Законы и закономерности развития систем. ТРИЗ. Изд. 2-е, испр. и дополненное

Модульные принципы построения систем

Модульный принцип построения систем заключается в том, что систему разбивают на определенные части (модули, блоки) и каждую часть (модуль) можно создавать отдельно.

Любую систему можно разделить на определенные модули (блоки), что позволяет каждый модуль создавать в наилучшем месте, в наилучшее время, наилучшими специалистами, используя наилучшие технологии и наилучшее оборудование. Что обеспечивает:

– наилучшее качество системы;

– многофункциональность системы;

– наименьшие затраты;

– наименьшие нежелательные эффекты.

Модули могут создаваться, например, по функциональному признаку.

«Сборка» системы из отдельных модулей может осуществляться менее квалифицированными специалистами, за меньший срок и более качественно, чем «сборка» систем из отдельных немодульных частей.

Таким образом, модульный принцип построения систем позволяет следующее.

1. Создавать системы с наивысшим качеством за счет:

а) использования наилучших специалистов:

– по разработке структуры модульной системы;

– разработке структуры каждого отдельного модуля;

– изготовлению каждого отдельного модуля;

– сбору отдельных модулей в систему.

б) создания каждого функционального модуля в специализированном месте, где имеются:

– наилучшие условия;

– наиболее прогрессивные технологии по разработке, изготовлению и контролю качества и т. д.;

– наилучшие специалисты и т. п.

2. Делать систему с большим количеством функций, например, путем соединения модулей с дополняющими друг друга функциями.

3. Уменьшить затраты времени и средств на создание, «сборку» и реорганизацию системы (уменьшение себестоимости), например, за счет:

а) уменьшения затрат времени и средств на создание модулей.

б) уменьшения затрат времени и средств на «сборку», ремонт и реорганизацию системы:

– сокращение времени на сборку, ремонт и реорганизацию системы за счет ее значительного упрощения. Ремонт и реорганизация идут путем полной замены модуля (блока);

– использование менее квалифицированных, а, следовательно, и менее оплачиваемых специалистов.

4. Уменьшить нежелательные эффекты:

а) модульный принцип построения часто предусматривает только одну возможность соединения конкретных модулей, что исключает ошибку в соединении модулей (защита от «дурака»);

б) варианты соединения отдельных модулей, как правило, «просчитываются» заранее, что тоже исключает соединение нежелательных модулей.

Способы устранения нежелательных эффектов

Нежелательный эффект в общем случае – это вредное, избыточное или недостающее действие, которое может возникать в процессе жизнедеятельности системы.

В данном параграфе под нежелательным эффектом будем понимать явление, вызываемое воздействием вредного действия на объект и/или вызываемое воздействием последствий вредного действия.

В простейшем случае схему вредного действия можно представить цепочкой изображенной на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Схема вредного действия

Более детально схема вредного действия представлена на рис. 5.6.

В дополнение к предыдущей схеме объект можно рассматривать как источник вредного действия. В этом случае объект сам генерирует последствия вредного действия (ПВД) – вторичные вредные действия, которые могут воздействовать на него самого или другие объекты (ОВ2-ОВn), вызывая новые нежелательные эффекты (НЭ2-НЭn). На рис. 5.6 петлей обратной связи показано воздействие последствий вредного действия на сам объект (ОВ1). Подобные воздействия возможны и на ОВ2-ОВn.

Рис. 5.6. Подробная схема вредного действия

Идеально, когда можно использовать вредное действие и/или его источник и/или его последствия в качестве полезных.

Опишем способы устранения нежелательного эффекта.

Нежелательный эффект (НЭ) может быть устранен путем:

– ликвидации;

– изоляции;

– компенсации вредного действия;

– · «оттягиванием» вредного действия и/или его последствий.

Ликвидация может применяться:

– к источнику вредного действия и/или причине его возникновения;

– вредному действию;

– последствиям вредного действия.

