Орлов. Основы классической ТРИЗ

Еще пример: идея электрической лампы накаливания возникла еще в начале XIX века. Первый опыт освещения раскаленным проводником был поставлен в 1840 году. А первая лампа, пригодная для массового использования, появилась лишь 39 лет спустя!

Пример из середины XX века: идея оптического квантового генератора была высказана в 1952 году67, через 2 года уже проводились испытания первого такого прибора, а еще через 6 лет был налажен промышленный выпуск разнообразных лазеров. Причем процесс развития конструкций и применений лазеров продолжается. Размеры лазеров занимают диапазон от долей миллиметра до нескольких метров, а излучаемая мощность экспериментальных лазеров может перекрыть в очень коротком импульсе, например, суммарную мощность всех электростанций США! Лазер записывает и считывает информацию в факсимильном аппарате и на компактных дисках, лечит человека и зондирует атмосферу, измеряет расстояние до Луны и режет металл, «рисует» на кристалле размером в 1—2 см2 будущий микропроцессор с несколькими миллионами (!) элементарных переключающихся ячеек и создает грандиозное цветомузыкальное шоу, видимое на много километров, передает в световолокно тысячи наших телефонных разговоров и телевизионные программы, создает «в воздухе» трехмерные «живые» голографические изображения... Вот за что присуждаются Нобелевские премии!

Впрочем, лазер — это и «лучи смерти» не только в фантастике по Герберту Уэллсу (68) или по Алексею Толстому69: реальный лазер может поражать спутники как из космоса, так и с земли, прожигать и взрывать ракеты и самолеты, может убивать людей. Но это уже зависит от людей, а не от технической системы. Так же как и атомную энергию можно использовать как оружие, а можно как источник электроэнергии для человечества. Тому много примеров. Более того, в истории человечества одной из главных движущих сил развития технических систем было и все еще остается их военное применение.

И все же, что происходит с системами, когда они достигают своего наивысшего развития (см. этап 1 на S-кривой на рис. 14.5)? Неизбежность замены системы становится очевидной, но предел развития данной системы воспринимается как предел развития вообще. Кажущаяся невозможность отказаться от привычной системы пугает и гипнотизирует. Смена системы может вызывать мощное сопротивление производителей, которые часто продолжают выпускать системы, например, экологически вредные (сверхкрупные авиалайнеры, сверхкрупные танкеры) либо вошедшие в противоречие с возможностями других систем (автомобиль или железная дорога). Так, бывший вице-прези- дент «Дженерал Моторс» Джон де Лориан однажды сказал, что если бы небольшая часть тех средств, которые тратятся на совершенствование двигателей внутреннего сгорания, была направлена на развитие аккумуляторов, то

мы давно имели бы экономичный электромобиль. Причем возможно, что здесь наибольшее сопротивление исходит не от производителей автомобилей и двигателей внутреннего сгорания, а от поставщиков нефтепродуктов. С тех пор прошло 25 лет! Нужно ли это комментировать?

Переход к новой системе далеко не всегда означает полное прекращение применения системы предыдущего поколения. Так, например, сосуществуют парусные суда и современные дизельэлектроходы, реактивные и винтомоторные самолеты, кино и телевидение, морозильные фабрики и домашние холодильники, велосипеды и автомобили, рестораны и домашние кухни, стационарные

ипереносные радио- и телеприемники и так далее.

В1930-е годы быстро росло число кинотеатров. Теоретический предел должен был достигаться задолго до того, как на каждого человека придется по одному кинотеатру. И что-то похожее все же произошло: появились телевизоры — кинозал на одного человека!. Казалось, что телевидение стало следующей ступенью после кино, вобрав его в себя в качестве подсистемы. Во многом так оно

ипроизошло, особенно с развитием компьютерного оснащения телевизионных систем. Однако, сегодня мы наблюдаем параллельное существование и кино, и телевидения. Причем, тот же компьютер в кино создал аудио- и видеоэффекты, недостижимые пока для восприятия в пространстве квартиры, для этого нужны большие объемы.

Ивсе же телевидение можно рассматривать как «надсистему», то есть систему вышестоящего уровня для кино. Телевидение — это еще и оперативный выпуск новостей, это конференц-зал, это, наконец, показ событий в реальном времени.

Так же на смену автомобилю, возможно, придет не столько электромобиль, а принципиально иная транспортная надсистема, в которой автомобиль (или эквивалентное ему транспортное средство) станет лишь подсистемой. Этот прогноз принадлежит Генриху Альтшуллеру. Любопытно, что в Беларуси, в городе Гомеле одновременно с этим предположением в 1982 году еще один изобретатель высказал такую же гипотезу, ставшую для него в дальнейшем целью жизни — это был молодой инженер Анатолий Юницкий (см. следующий раздел 15.3 Интеграция альтернативных систем).

