Орлов. Основы классической ТРИЗ

На шаге 1 проводится общая диагностика системы с целью определения компонентов системы, подлежащих усовершенствованию или устранению — на основании функционально-стоимостного анализа, либо на основании сопоставления уровня развития технической системы и ее компонентов с законами и линиями развития систем, либо на основании иных способов оценки эффективности компонентов.

Пример 113 (продолжение 4). Ранее для устранения возгорания масла пытались закрывать ванну крышкой с отверстием точно по габаритам детали. Однако, для деталей разных размеров приходилось изготавливать новые крышки. Здесь видно, что решение опиралось на нединамизированную часть (крышку) в противоречии с законом 3.1. Согласование ритмики частей системы, а также на самую низкую позицию на линиях развития инструмента (рис. 15.13) и вещества (рис. 15.14).

На шаге 2 для сложных узлов и, разумеется, для всей системы в целом, могут строиться так называемые системно-функциональные модели конфликта.

Целью такого моделирования является определение компонентов (или функций и действий), которые одновременно участвуют в создании позитивных и негативных функций. Такие компоненты называются оперативными и будут включены в состав соответствующих оперативных зон.

Пример 113 (продолжение 5). В состав компонентов, принимаемых во внимание в данной конфликтной ситуации, входят: изделие, масло, дым, воздух. Всю схему взаимодействия этих компонентов полезно представлять графически (рис. 16.4).

Здесь масло, воздействуя на поверхность изделия, постепенно охлаждает его. Однако под воздействием высокой температуры на поверхности изделия и в присутствии кислорода воздуха масло загорается и выделяет дым. Дым загрязняет воздух.

Для целей диагностики могут строиться и более подробные схемы, например, с учетом того, что масло состоит из двух частей — общая масса и узкий пограничный слой, непосредственно контактирующий с высокотемпературной поверхностью изделия. Именно этот пограничный слой быстро нагревается, а затем загорается в присутствии кислорода воздуха, выделяя продукты сгорания в виде дыма.

На шаге 3 нужно сформулировать противоречия взаимодействия компонентов, включенных в системно-функциональную модель, и сформулировать описания оперативных зон, связанных с полученными противоречиями.

Пример 113 (продолжение 6). В зависимости от уровня физико-химического исследования компонентов могут быть рассмотрены разные процессы и в соответствии с этим построены разные модели противоречий. Мы будем придерживаться макро-уровня, представленного на рис. 16.4. Для этой схемы могут быть сформулированы, например, следующие версии противоречий.

Техническое противоречие (вариант 1): закалка изделия в масле улучшает качество изделия, но загрязняет воздух из-за появления дыма.

Техническое противоречие (вариант 2): погружение раскаленного изделия в масло нужно для закалки изделия, но приводит к возгоранию масла, что имеет следствием загрязнение воздуха продуктами горения.

Для одной и той же системно-функциональной схемы модели противоречия могут быть представлены отличающимися описаниями. Нужно стремиться отразить в моделях противоречий главные позитивные и негативные функциональные свойства: раскаленное изделие, качество (закалка) изделия, возгорание масла. Поэтому второй вариант предпочтительнее.

Физическое противоречие (вариант 1): масло должно гореть в присутствии кислорода воздуха и при высокой температуре поверхности изделия и не должно гореть, так это загрязняет воздух.

Физическое противоречие (вариант 2): масло должно нагреваться, чтобы забирать тепло от изделия и охлаждать его, и не должно нагреваться, чтобы не было возгорания.

Физическое противоречие (вариант 3): кислород должен быть в воздухе, так как это определено природным составом воздуха, и кислород не должен быть в воздухе, чтобы масло не возгоралось.

Физическое противоречие (вариант 4): дым должен быть в воздухе, так как он является продуктом горения масла, и дым не должен быть в воздухе, чтобы воздух не загрязнялся.

Физическое противоречие должно отражать физико-химические свойства процесса, связывающие его с позитивной и негативной функциями для данной проблемной ситуации. Нельзя, например, записать такое противоречие: изделие должно быть раскаленным, чтобы произошла закалка, и не должно быть раскаленным, чтобы масло не загоралось. Практически эта модель ориентирует на смену способа закалки и на смену задачи, что неприемлемо в данной ситуации, так как требуется сохранить принцип закалки в масле.

