Орлов. Основы классической ТРИЗ

b) Большая толпа людей должна быть упорядочена для избежания неудобств движения и травм от столкновений или давки в узких проходах, и не должна быть упорядочена вне этих проходов.

Доминирующим ресурсом является пространственный в двух аспектах: отделение оперативной зоны и задание определенной траектории движения внутри оперативной зоны. Решение использует также структурный ресурс, так как в зависимости от ширины установленного прохода задает структуру очереди — по одному, по два и так далее. Для ограничения поступления людей в оперативную зону может использоваться также пространствен- но-временной ресурс — пропуск к разделительным барьерам небольших групп людей через определенные интервалы времени.

c)Топлива на борту должно быть как можно больше и не должно быть много, чтобы облегчить балансировку самолета по мере использования топлива.

Используются: пространственный ресурс (заполняются пустоты в фезюляже и крыльях), структурный ресурс (топливо разделяется на многочисленные части) и структурно-временной ресурс (топливо сначала выбирается от самых крайних емкостей вдоль фезюляжа и крыльев).

Пример 76. Фундаментальные трансформации во времени. Примеры моделей и решений физических противоречий к рисункам 12.3:

a) то же, что и в пункте а) Примера 75;

Решение: поочередное пересечение перекрестка конфликтующими потоками (доминирующий ресурс — временной).

b)Лодка должна иметь мачту (для удержания паруса — на открытой воде) и не должна иметь мачту (чтобы свободно проходить под мостами).

Лодка в оперативном времени обладает также переменной формой (пространственный ресурс), для чего в структуре мачты содержится динамический элемент (шарнир). В оперативном (конфликтном) времени мачта не выполняет своей главной полезной функции, а вне оперативного време-

ни — выполняет. Все это в сумме и позволило разрешить конфликт во времени.

с) Луч лазера должен проходить по соседним линиям для создания сплошного рисунка и не должен проходить по соседним линиям, чтобы пластина не перегревалась и чтобы не уменьшалась точность нанесения рисунка.

Запаздывание, с которым луч лазера попадает на соседнюю линию, позволяет избежать перегрева обрабатываемого материала — здесь в разрешении противоречия участвуют также пространственный ресурс (траектория движения луча) и вещественный ресурс (теплопроводность и теплоотдача материала).

Пример 77. Фундаментальные трансформации в структуре. Примеры моделей и

решений физических противоречий к рисункам 12.4:

a) Велосипедная цепь должна быть гибкой, чтобы точно огибать звездочки передачи, и должна быть жесткой и твердой, чтобы передавать значительные усилия между звездочками.

Структурное решение: части системы (звенья) твердые и негибкие, а вся система в целом (цепь) — гибкая. Проанализируйте роль и других ресурсов.

b)Вне оперативного (аварийного) интервала времени спасательный трап должен иметь форму, не занимающую много места, а в оперативное время должен иметь оптимальную форму трапа.

Вэтом примере сделан акцент на контрасте «мягкие» элементы — «жесткая» система в целом. Но для работы спасательного трапа в оперативном времени используются также энергия и объемный ресурс сжатого воздуха (вещество) и, конечно, изменение формы (ресурс пространства).

c)Деталь сложной формы должна быть прочно и надежно зажата для обработки и не должна быть сильно зажата, чтобы не повредить ее поверхность.

Доминирует пространственно-структурный ресурс — между прижимающими поверхностями тисков на специальной подставке располагаются

подвижные цилиндрические элементы, которые по мере сближения прижимающих поверхностей плотно охватывают деталь сложной формы, распределяя прижимное усилие по большей площади. Это обеспечивает прочное удержание деталей сложной формы в процессе обработки.

Пример 78. Фундаментальные трансформации в веществе. Примеры моделей и

решений физических противоречий к рисункам 12.5:

a) Вещества должно быть мало, чтобы иметь экономный двигатель, и вещества должно быть много, чтобы разность в объеме до и после горения была достаточной для выполнения работы.