Изоляция может применяться:

– к источнику вредного действия;

– объекту (-ам) воздействия.

Компенсация и «оттягивание» могут применяться:

– вредному действию;

– последствиям вредного действия.

Компенсация – это противоположное воздействие. Идеально, когда оно точно такое же по величине и принципу действия и направлено точно противоположно вредному действию.

«Оттягивание» – это направление вредного действия в безопасное место. Желательно, чтобы система была готова к этому заранее.

Возможны различные комбинации указанных способов устранения нежелательных эффектов.

Некоторые варианты способов устранения нежелательных эффектов показаны ниже на рис. 5.7—5.17.

На рис. 5.7—5.9 представлены схемы ликвидации. На схемах ликвидация условно обозначена в виде перечеркнутых линий (́). Серым цветом показаны отсутствующие действия.

На рис. 5.7 показана ликвидация источника вредного действия.

Рис. 5.7. Ликвидация источника вредного действия

Ликвидация вредного действия (рис. 5.8) тесно связана с ликвидацией источника вредного действия и часто неотделима от этого процесса.

Рис. 5.8. Ликвидация вредного действия

Ликвидация последствий вредного действия изображена на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Ликвидация последствий вредного действия

Способы изоляции показаны на рис. 5.10—5.12. На схемах изоляция условно обозначена в виде серого овала.

Можно изолировать источник вредного действия (рис. 5.10) или объекты воздействия (рис. 5.11, 5.12).

На рис. 5.10 показана изоляция источника вредного действия.

Рис. 5.10. Изоляция источника вредного действия

Объекты могут изолироваться каждый по отдельности, все вместе или в любой комбинации.

Изоляция объектов в отдельности условно изображена на рис. 5.11.

Рис. 5.11. Изоляция каждого объекта в отдельности

На рис. 5.12 условно изображена изоляция объектов вместе.

Рис. 5.12. Изоляция нескольких объектов воздействия

Рассмотрим способы компенсации. На схемах компенсация условно обозначена в виде компенсатора и стрелки.

Компенсация вредного действия воздействием на объект показана на рис. 5.13.

Рис. 5.13. Компенсация вредного действия воздействием на объект

Компенсация вредного действия воздействием на вредное действие показана на рис. 5.14.

Рис. 5.14. Компенсация вредного действия воздействием на вредное действие

Компенсация последствий вредного действия воздействием на последствия вредного действия показана на рис. 5.15.

Рис. 5.15. Компенсация последствий вредного действия воздействием на последствия вредного действия

Рассмотрим способы «оттягивания» вредного действия.

«Оттягивание» вредного действия изображено на рис. 5.16.

Рис. 5.16. «Оттягивание» вредного действия

«Оттягивание» последствий вредного действия показано на рис. 5.17.

Рис. 5.17. «Оттягивание» последствий вредного действия

При устранении нежелательного эффекта желательно начинать с использования источника вредного действия, а затем его ликвидации. Общее направление действий по устранению нежелательного эффекта – это движение слева направо (рис. 5.18). Это означает, что, прежде всего, следует обратить внимание на источник вредного действия (ИВД), затем на вредное действие (ВД), потом на объект (ОВ1), далее на последствия вредного действия (ПВД), в последнюю очередь на объекты (ОВ2-ОВn) и нежелательные эффекты (НЭ2-НЭn), создаваемые ими.

Рис. 5.18. Общее направление действий по устранению нежелательного эффекта

Ликвидация источника вредного действия предпочтительнее его изоляции.

Опишем одну из возможных последовательностей устранения нежелательного эффекта.

Алгоритм устранения нежелательного эффекта (НЭ) показан на

рис. 5.19.

1. Лучше всего сначала попробовать использовать вредное действие, его источник и/или последствия вредного действия для получения полезного действия, желательного эффекта.

2. Ликвидировать источник вредного действия, вредное действие, причину возникновения вредного действия и/или последствия вредного действия.

3. Изолировать источник вредного действия и/или объект (-ы).