Существование нескольких альтернативных моделей на этапе диагностики не должно восприниматься как недопустимая ситуация. Более точные формулировки будут отрабатываться на этапе редукции. Однако, следует иметь в виду, что разные формулировки противоречий могут приводить к разным функциональным идеальным моделям, и следовательно, к разным направлениям поиска решения.

Пример 113 (продолжение 7). На этом простом примере нетрудно видеть, что с физическим противоречием по второму варианту связаны компоненты I и 2, с физическим противоречием по третьему варианту связаны компоненты 2

и3, а с физическим противоречием по четвертому варианту — компоненты 3

и4. Структурные модели для каждой из оперативных зон приведены на рис. 16.5.

На шаге 4 нужно предварительно оценить ресурсы, находящихся в каждой из выделенных оперативных зон. Это может повлиять на оценку сложности задач, содержащихся в оперативных зонах.

Анализ можно проводить на основе таблицы выбора ресурсов (раздел 8.2, рис. 8.7 и 8.8). Здесь мы дадим упрощенные оценки.

Так для оперативной зоны а) потенциально полезными ресурсами являются: размеры и скорость опускания детали, размеры и форма ванны, расположение ванны в цехе, возможность вынесения ванны из цеха.

Для второй оперативной зоны b): то же, что и для а) плюс возможность введения присадок в масло, снижающих его способность к окислению, возможность создания бескислородной атмосферы или вакуума в оперативной зоне.

Для третьей оперативной зоны с): то же, что и для а).

На шаге 5 нужно ориентировочно определить характер задач и предполагаемые Мета-стратегии для их решения.

Пример 113 (продолжение 8). Так, для оперативных зон а) и b) явно просматриваются исправительные задачи с Мини-стратегиями среднего уровня сложности, так как в оперативных зонах имеются или могут быть введены некоторые ресурсы, потенциально пригодные для решения задач. В оперативной зоне с) может быть сформулирована исправительная задача по Мини-страте- гии с наименьшим уровнем сложности, так как известны и способ вытяжки грязного воздуха, и способ подвода чистого воздуха. В то же время постановка с) не исключает возможности создания далеко не тривиальных решений.

На шаге 6 нужно оценить сложность задач, находящихся в каждой оперативной зоне и установить определенную последовательность решения задач.

Пример 113 (продолжение 9). В данном случае по результатам диагностики мы ограничились тремя разными постановками задач.

Далеко не всегда легко заранее определить, какой из вариантов постановки окажется наилучшим для усовершенствования системы в целом.

Например, здравый смысл подсказывает, что поскольку решение по модели с) не устраняет причины возгорания масла, то оно выглядит недостаточно перспективным. Однако, это может быть очень недорогое решение (и даже не изобретательское), соответствующее Мини-стратегии, например, оборудование хорошей вытяжки. В то же время, мышление, свободное от стереотипов, могло бы рассмотреть возможности применения вредного дыма для выполнения какой-то полезной функции в этом процессе или в цехе.

Два других варианта примерно равноценны, хотя вариант а) выглядит несколько проще, но только потому, что предполагается найти решение, не углубляясь в физико-химические особенности процесса горения, как это может потребоваться в оперативной зоне b). С другой стороны, решения на уровне вещества обычно самые эффективные в долгосрочной перспективе, что и отражено в линиях развития инструмента и вещества.

Вцелом рекомендуются следующие правила:

1)сначала решаются задачи с техническими противоречиями, а потом — с физическими;

2)сначала решаются более простые задачи, потом более сложные — на простых задачах можно лучше подготовиться к решению более сложных, так

как есть надежда увидеть проблему в целом или обнаружить скрытые осложнения;

3)первой выбирается задача, решение которой могло бы устранить сразу несколько проблем (такая задача называется ключевой или корневой — в современной ТРИЗ имеются рекомендации по выявлению таких задач).

Для определенности примем, что первой будет решаться задача для оперативной зоны с), затем для зоны а), а затем для зоны b).

На шаге 7 нужно сформулировать уточненные постановки задач для каждой оперативной зоны.

Пример 113 (продолжение 10, а далее см. Практикум к разделам 16—17). В сис-

теме, включающей изделие, масло, ванну и воздух, нужно устранить с минимальными изменениями загорание масла при следующих вариантах постановок задач:

•для оперативной зоны с): при опускании раскаленной крупногабаритной детали в закалочную масляную ванну образуется дым, загрязняющий воздух;

•для оперативной зоны а): при опускании раскаленной крупногабаритной детали в закалочную масляную ванну пограничный слой масла, непосредственно соприкасающийся с поверхностью изделия, успевает нагреться до температуры возгорания и загорается;

•для оперативной зоны b): наличие кислорода воздуха в закалочной ванне приводит к возгоранию масла при соприкосновении с высокотемпературной поверхностью закаливаемой крупногабаритной детали.