Раздел Стратегия и тактика изобретения кратко представляет основные ТРИЗ-принципы и модели для учета объективных закономерностей развития систем. Сами по себе эти модели нейтральны к понятиям прогресса или регресса. Их позитивное или негативное проявление зависит только от моральных ценностей, исповедуемых для себя теми, кто применяет эти законы.

Но позволим себе выразить надежду, что объективно в системе этих моделей все же проявляется нечто глобально позитивное, что и движет прогресс, несмотря на войны и болезни, на стихийные бедствия природного и техногенного характера. Это глобально позитивное можно попытаться выразить, воспользовавшись названием одного из интереснейших рассказов Джека Лондона70 — Любовь к жизни (Love of Life, 1905).

А теперь на основе изложенного можно определить главный ТРИЗ-Закон, представляющий обобщенную цель создания изобретений:

Иными словами, развитие есть эволюция в направлении увеличения эффективности.

Главным в изобретении является то, что техническая система переходит из одного состояния в другое, причем этот переход отражает процесс развития технической системы и осуществляется по объективным законам.

Рассмотрим классические ТРИЗ-Законы, установленные еще к середине 1970-х годов. Эти законы были разделены в ТРИЗ на три группы, условно названные по аналогии с законами механики соответственно «статикой», «кинематикой» и «динамикой» (распределение законов по группам и рис. 15.1 даются в редакции автора — О.М.).

Группу «статики» представляют законы, определяющие начало жизненного цикла технических систем.

1. 1. Закон полноты частей системы.

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы.

Каждая техническая система должна включать четыре основные части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и орган управления. К этому можно добавить лишь объединяющую все эти части пятую часть — конструкцию (см. раздел 8.2 Ресурсы и рис. 8.4 Абстрактная машина).

Достаточное условие жизнеспособности технической системы можно представить как развитие этого закона следующим образом (что особенно полезно для начинающих изобретателей): техническая система жизнеспособна лишь в том случае, когда минимально работоспособна каждая из ее частей, но и обеспечивается минимальная работоспособность всех частей как единой системы. Для практики весьма важно одно из следствий из этого закона: чтобы система была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна из частей была управляемой.

1.2. Закон «энергетической проводимости» системы.

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является сквозной проход энергии по всем частям системы.

Каждая техническая система является преобразователем энергии, передаваемой от двигателя через трансмиссию к рабочему органу.

Одно важное следствие из этого закона: чтобы часть технической системы была управляемой, необходимо обеспечить энергетическую проводимость между этой частью и органом управления.

Можно говорить также об информационной проводимости, особенно, в задачах на измерение или обнаружение, хотя часто она сводится к энергетической, что может приводить к неправильному пониманию задачи.

К «кинематике» в ТРИЗ относятся законы, определяющие развитие технических систем независимо от конкретных технических и физических факторов, обусловливающих это развитие.

2. 1. Закон неравномерности развития частей системы.

Развитие частей систем идет неравномерно, и чем сложнее система, тем неравномернее развитие ее частей.

Неравномерность развития частей системы является причиной возникновения острых физико-технических противоречий, и следовательно, изобретательских задач. Например, рост численности автомобилей в центральной Европе вошел в противоречие с ограниченными возможностями строительства новых дорог. При этом имеющиеся дороги постоянно находятся в ремонте. Крупные города катастрофически страдают от трех проблем: загрязнение воздуха, отсутствие мест для парковки и низкая скорость движения, обусловленная постоянными заторами.

2.2. Закон перехода в надсистему.

Исчерпав возможности развития, система включается в надсистему и развивается далее в качестве одной из частей.

Приведем здесь только один пример: велосипед, оснащенный двигателем внутреннего сгорания, превратился в мопед и в мотоцикл! Но и остался велосипедом — как мы уже отмечали, возможно параллельное сосуществование предшествующих и последующих систем одного назначения.

2.3. Закон перехода с макроуровня на микроуровень.

Развитие рабочих органов технической системы идет сначала на макроуровне, а

вразвитой системе — на микроуровне.

Вбольшинстве современных механических систем рабочими органами являются макродетали, например, винт самолета или резец токарного станка. Однако, в реактивном самолете рабочим органом является струя газа. Резцом может служить струя плазмы. Вместо макродеталей работа осуществляется на уровне частиц вещества, молекул, ионов, атомов. Перспективным и неисчерпаемым источником энергии остается энергия атомного ядра, извлекаемая либо при его делении, либо при его синтезе.

Переход с развития на макроуровне к развитию на микроуровне есть сущность компьютерной революции!