4. Компенсировать вредное действие путем воздействия на объект (-ы) и/или на вредное действие, и/или на последствия вредного действия.

5. «Оттянуть» вредное действе и/или последствия вредного действия.

6. Если все указанные действия не привели к устранению нежелательного эффекта (НЭ), то необходимо проделать все указанные выше операции еще раз другим способом.

Рис. 5.19. Общий алгоритм устранения нежелательного эффекта (НЭ)

Рассмотрим один из возможных частных алгоритмов устранения нежелательного эффекта (НЭ). Он показан на схеме рис. 5.20.

Опишем последовательность устранения нежелательного эффекта по частному алгоритму.

1. Использовать источник вредного действия (ИВД) для получения полезного действия – желательного эффекта (ЖЭ).

2. Если возможно использовать ИВД, то необходимо проверить, устраняется ли нежелательный эффект (НЭ).

3. Если НЭ не устранен и не удается использовать ИВД для получения ЖЭ, то необходимо попробовать использовать вредное действие (ВД) для получения ЖЭ.

4. Если возможно использовать ВД для получения ЖЭ, то необходимо проверить, устраняется ли НЭ.

5. Если НЭ не устранен и не удается использовать ВД для получения ЖЭ, то необходимо попробовать ликвидировать ИВД.

6. Если возможно ликвидировать ИВД, то необходимо проверить, устраняется ли НЭ.

7. Если НЭ не устранен и не удается ликвидировать ИВД, то необходимо попытаться изолировать ИВД.

8. Если возможно изолировать ИВД, то необходимо проверить устраняется ли НЭ.

9. Если НЭ не устранен и не удается изолировать ИВД, то необходимо попытаться ликвидировать ВД.

10. Если возможно ликвидировать ВД, то необходимо проверить, устраняется ли НЭ.

11. Если НЭ не устранен и не удается ликвидировать ВД, то необходимо попытаться «оттянуть» ВД и/или компенсировать ВД воздействием на ВД.

12. Если возможно «оттянуть» ВД и/или компенсировать ВД воздействием на ВД, то необходимо проверить устраняется ли НЭ.

13. Если НЭ не устранен и не удается «оттянуть» ВД и/или компенсировать ВД воздействием на ВД, то необходимо попытаться изолировать объект вредного действия (ОВД) и/или компенсировать ВД воздействием на ОВД.

14. Если возможно изолировать ОВД и/или компенсировать ВД воздействием на ОВД, то необходимо проверить, устраняется ли НЭ.

15. Если НЭ не устранен и не удается изолировать ОВД и/или компенсировать ВД воздействием на ОВД, то необходимо попытаться изолировать объекты ОВ2-ОВn.

16. Если возможно изолировать ОВ2-ОВn, то необходимо проверить, устраняется ли НЭ.

17. Если НЭ не устранен и не удается изолировать ОВД и/или компенсировать ВД воздействием на ОВД, то необходимо попытаться изолировать объекты ОВ2-ОВn.

18. Если все указанные действия не привели к устранению НЭ, то необходимо проделать все операции еще раз другим способом.

Рис. 5.20. Частный алгоритм устранения нежелательного эффекта

Принципы разрешения противоречий

Опишем некоторые принципы, наиболее подходящие для устранения нежелательных эффектов.

1. Вынесение. Отделить от системы «мешающую» часть («мешающее» свойство).

1.1. Ликвидировать источник вредного действия.

1.2. Перенести вредное действие на другой объект, для которого это действие будет невредным или полезным.

1.3. «Оттягивание» вредных связей. Перенос вредного действия на заранее подготовленный участок.

1.3.1. Создание легкоповреждаемых участков.

1.3.2. Использование аварийных средств.

2. Местное качество.

2.1. Перейти от однородной структуры системы (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной.

2.2. Разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции.

2.3. Каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее соответствующих ее работе.

3. Предварительное действие. Предотвращение или устранение вредных действий (связей) использованием заранее подготовленных действий, средств или структуры (формы).