Рассмотренный алгоритм диагностики дает необходимые основания для перехода к этапу редукции для точного моделирования противоречий, формирования идеальных функциональных моделей и тщательного анализа ресурсов. Далее решение идет в соответствии с этапами Мета-АРИЗ, причем возможно, что для отдельных задач нужно будет циклически повторить и некоторые процедуры или весь этап диагностики.

Верификация является ответственным и непростым этапом. Это обусловлено почти невозможным требованием владеть самыми разнообразными знаниями, чтобы суметь предвидеть и полностью оценить качество решения и последствия применения найденной идеи. Сколько драматических судеб изобретателей связано как с переоценкой своих идей, так и с их недооценкой! В первом случае изобретатели фанатично сражались за признание своей идеи, либо недостаточно обоснованной, либо неэффективной, а иногда и просто надуманной и ненужной. Во втором случае изобретатели упускали сильнейшие продолжения своих пионерских идей и не смогли развить их до практически реализуемых решений. Это сделали за них другие, ставшие впоследствии и известными изобретателями, и успешными предпринимателями.

Ориентация на Идеальный конечный результат, на Функциональную идеальную модель (см. раздел 9.2) сразу отсекает неэффективные варианты и связанный с их поиском перебор и ориентирует на выход в область существования сильных, то есть высокоэффективных решений. Однако, многие инженеры, не знаюшие ТРИЗ, уклоняются от решения проблем с острыми физико-техни- ческими противоречиями и легко соглашаются платить за требуемую функцию каким угодно расходом энергии, вещества, информации; неудобствами производства, эксплуатации, утилизации; неэкологичностью и так далее. Традиционное инженерное мышление недостаточно ориентировано и на эффективное использование ресурсов при решении технико-технологических проблем.

Высокоэффективное решение непременно должно улучшать показатели качества системы за счет увеличения веса позитивных факторов и уменьшения веса негативных факторов (раздел 14.2 «Идеальная машина»). При небольших конструкторских изменениях выявить последствия решений сравнительно нетрудно. Особенно, если для этого имеются хорошо отработанные математические имитационные модели в CAD-системах. Однако, при создании изобретательского решения дело обстоит не так просто. Во-первых, любая идея до завершения этапа Верификация по Мета-АРИЗ рассматривается только лишь как гипотеза об усовершенствовании технической системы. Это означает, что эта идея еще не проходила конструкторскую проработку. В лучшем случае идея только обсуждается вместе с конструкторами, если они участвуют в работе изобретательской команды. Но

При выполнении этого правила могут выявляться скрытые ранее проблемы, требующие создания новых изобретательских решений.

Правило проверки применимости. Это правило ориентирует не останавливаться на конкретном применении полученной идеи, а рассмотреть возможности ее развития или перенесения на другие системы и в другие области техники. Следование этому правилу также может приводить к выявлению и решению новых изобретательских задач.

Правило проверки новизны. Правило предусматривает исследование патентного фонда и технической литературы для проверки степени новизны полученного решения. Это необходимо в случае предполагаемого патентования идеи решения.

Правило проверки метода. Правило рекомендует проверить, не является ли новым сам способ решения проблемы. В этом случае можно пополнить Ваш инструментарий новым способом, внести его в ТРИЗ-Каталоги или оформить каким-то иным образом.

17.2. Развитие решения

Для развития самого технического решения и возможностей его применения могут быть использованы различные инструменты, из которых простейшими и весьма эффективными являются комбинаторные таблицы наподобие морфологической матрицы (раздел 4.2, рис. 4.5).

Приведем еще один «старинный» ТРИЗ-пример «Развитие магнитного фильтра».

Когда-то для очистки горячего газа от пыли использовали фильтры, сделанные из многих слоев металлической ткани. Газ должен свободно проходить сквозь ткань, а пыль должны застревать в ячейках ткани. Такие фильтры имели крупный недостаток: они быстро забивались пылью, от которой было трудно их очищать (продувкой воздуха в обратном направлении).

Был изобретен магнитный фильтр (рис. 17.1).