Пример разрешения проблемы в веществе (в бензиновом двигателе): в процессе сгорания смеси небольшого количества бензина с воздухом продукты сгорания в виде высокотемпературного газа стремятся расшириться и с большой силой давят на поршень, скользящий в рабочем цилиндре. Выделившейся энергии достаточно, чтобы выполнить работу по перемещению поршня, движение которого через трансмиссию передастся на колеса автомобиля, отталкивающиеся от земли и толкающие в итоге автомобиль вперед. Проанализируйте роль и других ресурсов.

b)Солнцезащитные очки должны менять свою прозрачность в зависимости от освещенности и не должны требовать для изменения прозрачности ка- ких-либо действий пользователя.

Идеальное решение в веществе: хроматические стекла сами меняют свою прозрачность в зависимости от освещенности!

c)При фотосъемке вспышка должна быть, чтобы получить высокое качество снимка, и вспышка не должна быть, чтобы на фотоснимке зрачки глаз человека не были красного цвета (негативный эффект «красные глаза»).

Для предупреждения появления на фотографии так называемых «красных глаз» при съемке со вспышкой кроме биофизического эффекта реагирования глаза на вспышку света использован, по крайней мере, временной ресурс, а именно вспышка меньшей силы, создаваемая с небольшим упреждением перед основной вспышкой.

Итак, по существу мы провели блиц-реинвентинг 12 технических решений, из которых не меньше половины являются настоящими изобретениями. Эти комментарии являются маленьким уроком понимания и выявления ресурсов в системах и в процессах.

Каталоги 6 и 7 инструментируют фундаментальные трансформации с помощью А-Стандартов и А-Приемов. Действительно, многие стандарты и приемы хорошо согласуются по направленности рекомендаций с определенными фундаментальными трансформациями. Именно эти стандарты и приемы включены в каталоги в качестве более детальных и практичных моделей трансформаций.

А теперь поработаем с более сложными задачами.

Пример 79. Тренировка по прыжкам в воду. Это одна из самых известных в

ТРИЗ задач. Проблемная ситуация заключается в следующем. На тренировках по прыжкам в воду случаются неудачные попытки. При неправильном вхождении в воду спортсмен может получить травму из-за удара о полную поверхность. Как повысить безопасность тренировок?

Административное противоречие, заложенное в заданном вопросе, превратим в более конструктивную модель в виде физического противоречия:

Вполне очевидно, что в решении заинтересованы вещественный и структурный ресурсы: нужно сделать какое-то изменение вещества (воды), возможно только в ограниченной части системы (то есть не во всем бассейне). Ресурс времени играет вспомогательную роль и допускает, что решение задачи может применяться только на участке оперативного времени, а именно, если кто-то, например, тренер, видит, что прыжок может завершиться неудачно.

Обратимся к каталогу 6 Фундаментальные трансформации и Компакт-Стан- дарты. Просмотр каталога показывает, что несколько позиций представляют интерес. Воспроизведем их здесь (рис. 12.6) с интерпретацией применительно к условиям решаемой задачи.

Запишем функциональную идеальную модель па микроуровне: Х-ресурс, в виде частиц вещества или энергии находится в оперативной зоне и обеспечивает вместе с другими имеющимися ресурсами получение «мягкой воды».

пространственного и временного ресурсов, однако, не как «решающих», а как целевых через идеальный конечный результат: грана растет до какой-то определенной длины, а далее прекращает свой рост. Не очевидна роль структурною ресурса. Однако обращение к каталогу дает по крайней мере три интересных способа, два из которых как раз относятся к структурному ресурсу (рис. 12.8).

Действительно, реализация идеального результата вполне созвучна первым двум трансформациям, а вторая трансформация тесно связана с третьей. Вопрос только в том, чтобы найти и применить, если он известен, или создать механизм такого идеального процесса.

Контрольное решение: в университете города Канберра (Австралия) найдено вещество, которое тормозит рост травы. Работая с гормонами роста растений, исследователи обнаружили возможность получать вещество с противоположными свойствами, которое замедляет рост газонной травы в три раза. Полив газонов водой, содержащей анти-стимулятор (замедлитель) роста травы, увеличивает время между стрижками газона в несколько раз.

Сверхэффект: применение нового вещества может оказаться перспективным для уменьшения длины соломины злаков, что уменьшит опасность их полегания под воздействием ветра, дождя и тяжести колоса.