3.1. Создание предварительных анти-действий.

3.2. Создание необходимой структуры или формы.

3.2.1. Получение обтекаемой формы.

3.2.2. Получение заданной (необходимой) формы.

3.2.3. Придание оптимальных форм.

3.3. Защитить объект от вредного действия или компенсировать вредное действие.

4. Использование моделей (копий).

5. Использование ресурсов.

Рис. 5.21. Схема способов и видов идеализации

5.2.6. Идеальное вещество

Идеальное вещество– вещества нет, а его функции выполняются.

Вещество тем идеальнее, чем:

· больше полезный эффект оно создает;

· меньше его вес и стоимость;

· меньше оно приносит вред (нежелательный эффект).

Степень идеализации вещества может определяться формулой (5.3)47:

где

IS – степень идеализации вещества (безразмерная величина);

E – полезный эффект или свойство, выполняемое веществом;

M – масса или вес вещества;

C – стоимость вещества;

H – вредное действие, создаваемое веществом;

I – порядковый номер полезного эффекта (свойства);

n – количество полезных эффектов (свойств);

a, β, γ, δ – коэффициенты согласования.

В качестве полезного эффекта (функций, свойств) вещества, например, можно назвать: прочность, эластичность, удельный вес, непроницаемость, тепло- и электропроводимость, тепло- и электроизоляционные свойства, прозрачность, коррозионную и химическую стойкость, pH, агрегатное состояние, температуру плавления и кипения, кристаллическую структуру и т. д.

Имеются вещества с изменяемыми свойствами, использующие различные эффекты. Условно мы их будем называть «умными» веществами48. Например, жидкие кристаллы; поляризационные пластины; вещества, изменяющие свою прозрачность; термо– и фоточувствительные полимеры; флуоресцентные вещества; полимерные гели; материалы с эффектом памяти формы; магниты; магнитная и реологическая жидкость; электреты; тепловые трубы и т. д.

«Умное» вещество можно также определить, как преобразователь или источник, осуществляющий определенный эффект (физический, химический, биологический или геометрический).

Для разных видов систем подбирается свое «идеальное» вещество.

5.3.5. Тенденция изменения управляемости энергией и информацией

Общее представление

Закономерность изменения управляемости энергией и информацией заключается в том, что любая система в своем развитии стремится изменить энергетическую и информационную насыщенность в необходимый момент в нужном месте.

Энергию и информацию можно:

– передавать;

– обрабатывать (перерабатывать);

– хранить;

– уничтожать (стирать).

Рассмотрим механизмы энергетического и информационного насыщения, которые, прежде всего, относятся к рабочему органу.

Изменение управляемости энергией и информацией осуществляется

(рис. 5.22):

– Изменением концентрации энергии и информации;

– Переходу к более управляемым полям.

Переходу к более управляемым полям выполняется:

– Заменой виде поля;

– Переходом МОНО-БИ-ПОЛИ полям;

– Динамизацией полей.

Рис. 5.22. Изменение управляемости энергией и информацией

Можно увеличивать или уменьшать управляемость энергией и информацией.

Первоначально рассмотрим механизмы увеличения управляемости энергией и информацией. Управляемость энергией и информацией увеличивается с увеличением их концентрации (см. рис. 5.22):

1. Предварительное накопление энергии и/или информации и использования их за короткий период.

2. Переход: объем – плоскость – линия – точка. Концентрация (фокусирование) энергии и/или информации из разных источников в определенной зоне (точке).

3. Специализация. Каждой операции или виду работы должен соответствовать свой механизм, наилучшим образом выполняющий свою функцию.

4. Сжимание энергии и/или информации. Один из способов сжатия – это использование эффектов: физических, химических, биологических, математических, в частности, геометрических.

5. Разделение энергии и/или информации и передача их одновременно:

– разделение на части и передача их параллельно;

– разделение по видам (частотам, полярностям, скважностям и т. п.) и передача их одновременно.