Пример 114. Магнитный фильтр. По формуле изобретения 1 (см. дальше табл. 17.2) между полюсами мощного электромагнита расположены ферромагнитные частицы (крупинки металла). Они образуют пористую массу, через которую пропускают запыленный газ. Пыль застревает в порах. Освободить такой фильтр от пыли легко: достаточно отключить электромагнит. Фильтр «рассыплется», так как ферромагнитные частицы вместе с пылью упадут вниз, например, в промывочную ванну. Затем электромагнит включают, и фильтр из очищенных частиц «собирается» заново.

Построим структурную модель фильтра в виде формулы. По исходной версии снаружи находится магнитная система М, внутри ее — ферромагнитный порошок (рабочий орган или индуктор И), а внутри порошка — пыль (изделие или рецептор Р) из потока запыленного газа. Значит, структуру можно записать в виде: МИРРИМ. Здесь Р взято дважды для симметрии.

Первый прием трансформации — перестановка символов структурной формулы:

1. МИРРИМ, 2. ИМРРМИ, 3. РМИИМР, 4. МРИИРМ, 5. ИРММРИ, 6. РИММИР.

Получились ли здесь новые фильтры? Например, по схеме 5, сделанной как бы по принципу «наоборот» по отношению к схеме 1. Здесь магнит должен быть окружен порошком, сквозь который проходит газ.

Пример 115. Развитие магнитного фильтра. Для проверки подхода нашлось изобретение 2: электромагнитный фильтр для механической очистки газов и жидкостей, содержащий источник магнитного поля и фильтрующий элемент из зернистого магнитного материала, отличающийся тем, что, с целью снижения удельного расхода электроэнергии и увеличения производительности, фильтрующий элемент размещен вокруг источника магнитного поля и образует внешний замкнутый магнитный контур.

Полное соответствие схеме 5, но сделано это изобретение через 7 лет после изобретения 1!

Второй прием трансформации: изменение параметров компонентов структурной формулы.

Пример 116. Магнитный вентиль. Что будет, если магнитное поле плотнее сожмет ферромагнитный порошок? Тогда через фильтр ничего не пройдет — ни пыль, ни газ, ни жидкость. Но ведь теперь фильтр превратился в вентиль! И по этой идее было получено несколько патентов для регулирования потоков самых различных веществ, причем каждый раз другими авторами и с интервалами в годы!

Изобретатели не работали над развитием решения, они не замечали, что придуманные ими устройства могут иметь разнообразные варианты реализации и различные применения, все из которых являются изобретениями!

Третий прием трансформации: изменение структуры и параметров компонентов изобретения.

Здесь удобно применять морфологические матрицы. Например, можно построить матрицу (рис. 17.2), в которой учтем все 6 структурных компоновок и 5 состояний изделия.

Исходный магнитный фильтр по изобретению 1 попадает в клетку 19: схема МИРРИМ, изделие — пыль (а это порошок!). Магнитный вентиль — клетки 1, 7 и 19.

Интересно посмотреть клетку 13: сквозь ферромагнитный порошок идет «поток» твердого вещества — например, протягивается проволока. Под действием магнитного поля порошок сдавливает проволоку, и она становится тоньше. Похожий процесс используется при изготовлении проволоки: заготовку протягивают через отверстия металлической плиты (фильеры). Сначала заготовка проходит через крупные фильеры, потом — через более и более маленькие, так что заготовка постепенно превращается в тонкую проволоку. Фильеры быстро изнашиваются. Но можно ли вместо плиты использовать магнитный порошок, сжимаемый полем в соответствии с клеткой 13? Такое изобретение 3 было сделано.

Пример 117. Бесфильерное волочение проволоки. Способ бесфильерного воло-

чения стальной проволоки, включающий деформацию растяжением, отличающийся тем, что, с целью получения проволоки постоянного диаметра, необходимую деформацию осущестляют протягиванием проволоки через ферромагнитную массу, помещенную в магнитном поле.

Рассмотрим еще два примера.

Пример 118. Способ шлифования. Изобретение 4: способ шлифования поверхностей инструментом, выполненным в виде баллона из эластичного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обработки, в баллон вводят ферромагнитные частицы, а прижим инструмента осуществляют путем воздействия внешнего магнитного поля. Снаружи находится магнитное поле, внутри — баллон с эластичными стенками, в баллоне — ферромагнитный порошок. Схема МРИИРМ, клетка 28.