Лев Певзнер

ТРИЗ для «чайников» — 3

Законы развития технических систем, том 2

Шрифты предоставлены компанией «ПараТайп»

© Лев Певзнер, 2018

Техника, как часть природы, развивается по определенным законам. Их можно изучить и использовать в «корыстных» целях. Это позволит не теряя время и деньги на пустые пробы быстро находить решения. В книге изложены некоторые из известных сегодня Законов Развития Технических Систем.

Книга предназначена для студентов, инженеров, менеджеров, учителей и просто творческих людей, желающих использовать инструменты и методику ТРИЗ в технике и жизни и не имеющих предварительной подготовки.

12+

ISBN 978-5-4493-8667-0 (т. 3)

ISBN 978-5-4493-8668-7

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Оглавление

1. ТРИЗ для «чайников» — 3
2. От автора
3. Введение
4. Глава 1. Закон развертывания-свертывания
5. 1.1. РАЗВЕРТЫВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
6. 1.1.1. Появление дополнительных систем
7. 1.1.2. Появление вспомогательных подсистем
8. 1.1.3. Появление компенсационных систем
9. 1.1.4. Переход к полисистемам из однородных систем
10. 1.1.5. Переход к полисистемам из конкурирующих систем
11. 1.1.6. Би-система из альтернативных систем
    1. 1.1.7. Создание симбиозных систем
12. 1.1.8. Линии развертывания элемента системы
13. 1.1.9. Линия развертывания системы в типоразмерный ряд
14. 1.2 СВЕРТЫВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
15. 1.2.1. Исключение дублирующих элементов в системе
16. 1.2.2. Исключение элементов за счет ресурсов надсистемы
17. 1.2.3. Исключение элементов при исключении их функций
18. 1.2.4. Функционально-идеальное моделирование (свертывание)
19. Выводы главы
20. ГЛАВА 2. ЗАКОН ПОВЫШЕНИЯ ДИНАМИЧНОСТИ И УПРАВЛЯЕМОСТИ
    1. 2.1. Повышение динамичности связей системы
    2. 2.1.1. Переход к шарниру
    3. 2.1.2. Соединение типа штанга
    4. 2.1.3. Переход к конструкции типа ромб
    5. 2.1.4. Переход от жесткого соединения элементов в системе к динамичному через замену элементов
    6. 2.1.5. Карданный шарнир
    7. 2.1.6. Переход от жесткого закрепления к торсионам, ремням, пружинам
    8. 2.1.7 Переход от механических связей к связям через поля
    9. 2.1.8. Переход к гидравлическим, пневматическим связям, и связям через трос
    10. 2.1.9. Переход к связям через сыпучие тела
    11. 2.2. Динамизация элемента
    12. 2.2.1. Появление шарового шарнира в элементе
    13. 2.2.2. Появление цилиндрических шарниров внутри элемента
    14. 2.2.3. Дробление элемента на части со стыковочными элементами
    15. 2.2.4. Переход к телескопическому элементу
    16. 2.2.5. Переход к изменяемым оболочкам
    17. 2.2.6. Изменение формы за счет физэффектов
    18. 2.3. Повышение динамичности свойств (параметров) элементов
    19. 2.4. Повышение динамичности процессов
    20. 2.4.1. Переход от непрерывного режима к дискретному или импульсному
    21. 2.4.2. Переход от нерегулируемого процесса к управляемому процессу
    22. 2.4.3. Переход к процессам, в которых учитывается частота собственных колебаний системы (резонанс)
    23. В ы в о д ы г л а в ы
21. ГЛАВА 3. Закон согласования-рассогласования
    1. 3.1. СОГЛАСОВАНИЕ В ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
    2. 3.1.1. Направленное согласование материалов
    3. 3.1.2. Согласование формы и размеров элементов системы
    4. 3.1.3. Согласование ритмики, скорости, темпа действия
    5. 3.1.4. Согласование других характеристик и параметров системы
    6. 3.2. НАПРАВЛЕННОЕ РАССОГЛАСОВАНИЕ В СИСТЕМЕ
    7. 3.2.1. Направленное рассогласование материалов
    8. 3.2.2. Направленное рассогласование формы и размеров
    9. 3.2.3. Направленное рассогласование ритмики, скорости, темпа действия
    10. 3.3. ДИНАМИЧЕСКОЕ СОГЛАСОВАНИЕ — РАССОГЛАСОВАНИЕ В СИСТЕМЕ
    11. 3.3.1. Динамическое согласование-рассогласование материалов
    12. 3.3.2. Динамическое согласование-рассогласование формы и размеров
    13. 3.3.3. Динамическое согласование-рассогласование ритмики, скорости, темпа действия
    14. В ы в о д ы г л а в ы
    15. З А К Л Ю Ч Е Н И Е
    16. П О С Л Е С Л О В И Е
    17. Приложение
    18. Литература
    19. Источники фото