Законы «динамики» в ТРИЗ недостаточно полны и имеют более специализированный характер. Они определяют развитие современных технических систем как раз в зависимости от конкретных технических и физических факторов.

3.1. Закон согласования ритмики частей системы.

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является согласование ритмики (частот механических или электромагнитных колебаний, периодичности функционирования и взаимодействия) всех частей системы.

3.2. Закон перехода к управляемым ресурсам.

Развитие технических систем идет в направлении применения ресурсов с более высоким уровнем организации, например, более управляемых веществ и полей.

Этот закон хорошо коррелирует с законами энергетической проводимости систем и главным законом о росте идеальности. Так, в линейном шаговом даигателе рабочим органом является электромагнитное поле. Информационные системы от первых телеграфных электромеханических конструкций развились в современные радио- и оптические системы с более высокоорганизованными полями — носителями информационных сигналов. Электронный микроскоп кардинально расширил возможности исследования строения веществ по сравнению с оптическим микроскопом.

Нагревающее устройство на сверхвысокочастотном излучении совершило революцию на кухне современной квартиры!

Выделение изолированных друг от друга законов является, конечно, упрощением. Законы действуют в совокупности, проявляясь в реальном развитии систем.

Знание ТРИЗ-Законов вместе с оценкой параметров 5-кривой для данного типа систем позволяет прогнозировать тенденции развития практически любой технической системы.

ТРИЗ-Законы дополняются и инструментируются так называемыми «Линиями система-технического развития». Это очень крупные мета-модели, схватывающие основные тенденции в развитии технических систем. Их применение для решения Ваших задач требует, как правило, проведения достаточно большого объема прадварительных исследований. Это объясняется тем, что практически все Линии развития опираются на историю и прогнозы развития усовершенствуемого объекта и его системного окружения.

В настоящем учебнике мы дадим краткую характеристику следующих ме- та-моделей:

1)Линия роста степени «идеальности»;

2)Полиэкран;

3)Линия замещения человека в функционировании ТС;

4)«Волна эволюции»;

5)Длинные экономические волны (циклы) Кондратьева;

6)Переходы в надсистему — подсистему;

7)Линии «Моно — Би / Поли — Моно»;

8)Линии развития ресурсов.

15.2.1. Мета-модель Линия роста степени «идеальности». В истории человече-

ства было не так уж много открытий и изобретений, потрясших основы человеческой популяции и давших мощный толчок развитию цивилизации. Например, распространение книгопечатания, открытие и применение электромагнитных полей в широком диапазоне частот и проявлений, выход в космос, создание компьютера как машины для переработки информации, биотехнология и генная инженерия.

Историко-технический анализ показывает, что таким революционным изменениям предшествовали периоды более или менее длительного замедления или остановки роста каких-то жизненно важных функций для человечества. Так, можно привести примеры из настоящего времени, относящиеся, в частности, к странам Западной Европы:

•расписания движения поездов не меняются десятилетиями, так как реальные (не рекордные!) скорости и пропускная способность железных дорог давно достигли технических пределов, причем замена существующих железных дорог на линии с магнитным подвесом ничего не может изменить кардинально и является на сегодня тупиковым направлением, опоздавшим в своем вхождении в цивилизацию;

•скорости движения и пропускная способность автомагистралей ограничены и имеют нарастающую тенденцию к образованию заторов, длительность которых достигает десятков километров — ущерб от потери времени автомобильным транспортом только в Германии оценивается гигантскими величинами во многие десятки миллиардов марок в год!

•остановился на уровне чуть выше 30 % рост коэффициента полезного действия атомных и тепловых электростанций — нужны новые источники энергии;

•близка к предельному уровню урожайность зерновых культур — одной из основ питания человечества;

•жесткие ограничения на возможности интенсификации в животноводстве поставлены Природой — нарушение этих ограничений немедленно ведет к вспышкам опаснейших болезней.

Эти и многие другие признаки замедления указывают также на то, что именно по таким направлениям можно ожидать появления крупнейших изобретений. По каждому новому направлению будет происходить рост его MPF, а также рост связанных с этим направлением MPF других отраслей техники. Далее рост MPF этого направления замедлится (см. рис. 14.3: направление выйдет на вершину S-кривой в область 1). Интересно проследить изменение количества 1 и качества (уровня) 2 изобретений на разных участках S-кривой рис. 15.2).

В самом начале, после создания пионерского изобретения с самым высоким уровнем (4 или 5) происходит некоторое запаздывание изобретений в этом направлении. Настоящий прорыв начинается в области (а), когда создаются вспомогательные изобретения, иногда высокого уровня (3 или 4), обеспечивающие достаточные условия для промышленного производства продукта.