6. Одновременная передача энергии и/или информации в других направлениях.

7. Расширение приемных и передающих устройств энергии и/или информации.

8. Применение новых принципов, материалов и прогрессивных технологий.

9. Использование эффектов (физических, химических, биологических и математических).

10. Использование ресурсов.

Рис. 5.23. Механизмы увеличения управляемости энергией и информацией

Изменение концентрации энергии и информации

Увеличение концентрации энергии

Увеличение концентрации энергии, прежде всего, следует осуществлять на рабочем органе. Это позволяет не только повысить производительность и качество технологических процессов, но и выполнять качественно новые технологические процессы.

Увеличение концентрации информации

Увеличение концентрации информации позволяет значительно эффективнее управлять системой и создавать принципиально новые процессы49.

Концентрация предусматривает предварительный отбор – фильтрацию информации. Концентрируется только необходимая информация.

Информацию можно:

– создавать;

– передавать;

– обрабатывать;

– хранить;

– уничтожать (стирать).

Обработка информации достаточно общая функция, которая предусматривает, поиск, сортировку информации, выполнение различных действий с информацией, в частности, создание новой информации (знаний). Сортировка информации предусматривает как выбор нужной и отбрасывание ненужной информации (фильтрация информации), так классификация и распределение информации по определенным классам, группам, местам и т. д.

Переход к более управляемым полям

Любая техническая система в своем развитии стремится использовать более управляемые поля.

Увеличение степени управляемости полей осуществляется по трем направлениям (рис. 5.24):

– замена вида поля (рис. 5.25 – 5.26);

– своеобразный переход моно-, би-, поли- для полей

(рис. 5.27 – 5.28);

– динамизация поля (использование тенденции изменения поля), например, рис. 5.29.

Рис. 5.24. Тенденции увеличения степени управляемости полей

Замена вида поля50

Замена вида поля на более управляемое поле может осуществляться в следующей последовательности: гравитационное, механическое, тепловое, электромагнитное, химическое и любые комбинации этих полей.

Эта закономерность показана на рис. 5.25.

Рис. 5.25. Последовательность увеличения управляемости полей

Полное описание тенденций изменения полей представлено в приложениях 1 том 4.

Каждым из этих полей можно управлять по определенной закономерности, но имеется и общая закономерность их изменений, которую автор назвал «гипервеполи»51 (рис. 5.26).

Рис. 5.26. Тенденция изменения полей – гипервеполи

Переход поля от МОНО к БИ и ПОЛИ

Эффективность работы рабочего органа увеличивается путем применения комплекса полей по схеме моно-би-поли (рис. 5.27).

Рис. 5.27 Тенденция перехода моно-, би-, полиполя

Динамика развития рабочих органов показывает, что первоначально используется только одно поле (П1), вид которого изменяется по указанным выше закономерностям (рис. 5.28).

На следующем этапе используются два поля (П1+П2), т. е. происходит переход от МОНОполя к БИполю. При этом возможно объединение полей одинаковой или различной физической природы. Поля одинаковой природы могут быть полностью идентичными (П1+П1) или отличаться своими характеристиками (П1+П1»).

Как и в случае объединения систем, в дальнейшем происходит согласование полей в системе, например, П1+П1~ – согласование постоянного поля П1 с переменным полем П1~. Затем поля объединяются в единое МОНОполе (По) – происходит свертывание.

Дальнейший переход может использовать более двух полей (П1+П2+П3+…) с образованием полисистемы полей.

Возможная последовательность перехода моно-би-поли-свертывание поля показана на рис. 5.27.

Рис. 5.28. Возможная последовательность перехода

МОНО-БИ-ПОЛИ-Свертывание поля

Динамизация полей

Под динамизацией полей подразумевается переход от постоянных полей к меняющимся.

Поля могут меняться:

– по частоте;

– амплитуде;

– напряженности;

– направлению воздействия;

– фазе;

– полярности;

– форме;

– и т. д.