От автора

Как и все книги из серии «ТРИЗ для чайников», эта книга адресована инженерам и исследователям, не имеющим специальной подготовки в области ТРИЗ. То есть материалы книги могут быть сразу применены для работы любым специалистом.

В этой книге сохраняется подход, который использовался в книгах серии. То есть Вам будут предложены общие тенденции развития технических систем (в классификации Б. Злотина — линии, паттерны различных законов), и их проявление через микростандарты. Я постарался помочь Вам сделать анализ возможностей развития Вашей системы как можно более простым и алгоритмизированным, а заодно, дать Вам в руки мощный инструмент.

Любые ли тенденции, описанные ниже, могут работать в Вашей ситуации? Нет не любые! Но вероятность того, что вы на верном пути будет значительно выше, чем при случайном, хаотичном поиске.

Все ли линии и микростандарты описаны в данной книге? Нет, далеко не все! Работа по анализу развития систем с помощью законов развития только в самом начале. Частично законы развития технических систем, предложенные Г. Альтшуллером, описаны в работах Б. Злотина, А. Зусман, В. Петрова, Ю. Саломатова, С. Литвина, А. Любомирского и других исследователей. Но превращение их в полномасштабный эффективный инструмент — задача, стоящая перед тризовцами в настоящее время.

Я буду благодарен Вам, если вы найдете и пришлете новые линии, микростандарты и примеры, не описанные в книге, и пришлете их. Все исправления будут использованы при втором издании книги «исправленном и дополненном»!

Введение

Это случилось в Уральском НИИ черных металлов, когда я работал младшим научным сотрудником лаборатории листового проката. Я зашел к нашим соседям, в лабораторию металлоизделий. Мой коллега сидел за своим столом расстроенный до послед­ней степени.

— Ты чего такой грустный?

— Да вот послали заявку на изобретение, а ВНИИГПЭ (Всесоюзный научно-исследовательский институт госу­дарственной патентной экспертизы — пояснение автора) отказал. Вот ты изобретатель, взял бы да изобрел, как воевать с ВНИИГПЭ!

— А, зачем воевать? Возьми да посмотри по зако­нам развития, как должна совершенствоваться система. Вот тебе и будет новая заявка.

— А-а, говорить все могут. И вообще, что это за законы?

Я взял материалы заявки. Лаборатория металлоизде­лий занималась прокаткой заготовок для столовых но­жей, стамесок и других изделий периодического про­филя. При такой прокатке стальной пруток диаметром 12—20 мм и длиной 10—20 см нагревается до 800—1200 градусов, а затем задается в валки, на которых вырезан нужный профиль. Проходя между валками, металл деформируется, и получается исходная заготов­ка для изделия, которая после шлифовки и полировки становится ножом, вилкой или стамеской. Обычно, при такой прокатке проблема состоит в том, что много металла уходит в ширину, в облой, как говорят прокатчики. В облой уходит до тре­ти металла. И это все отходы. Придумал мой то­варищ простое и очень эффективное решение: вдоль на поверхности прокатного валка нанести неглубокие бороздки (0,1—0,3 мм глубиной и 0,5—1,0 мм шириной). Потери металла на них мизерное, зато теперь металл не сможет утекать в ширину и весь потечет в длину, то есть будет практически полностью использо­ван по назначению. Пруток можно будет сделать короче и сэкономить дорогую нержавеющую сталь. Здорово придумано, да вот экспертиза нашла похожее решение, придуманное раньше, и отказалась выдать авторское свидетельство.