Вначале производства между областями (а) и (b) количество изобретений уменьшается, так как осторожные производители ждут первых испытаний и продаж. При успехе начинается бум изобретений, направленных на усовершенствование и продукта, и технологий. В области (с) надежным признаком полностью развернутого производства является уменьшение числа патентов и явная направленность их на мелкие технологические усовершенствования.

Вобласти (с), и нередко еще раньше, могут начинаться серьезные изменения

ссистемой данного типа, направленные на ее выживание в случае, если появились альтернативные системы 3 того же назначения. В целом эта ситуация характеризуется линией роста степени идеальности системы данного типа, представленной на рис. 15.3.

15.2.2.Мета-модель Полиэкран. Изобретатели, не знающие законов развития технических систем, генерируют множество различных вариантов решения. Жизнеспособными оказываются только те мутации, которые действуют в направлении, совпадающем с объективно существующими законами развития. Такое мышление несистемно. Но в технике существует возможность накопить опыт мутаций, выявить правила удачных изменений и использовать их сознательно и направленно. И тогда талантливое мышление может приобрести другую структуру.

Генрих Альшуллер дает следующее образное описание возможности новой организации системного мышления изобретателей. Обычно, если в задаче сказано «дерево», то человек видит именно некоторое дерево. То есть, воображение создает определенный образ задачи. Прочитал человек условия (обозначены как ?), и сразу же вспыхивает мысленный экран с высвеченной на нем кар- тинкой-решением 1 (рис. 15.4).

Ненаправленный перебор вариантов приводит к тому, что таких картинок может быть очень много. Дерево становится то больше, то меньше, но ничего принципиально не меняется. Часто на этом все и кончается: ответ не найден, задача признана неразрешимой.

Это — обычное мышление. Талантливое воображение одновременно зажигает три экрана (рис. 15.5).

Видны надсистема 2 (группа деревьев), система 1 (дерево) и подсистема 3 (лист).

Это, конечно, минимальная схема. Часто включаются и другие (верхние или нижние) экраны: наднадсистема (лес) и подподсистема (клетка листа).

Но еще важнее видеть все это в развитии. И тогда нужно включить еще «боковые» экраны, показывающие прошлое и будущее на каждом уровне (рис. 15.6). Минимум девять (!) экранов системно и динамично о т р а ж а ю т системный и динамичный мир.

Пример 96. Финиковая пальма. За сезон финиковая пальма может дать до 240 литров сладкого сока, идущего на изготовление пальмового сахара. Но для сбора сока надо сделать надрез на стволе под самой кроной. А это 20 метров высоты! Задачу предложили фирме, выпускающей сельскохозяйственные машины и механизмы. Специалисты попробовали альпинистский способ — человек поднимается, вырубая ступеньки на стволе. Но способ оказался непригодным: много ступенек — дерево погибает, мало ступенек — трудно подниматься. Начали проектировать нечто вроде пожарной машины с раздвижной лестницей. Каково же было удивление специалистов, когда они узнали, что в Бангладеш крестьяне обладают секретом, позволяющим подниматься на пальму без всяких машин...

Эта задача не решается, если включен только экран 1. Но стоит только совместно рассмотреть хотя бы экраны 1 и 4, как решение становится очевидным. На экране 4 — маленькая пальма. Сока она еше не дает, но на ней легко можно сделать зарубку — будущую ступеньку. От одной-двух ступенек в год дерево не погибнет. На следующий год — еще несколько зарубок. И к тому времени, когда дерево вырастет и будет способно давать сок, на стволе окажется готовая лестница.

Другое решение просматривается при включении экрана 2. К одному дереву надо приставлять лестницу. Но если рядом растут два дерева, то их стволы — почти готовая лестница, не хватает только веревочных перекладин.

Генрих Альшуллер, приводя этот пример, подчеркивал: это не самый сложный случай — девять экранов. Гениальное мышление заставляет работать много больше экранов, например, 27! Когда параллельно первым 9 экранам рассматривается эволюция содействующих и противодействующих систем с их надсистемами и подсистемами. В ТРИЗ ставилась цель: дать правила организации мышления по многоэкранной схеме на основе изучения закономерностей развития систем.

Многоэкранное мышление позволяет избежать многих драматических ошибок. Изобретатель обычно нетерпелив — найдя первое же решение задачи, он склонен считать свою миссию законченной. В результате новая техническая идея используется только частично, не в полную меру.

15.2.3. Мета-модель Линия замещения человека в функционировании ТС. Одной из главных линий системо-тсхнического развития ТС является замещение человека в функционировании самой ТС (рис. 15.7).

Так, на исполнительном уровне происходило замещение рук, ног и мускульной силы человека искусственными инструментами, механизмами и иными источниками энергии.