Пример 81. Кто победит — вертолет или самолет? Мы уже проводили учебный ре-

инвентинг самолета с вертикальным взлетом и посадкой (см. пример 4). Ключевая идея состояла в применении приема 07 Динамизация. Для этого в конструкциях самолетов испытывались самые разные идеи и их комбинации: раздельные двигатели — отдельно для создания подъемной силы при взлете и посадке и отдельно для горизонтального полета; поворотное крыло (вместе с двигателями): поворотные двигатели; поворотные сопла реактивных двигателей; поворотные винты с подвижным приводом от неподвижных двигателей; поворотные лопатки на крыльях для отклонения газовой или воздушной струи и другие.

Что движет разработчиками таких самолетов? Ведь сегодня, казалось бы, в небе безраздельно доминирует вертолет! Как это происходило и во многих других областях техники, изобретение вертолета в первую очередь преследовало военные цели. В гонке идей только в принципе предусматривалось невоенное применение таких машин. И это применение состоялось, причем практически в полном диапазоне возможностей машин с вертикальным взлетом и посадкой: спасательные служба и медицинская помощь, полицейское патрулирование и научные наблюдения, туризм и даже такси. И все же вертолет представляет собой еще один пример массовой психологической инерции — он уже есть, а другие технические идеи и возможности все еще остаются

«фантазиями». А то. что этот вид технических систем унаследовал из поенной практики расточительный расход ограниченного общепланетарного запаса нефтепродуктов, просто не принимается во внимание и не является до настоящего времени глобальным критерием качества и эффективности. Однако, специалистам известно, что по сравнению с вертолетом самолет в 5 раз экономичнее и значительно безопаснее. Безопасность связана с возможностью совершить посадку в режиме обычного самолета с помощью планирования.

Итолько в последние годы мы видим примеры построения альтернативных систем невоенного назначения (хотя, безусловно, на базе машин первоначально военного назначения), например, фирмой Bell Helicopter TEXTRON, USA совместно с фирмой Boeing. USA — машина Bell/Agusta 609 на базе военных машины Bell Helicopter (от тяжелой машины Bell Boeing V-22 Osprey до легкой Bell/Agusta HV 609). Кстати, фирма Bell Helicopter является одним из пионеров построения самолетов с вертикальным взлетом и посадкой еще с начала 1950-х годов. В основном, это машины с поворачивающимися двигателями.

Ивсе же известные конструкции самолетов с поворотными двигателями (крыльями и так далее) явно унаследовали от вертолетов сам «вертолетный принцип» вертикального старта и посадки, а именно, с помощью огромных винтов с вертикальной осью вращения. Можно ли радикально повысить экономичность и безопасность самолетов с вертикальным взлетом и посадкой (по крайней мере, с небольшой полезной нагрузкой, например, до одной тонны), чтобы они могли составить серьезную конкуренцию вертолетам и «гибридам» вертолетов с самолетами?

Упрошая предельно модель, как это и рекомендует ТРИЗ, можно сказать, что винты гибридного самолета создают поток воздуха, направленный вертикально для взлета и посадки. Винты отталкиваются от этого потока и поднимают весь самолет. Можно также сказать, что вертолет хорошо толкает воздух вниз и плохо — по горизонтали. А самолет хорошо толкает воздух по горизонтали, но вовсе не может толкать воздух вниз.

Управлять поворотом винтов сложно и небезопасно. Идеально, если бы они оставались неподвижными, как у обычного самолета, и были ориентированы для горизонтального полета. Иными словами, можно ли построить гибридный самолет, но отправляясь не от вертолета, а от самолета?

Тогда, принимая за прототип обычный самолет, нужно научить его хорошо отталкивать воздух вниз. Примем эту идею за идеальный конечный результат. Превратим административное противоречие в физическое противоречие:

Доминирующие ресурсы: временной, пространственный и структурный. Временной ресурс участвует потому, что острый конфликт связан с двумя временными фазами полета — по горизонтали и по вертикали. Пространственный ресурс: нужно поворачивать поток воздуха в пространстве. Структурный ресурс: нужно, по крайне мере, использовать принцип «наоборот», а именно, отказаться от вертолетного старта и посадки, а найти иной способ поднятия и опускания самолета по вертикали.