— Ну, так что, будем совершенствовать твои валки?

— Ну-ну, посмотрим, на что твой ТРИЗ годен!

— Итак, один из законов развития технических си­стем говорит о том, что при совершенствовании систе­мы параметры инструмента и изделия должны согласо­вываться между собой. Кстати, у тебя как, на заготовке асе бороздки одной глубины?

— Да.

— Для всех изделий?

— Ну почему, у каждого изделия своя глубина бо­роздок: у узких больше, чтобы меньше металла вбок текло, а у широких — бороздки помельче: больше метал­ла в ширину идет.

— Слушай, а форма изделия у тебя меняется по длине?

— Конечно.

— Так ведь тогда получается, что металл должен течь по-разному в разных местах заготовки. Где боль­ше, где меньше.

— Ну, конечно же, ты что, сам не понимаешь, что ли?

— Да я-то понимаю. Не понимаю другого. Если у тебя металл по-разному должен течь, так почему же у тебя бороздки одной глубины?

— А, в самом деле, почему? Так ты предлагаешь…

— Да, да. Сделать валки с сетками бороздок переменной глубины. Где глубже, где мельче, а если надо, чтобы металл активно вбок потек, так вообще поперек валка бороздки сделать, На это и заявку послать.

Спустя месяц заявка была готова, а еще через пол­тора года мы получили авторское свидетельство №1 337 179. В 1988 году это решение было внедрено сразу на трех заводах, выпускающих изделия периодического профи­ля (рис. взят из авторского свидетельства).

Как видите, законы развития технических систем — прекрасный инструмент для совершенствования технических систем*.

В тризовской среде часто спорят, как называть — «законы развития технических систем» или «закономерности развития технических систем». В сущности, терминология — это философские рассуждения, не имеющие практического значения. Мы будем пользоваться и тем, и другим термином, в зависимости от ситуации и принятой практики использования этих терминов в ТРИЗ.

В этой книге мы рассмотрим не весь комплекс законов развития технических систем, а только три из них, которые на сегодня наиболее детально разработаны, и могут быть сразу эффективно использованы рядовым инженером, без специального обучения:

.______________________________________________

* Вы можете спросить, а можно ли развивать систему не зная законы развития технических систем, по наитию, по озарению, благодаря одаренности? Да, можно! Просто вы потеряете больше времени, сил и денег. Это все равно, что подбирать корни квадратного уравнения, по очереди подставляя числа, вместо того, чтобы пользоваться формулой Виета.

— Закон повышения динамичности и управляемости

— Закон развертывания-свертывания;

— Закон согласования-рассогласования.

Благодаря им можно быстро увидеть основные направления по совершенствованию Вашей системы в рамках действующей S-кривой (подробно о S-кривой написано в ТРИЗ для чайников-3, том 1) и предложить новые решения.

Все законы будут рассмотрены через линии и микростандарты. Применение такого подхода позволяют сделать работу с законами более инструментальной.

Важное замечание: не существует разных законов развития. Есть один общий закон, который мы условно, для удобства анализа, разделили на несколько закономерностей. Именно поэтому одна закономерность часто отражается в другой. Например, динамизация системы обеспечивает согласование (или рассогласование) в ней, а развертывание часто связано с динамизацией. Все три рассмотренные закономерности будут частично покрывать друг друга. На одни и те же решения Вы сможете посмотреть под разными углами зрения, и это расширит Ваши возможности в поиске оптимальных решений для Вашей задачи.

Глава 1. Закон развертывания-свертывания

Развитие технической системы начинается с минимального набора подсистем, которые составляют новую систему, то есть при наличии, которых появляется новое системное свойство. В ТРИЗ это называется функциональный центр системы.

