейшая тенденция развития техники. Вместо каких-то «железок» и «штучек» главную функцию начинают выполнять молекулы, атомы, фотоны.

Смысл этого перехода в том, что рабочий орган на микроуровне становится более управляемым, регулируемым, появляются новые возможности, например возможность обрабатывать изделие сразу во всём объёме или избавиться от дви-жущихся деталей, которые делают конструкцию ненадёжной.

Грубый механический способ разделения объекта на части с помощью топора (ножа, пилы) заменяется на разделение лучом лазера. Основной выигрыш - возможность выполнить очень тонкий и чистый разрез сложной формы, в том числе в сверхтвёрдом материале.

Законы развития технических систем

Механический движитель самолёта - пропеллер - заменяется реак-тивным движителем. Управление рабочим телом осуществляется теперь на микроуровне - нагреванием газа.

В современной ТРИЗ законы развития ТС претерпели существенные изменения и дополнения. Это неудивительно - ведь классическая ТРИЗ сформировалась в основном 30-20 лет назад. Сегодня на базе ЗРТС построены инструментальные методы, позволяющие вести практическую работу.

? Могут ли нарушаться законы развития ТС?

- Существуют общие законы природы, например закон со-

хранения энергии. Такие законы невозможно нарушить. Но есть и другой класс законов - законы, установленные обществом: государственные законы, уголовный кодекс, правила дорожного движения и многие другие. В отличие от законов природы эти законы могут нарушаться, но за нарушением следует наказание.

Законы развития ТС тоже могут нарушаться. Никто не обя-зывает фирму, выпускающую некую продукцию, следовать этим законам. Однако нарушение законов приведёт к тому, что характеристики выпускаемой продукции будут хуже, чем в случае их соблюдения. Легко представить себе, например, нарушение закона энергетической проводимости. В этом случае часть энергии будет теряться, в результате понизится производительность, повысится себестоимость и т.д.

Упражнение 11