Сложный характер участия ресурсов подсказывает целесообразность обращения к Каталогу Фундаментальные трансформации и А-Приемы (Приложение 7):

Контрольное решение: Московский авиационный институт (Москва, Россия) запатентовал новое техническое решение, аккумулирующее лучшие идеи из практики создания самолетов с вертикальным взлетом и посадкой (рис. 12.11) с ключевой идеей управления струями воздуха с помощью гибких поворотных пластин-решеток.

Машина имеет три винта, приводимые в движение двумя газотурбинными двигателями (рис. 12.11,а). Носовой винт работает только при взлете и посадке. Подъемно-маршевые винты работают постоянно. Направление и режим движения зависят от положения управляемых пластин (рис. 12.11,b), которые менее инерционны и поэтому обеспечивают лучшую управляемость при взлете и посадке по сравнению с поворотными винтами. В горизонтальном полете передние воздухозаборные жалюзи и пластины управления закрыты.

Пример 82. Протезирование сосудов. Ряд операций на кровеносных сосудах, на стенках пищевода, на желчных протоках и на некоторых других сосудах проводится с установкой поддерживающего протеза (трубки, спирали и т. п.) внутрь или снаружи сосуда. Протез придает сосуду требуемую форму, либо расширяя сосуд, либо сжимая его. В обоих случаях возникает острое противоречие: рабочий диаметр (сечение) протеза не соответствует размеру (сечению) поврежденного сосуда. Так, в узкий сосуд надо вставить более широкий протез, а на расширенный сосуд надеть узкий протез. Применение протезов с пружинящими свойствами сложно при большой длине протеза, так как его трудно удерживать в предварительно сжатом состоянии при установке внутрь сосуда или, наоборот, в растянутом состоянии при установке поверх сосуда. Нужен протез, который мог бы сам устанавливаться в нужное рабочее состояние при исходном состоянии, удобном для проведения операции.

Первая модель физического противоречия: протез должен быть во время операции небольшим для установки внутрь сосуда и должен быть большим для постоянного пребывания внутри сосуда после операции.

Вторая модель физического противоречия: протез должен быть во время операции большим для установки снаружи сосуда и должен быть небольшим для постоянного пребывания снаружи сосуда после операции.

Важно отметить, что даже сами модели противоречий находятся в остром конфликте друг с другом, требуя прямо противоположных свойств от материала протеза! Итак, можно ли совместить «абсолютно несовместимое»?

Очевидно, что прежде всего нужно учитывать следующие три ресурса: пространственный — увеличение-уменьшение размеров; временной — интервал времени на операцию и послеоперационное функционирование протеза; вещественный — нужен материал с особыми свойствами, в идеале имеющий два устойчивых состояния, переход между которыми был бы управляемым.

В Каталоге Фундаментальные трансформации и А-Компакт-Стандарты (Приложение 6) имеется интересный пример в позиции 4.2, связанный с применением вещества с памятью формы. Если Вы не знакомы с такими материалами, то может быть, Вам будет интересно найти описания таких материалов в технических справочниках и энциклопедиях.

Контрольное решение: Научный центр хирургии Российской Академии медицинских наук, Московский институт сплавов и стали, Российский государственный медицинский университет и другие институты разработали серию различных протезов для сосудов на основе металлов с памятью формы. Например, спираль из никелида титана, скрученную до небольшого диаметра при температуре около 0 С, вводят через минимальный разрез в сосуд, где эта спираль постепенно нагревается до температуры тела, увеличивается в диаметре до рабочего размера и расправляет сосуд.

Операция занимает меньше часа и идет без общего наркоза под наблюдением с помощью рентгенотелевидения. В другом случае каркас, состоящий из множества полуколец, при нулевой температуре разжимается так, чтобы ширина «разреза» полуколец стала больше размера оперируемого сосуда, и свободно надевается на сосуд. После нагрева металла до температуры тела края «разреза» сами соединяются, замыкая кольца, и протез надежно охватывает сосуд, не давая ему расширяться.

Пример 83. Естественный свет в зале парламента. Из центра смотровой площадки на куполе здания Рейхстага (см. также пример 31) вниз вершиной висит огромный конус 3, оснащенный 360 зеркалами, отражающими дневной свет прямо в зал парламента (рис. 12.13).

Физическое противоречие: свет должен быть (постоянно, так как зеркала неподвижны) и не должен быть (в яркий солнечный день, чтобы не слепить сидящих в зале).