Определение: функциональный центр ТС — минимальный набор подсистем, обеспечивающий появление нового системного свойства (выполнение новой функции).

В Средние века одежде при дворах королей стали придавать большое значение, тогда и появилось приспособление для глажки. Первыми утюгами стали сковороды, внутрь которой закладывались угли. Когда они нагревались, ими начинали водить по одежде.

Собственно говоря, это был первый утюг — его функциональный центр — минимальная система, обеспечивающая выполнение главной функции — разглаживать белье. Состоял он из нагреваемой рабочей поверхности, ручки и углей, в качестве нагревающего элемента.

Еще один пример — автомобиль. Первый автомобиль — это карета с двигателем.

После появления новой системы, она, как новорожденный ребенок, сразу начинает расти и развиваться. В ней появляются новые элементы и системы, которые расширяют ее возможности.

Например, достаточно быстро после появления первых автомобилей автомобиля, в нем появились тормоза, фары, зеркала и многие другие приспособления, улучшая ее качества, и расширяя возможности.

Соответственно, у утюга появилась крышка (чтобы угли не попадали на одежду при резких движениях), и даже труба (по аналогии с печкой, чтобы угли лучше горели). Такое усложнение системы с увеличением количества подсистем называется развертыванием системы.

Одновременно с этим проявляется и другой процесс. Это процесс сокращения и вытеснения тех или иных подсистем за счет того, что оставшиеся принимают на себя выполнение их функций. Этот процесс называется свертыванием системы.

Наиболее частые и эффективные проявления и применения закона развертывания-свертывания мы и рассмотрим ниже.

1.1. РАЗВЕРТЫВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Традиционно развертывание технических систем происходит по следующим линиям:

— линия развития дополнительных элементов и подсистем;

— линия появление вспомогательных элементов и подсистем;

— линия развития компенсационных подсистем;

— линии повышения эффективности системы;

— линия создание полисистемы из однородных систем;

— линия создание полисистемы из конкурирующих систем;

— линия создание полисистемы из альтернативных систем;

— линия развития структурной иерархии в системе;

— линия развертывание системы в типоразмерный ряд.

Линии развертывания элементов системы через:

— дробление элемента на однородные части;

— развитие неоднородности элемента.

Эти варианты развития системы необходимо проверять при анализе Вашей системы.

1.1.1. Появление дополнительных систем

После создания функционального центра в системе начинают появляться дополнительные подсистемы.

Дополнительные подсистемы — подсистемы, не влияющие на главную систему, но придающие системе новые свойства. Например, наличие фар на автомобиле не влияет на его грузоподъемность и скорость, но позволяет передвигаться безопасно в ночное время.

Появление дополнительных подсистем связано с появлением новых функций в системе. Подключение вспомогательных подсистем, позволяет расширить возможности использования системы, удовлетворить различные потребности пользователя. Особенно хорошо при этом использовать ресурсы. В работе можно использовать любые методы активизации творческого мышления — мозговой штурм, метод гирлянд ассоциации, метод аналогий и др. Но более эффективно развитие системы при использовании закономерностей развития технических систем. Анализ ограничений в системе и противоречий в ней позволяет увидеть новые возможности для системы, а затем найти те изменения, которые помогут снять эти ограничения и противоречия. Это намного быстрее и эффективнее, чем заниматься случайным поиском.

Пример

Закладка на книге не улучшает ее главную функцию, но облегчает поиск места, где было прекращено чтение. Это новая дополнительная функция для книги.

Пример-шутка

Хотите, чтобы во время готовки муж находился рядом, шутил, смеялся и крутился рядом — пригласите симпатичную подругу в мини-юбке помочь вам по кухне.

В работе по развитию систем за счет появления дополнительных систем, рекомендуется два подхода их поиска:

— включение в анализируемую систему типовых дополнительных систем;

— применение 4-шагового алгоритма поиска дополнительных систем.

А. ТИПОВЫЕ ГРУППЫ

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Типовые группы дополнительных систем связаны с основными потребностями и функциями, общими для больших групп систем — условия транспортировки, хранения, энергоснабжения и т. п.

