Есть три пути создания принципиально новых первоэтапных технических систем с получением новых функций на базе использования уже известных систем или элементов:
– замена в известной системе одной из ключевых подсистем на другую, качественно превосходящую предыдущую;
– объединение двух (и более) различных известных систем в полисистему с получением нового качества;
– применение известной системы по новому назначению, с реализацией новой функции.
Следует отметить, что в зависимости потребности, которую удовлетворяет новая система, от ее рынка, такие системы могут стать основой для создания целых новых отраслей техники.
Замечание. А могут и не стать! Если рынок ограниченный или специфический!
1.1.2.1. Создание новых систем, через замену одной из подсистем на новую с другим принципом действия (гибридизация 1)
Новые системы, порождающие новые S-кривые, могут появляться, в результате того, что в известной системе одна из значимых подсистем заменяется на новую, с новым принципом действия, что позволяет достичь нового качества. Как правило, заменяется наименее эффективная в настоящий момент для данной системы подсистема, или подсистема, исчерпавшая ресурс развития. Новая подсистема работает на ином (хотя уже известном ранее и используемом в других системах) принципе действия[2 - То, что система известна и используется до этого в других системах имеет принципиальное значение! С одно стороны это значит, что система не первоэтапная, а значит развитая, проверенная и отлаженная. С другой – то, что изобретение не относится к группе пионерных изобретений.], что позволяет получить новое качество.
Примеры
Автомобиль – это немного измененная карета, в которую установили двигатель внутреннего сгорания. Обратим внимание на то, что и карета, и двигатель внутреннего сгорания[3 - Первый двухтактный двигатель внутреннего сгорания был создан французским механиком Этьеном Ленуаром в 1860 году, в немецкий конструктор Николаус Август Отто усовершенствовал его и создал в 1876 году четырехтактный газовый двигатель. Вскоре были разработаны карбюраторные двигатели внутреннего сгорания. Их то и начали устанавливать на автомобили.] были известны и развивались. Однако новая система обладала более высокими потребительскими качествами по сравнению с обычной каретой. Именно поэтому и появилась новая величайшая S-кривая – автомобили.
Рисунок 5. Коляска и первый автомобиль
Пример
Первые беспилотные самолеты были обычными боевыми самолетами, оснащенными системами телеметрии и дистанционного управления.
Обратите внимание на механизм создания изобретения – первоначально в известную систему с минимальными изменениями вводится новая подсистема. Затем, в процессе развития этой вновь созданной системы происходит полное изменение ее конструкции. Поэтому современные автомобили и беспилотники совершенно не похожи на первоначальную карету с мотором и обычный самолет с телеметрией.
Рисунок 6. Современный беспилотник
Как это ни парадоксально, но такие значимые с точки зрения человечества новые технические системы, как автомобиль, реактивная авиация, не что иное, как «просто» удачная замена одной из важных подсистем в технической системе, на уже известную, но качественно более совершенную. И замена выполнена в соответствие с известными законами развития технических систем. Они не являются пионерными системами! То есть в классификации ТРИЗ – это ГИБРИДИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ.
1.1.2.2. Простое объединение двух и более систем с последующим свертыванием (гибридизация 2)
Объединение двух и более систем позволяет создавать новые объекты, которые порождают новые S-кривые.
Пример
В современном комбайне объединены две системы – косилка и молотилка. Но у них общий двигатель, шасси с колесами, а технология позволяет одновременно выполнять две операции. И все это управляется одним человеком!
Рисунок 7. Косилка, молотилка, комбайн
Пример
Катамаран – объединение двух лодок, которое дает дополнительное свойство – большую устойчивость при снижении сопротивления.
Рисунок 8. Катамаран
Техника гибридизации хорошо разработана в работах В. М. Герасимова и В. О. Прушинского, и может быть использована инженерами после приобретения небольшого опыта [11,12].
Инструментами для гибридизации могут быть, хорошо разработанные к настоящему времени, методика функционально-стоимостного анализа и законы развития технических систем.
1.1.2.3. Использование известных материалов, технических систем и технологий по новому применению
Часто применение известных технологий порождает новые технические системы (новые S-кривые), отличающиеся от тех, которые использовали эти технологии ранее.
Наиболее ярким примером этого являются современные компьютеры. Первоначально компьютеры разрабатывались для выполнения сложных математических расчетов.
Но, в какой-то момент, программисты начали использовать компьютеры для печати картинок символами. Идея была подхвачена, и вскоре на компьютере стали печатать тексты. Через некоторое время у компьютеров появилась масса новых применений. В настоящее время математические вычисления являются лишь одним из узких сегментов среди всех применений компьютеров. Разумеется, и сама техническая система при этом претерпела существенные изменения.
Рисунок 9. Первый компьютер IBM
Грамотные изобретатели, анализируя систему, всегда будут искать ресурсные функции, специфические свойства и характеристики системы, которые пока никак не используются, но могут удовлетворять новые потребности. Затем они постараются создать новые системы, в которых эти функции будут гипертрофированно развиты, и найдут для них новые рынки[4 - Отметим, что хотя эти идеи есть в АРИЗе, но грамотная методика поиска новых применений системы в ТРИЗ не разработана, хотя ее использование могло бы существенно расширить возможности бизнес-консультантов.].
Пример
В марте 1853 года сестра Леви Страусса пригласила его погостить в Калифорнию. В это время Сан-Франциско была знаменитая золотая лихорадка, и массы старателей стремились в Калифорнию в надежде обогатиться. Шурин Страусса решил подзаработать, и попросил Леви прихватить с собой парусины, которую хотел использовать для шитья палаток. В то время, в связи с переходом флота от парусников к пароходам, парусина резко подешевела. Однако, когда Леви приехал в Калифорнию, выяснилось, что спроса на палатки нет, зато у старателей большая проблема с одеждой, которая быстро протиралась и портилась. Предприимчивый Страусс сообразил, что парусина может быть использована по другому назначению, и начал шить из нее штаны. Это и были первые джинсы! Неожиданно новая одежда стала пользоваться большим спросом. В 1873 году он вместе с Джекобом Девисом получил патент на «Комбинезон без верха», и учредил компанию «Леви Страусс».
Рисунок 10. Фирменная этикетка Леви Страусс
Пример
Первоначально резонансный магнетрон, изобретенный британскими физиками Джона Рэндалла и Гарри Бута в 1940 году, применялся в радарах, которые эффективно наблюдали за небом в поисках самолетов. Этими разработками занималась во время Второй Мировой войны и сразу после нее занималась, американская компания Raytheon[5 - Компания «Рэйтеон» работает до настоящего времени, и производит известные зенитные комплексы «Пэтриот»].
Однако вскоре после войны финансирование оборонных разработок сократилось, и перед инженерами встала задача найти новые рынки для продукции компании. Инженер компании Перси Спенсер вспомнил, что однажды, работая с магнетроном, он обнаружил, что у него в кармане расплавился шоколадный батончик. Повторив эксперимент, он понял, что магнетрон можно использовать для нагрева предметов. Так появилась идея создания микроволновых печей.
Первая печь весила около 340 килограмм, стоила около 3 000 долларов – в то время колоссальные деньги, примерно стоимость среднего дома или элитного «Кадиллака»! Поэтому новые печи использовались только в ресторанах. Но, после ряда усовершенствований и удешевлений, ее вес уменьшился до 10—15 килограмм, а цена снизилась до 20—250 долларов. Рынок стал массовым, а микроволновая печь стала обязательным предметом почти в каждом американском доме.
Рисунок 11. Магнетрон (разрез) и первая серийная микроволновая печь
Новое применение различным материалам находят, если неожиданно выявляется, что они обладают полезными свойствами для других целей. Иногда это становится началом развития нового продукта.
1.2. Основные этапы закона S-образного развития технических систем
О работе любой технической системы судят по тому, насколько хорошо она выполняет свою главную функцию, ради которой была создана. Например, если мы говорим о самолёте, то это скорость, высота подъема, грузоподъёмность. Измеряя эти характеристики в цифрах, мы получаем параметры технической системы, которые можно сравнивать между собой и оценивать уровень ее развития с течением времени[6 - Отметим, что у системы, может быть, несколько главных функций (параметров). Например, у самолета – скорость, грузоподъемность, максимальная высота, экономичность и т. д.].
Техническая система развивается со временем, и её характеристики изменяются. Характеристики современных самолётов существенно отличаются от характеристик самолётов 30-х годов.
Рисунок 12. S-образная кривая развития технической системы
Исследования показали, что, если построить график зависимости любого главного параметра технической системы от времени, он будет напоминать S-образную кривую. Следует отметить, что именно напоминает, а не точно повторяет, поскольку в силу случайного развития могут быть существенные отклонения.
Например, одним из главных характеристик самолета является скорость, которую он может развивать. Скорость первых самолётов была невелика: 50—60 км/час. К началу Первой Мировой войны она достигла 114 км/час. Ситуация радикально изменилась с началом войны, когда самолеты оказались способными обеспечить военное преимущество в боевых действиях. В авиастроение начали вкладывать значительные средства, что привело к быстрому развитию авиации. Конкуренция заставила быстро совершенствовать самолеты, и увеличивать их скорость. Особенно важна скорость была в истребительной авиации, поскольку она позволяла навязывать противнику тактику боя – атаковать, когда у атакующих было преимущество, и уходить от боя при численном превосходстве противника. В конце 1930-х годов скорость самолетов уже достигала 570—590 км/час. Во время Второй Мировой войны скорость продолжала расти, поскольку господство в воздухе стало решающим фактором на фронтах. К 1945—1948 годам она достигла 750 км/час и практически прекратила расти из-за ограничений, связанных с работой винтов[7 - абсолютный мировой рекорд скорости для поршневого самолета был установлен в 1983 г. – 832,12 км/ч, хотя, реально развитие поршневой авиации остановилось в конце 1940-х годов.]. Рост мощности моторов не позволял значительно увеличить скорость. В это время появилось новые концепции двигателей – реактивные и турбореактивные двигатели.
Изменение концепции двигателя привело радикальному изменению всей конструкции самолёта, что ознаменовало начало новой S-кривой.
Примечание: Мы рассмотрели только S-кривую зависимости скорости от времени, используя усредненное значение скорости по разным компаниям и странам. Аналогичные кривые можно построить, принимая за главный параметр грузоподъемность или количество пассажиров для грузовых и пассажирских самолетов.
В ТРИЗ традиционно выделяют три основных этапа развития системы и два вспомогательных – 0-й и 4-ый[8 - Разные авторы разделяют S-кривую на разные этапы и подэтапы, и их количество колеблется от 3 до 12 и более.]. Их мы и рассмотрим подробнее.