а1. Эксплуатация тяжелых систем упрощается, если в ней появляются колеса и/или ручки.

МКС: С развитием системы в ней появляются устройства, облегчающие ее транспортировку и хранение (фиксацию) — колеса, ручки и другие.

Пример

Еще в старые времена дорожные сундуки ставили на колеса.

Теперь колеса стали ставить на обычные чемоданы.

Пример

Установка рым-болтов на тяжелое оборудование при погрузке и транспортировке — достаточно стандартное явление. После установки рым-болты вывинчиваются и удаляются.

.

а2. Защелки-фиксаторы

МКС: С развитием, в системе появляются защелки и фиксаторы, и другие аналогичные приспособления с такой функцией.

Пример

Защелки на снарядных ящиках, застежки-липучки, крючки, кнопки и др.

а3. Реклама, идентификационная маркировка на поверхности вместо специальных бирок.

МКС: На поверхности системы располагается реклама, информация и т. п., что позволяет избежать лишних документов и инструкций.

а4. Автономные системы энергоснабжения и зарядники для оборудования.

МКС: С развитием и появлением компактных устройств энергообеспечения, в системе появляются элементы энергоснабжения или устройства согласования энергоснабжения системы с электросетями. Это позволяет сделать многие устройства автономными, что часто существенно расширяет рынки.

Автономные блоки питания, блоки питания от сетей, встроенные в приборы (сотовые телефоны, компьютеры и т.п.) аккумуляторы.

Пример

Первый ноутбук — портативный компьютер — Osborne 1 был создан в 1981 году. Его появление — наличие дополнительной системы — аккумулятора.

Пример

Сотовые телефоны и другие устройства, обеспеченные компактными аккумуляторами.

а5. Устройства для удобства эксплуатанта

Различные вспомогательные устройства для удобства при монтаже и эксплуатации. Например, предполагается, что при сборке должны использоваться инструменты — отвертки, шестигранники и т. п. Но часто нужного инструмента не оказывается в наличии. Комплектация такими одноразовыми инструментами систем упрощает работу и не очень дорого стоит.

МКС: С развитием в системе появляются упрощенные дешевые (одноразовые) инструменты.

Пример

Компания «Икея» вместе с комплектом мебели, который предстоит собрать Покупателю, укладывает одноразовый ключ-шестигранник для сборки. Его стоимость несколько центов, но для Покупателя — большое удобство.

Пример

Новые плоские телевизоры с диагональю 50—65 дюймов, обычно вешают на стену. И тут возникает проблема, как повесить его ровно? В строительной практике для этого используют уровень. Именно такой мини-уровень и встроили в крепление для телевизора! Затраты копеечные, а проблема снята. Уровень в креплении телевизора — типичная дополнительная система.

а6. Появление сигнальных ламп.

Наглядность существенно упрощает работу системы. Поэтому в системе часто используются сигнальные лампы, иллюстрирующие то или иное состояние системы. В данном случае появление сигнальных ламп в системе можно рассматривать как появление вспомогательной системы, упрощающей эксплуатацию основной системы.

МКС: В развитием в системе для ускорения и упрощения получения информации состоянии системы Пользователем могут быть установлены сигнальные лампы, информирующие о состоянии системы.

Пример

В общественном туалете над кабинками установили красную и зеленую лампочки, показывающие, свободна или занята кабинка туалета.

Пример

Над дверью рентген-кабинета установлена лампа, которая включается, когда работает рентгеновская установка.

Замечание: Типовым шагом после появления новой дополнительной системы является свертывание (см. раздел 1, п.1.2.), при котором новая подсистема полностью встраивается в анализируемую системы становясь ее частью.

Хороший пример полного свертывания — пластиковый пакет-майка, в котором ручка стала частью мешка.

Применение полиэтилена в качестве материала для пластиковых пакетов началась в 1957 году. А вот пакеты с ручками («майки»), то есть после полного свертывания, появились спустя 25 лет (!) в 1982 году. Потерянные 25 лет — цена не знания законов развития технических систем.