Законы развития технических систем

Итак, в основе ТРИЗ — представление о закономерном развитии технических систем. Материалом для выявления конкретных закономерностей является патентный фонд, содержащий описания миллионов изобретений.

Анализ патентных материалов позволил выявить ряд важнейших законов развития технических систем. Первая группа этих законов (законы статики) определяет критерий жизнеспособности новых технических систем.

Необходимыми условиями принципиальной жизнеспособности технической системы являются: наличие и хотя бы минимальная работоспособность ее основных частей, сквозной проход энергии через систему к ее рабочему органу, согласование собственных частот колебаний (или периодичности действия) всех частей системы.

Законы эти элементарны и очевидны, если речь идет о живых системах. Однако при создании и совершенствовании технических систем законы зачастую нарушаются. Примером может служить уже упоминавшееся изобретение по а. с. № 427423 — способ измерения давления газа в баллонах электрических ламп. По этому способу баллон разбивают, газ выпускают в мерный сосуд, а затем, измеряя изменения давления в мерном сосуде, вычисляют давление, которое было в разбитом баллоне. Автор этого изобретения впоследствии получил ряд других авторских свидетельств: совершенствовались все части устройства, кроме одной — «разби- вательной». Но поскольку эта часть оставалась плохой, вся система тоже оставалась плохой.

Задача 12. По конвейеру движутся одна за другой металлические детали, похожие на кнопки: круглая пластинка размером с гривенник, а в центре — стерженек высотой 5 мм. У одних «кнопок» стерженьки тупые, у других — острые. Нужно автоматизировать разделение «кнопок» по этому признаку. Способ должен быть простым и надежным.

Это типичная задача на синтез измерительной системы.

В самом деле, если применить закон о сквозном проходе энергии, ясно, что энергия должна проходить сквозь основание «кнопки» и стерженек, а затем поступать на измерительный прибор. При этом между острием стерженька и входом измерительного прибора желательно иметь свободное пространство (воздушный промежуток), чтобы не затруднять движения «кнопок». Цепь «кнопка — острие стерженька — воздух — вход прибора» может быть легко реализована, если энергия электрическая, значительно труднее она реализуется при использовании других видов энергии. Следовательно, надо рассмотреть процесс в потоке электрической энергии, а также то, в каких случаях ток зависит от степени заостренности стерженька, контактирующего с воздухом. Такая постановка вопроса в сущности содержит и ответ на задачу: надо использовать коронный разряд, сила тока в котором прямо зависит (при прочих равных условиях) от радиуса кривизны (т. е. от степени заостренности) электрода.

Существуют и некоторые другие закономерности статики, которые пока еще не сформулированы достаточно четко. Таков, например, «принцип соответствия», по которому оптимальные размеры рабочего органа системы должны быть того же порядка (или на один-два порядка меньше), что и размеры обрабатываемой области изделия.

Вторая группа законов развития технических систем (законы кинематики) характеризует направление развития независимо

от конкретных технических и физических механизмов этого развития.

Развитие всех технических систем, во-первых, идет в направлении увеличения степени идеальности, во-вторых, происходит неравномерно — через возникновение и преодоление технических противоречий, причем чем сложнее система, тем неравномернее и противоречивее развитие ее частей. И в-третьих, развитие возможно до определенного предела, за которым система включается в надсистему в качестве одной из ее частей, при этом развитие на уровне системы резко замедляется или совсем прекращается, заменяясь развитием на уровне надсистемы.

Существование технической системы — не самоцель. Система нужна только для выполнения какой-то функции (или нескольких функций). Система идеальна, если ее нет, а функция осуществляется. Конструктор подходит к задаче так: «Нужно осуществить то-то и то-то, следовательно, понадобятся такие-то механизмы и устройства». Правильный изобретательский подход выглядит совершенно иначе: «Нужно осуществить то-то и то-то и сделать это необходимо, не вводя в систему новые механизмы и устройства». Примером может служить решение задачи 1 о шлаке: жидкий шлак сам себя защищает от теплопотерь с помощью «крышки» из шлаковой пены. Крышка есть (т. е. пена шлака играет роль крышки) и крышки нет (как специального объекта, который надо опускать и поднимать).

При решении задач перебором вариантов сознательное стремление к идеальному объекту встречается крайне редко. Но повышение степени идеальности систем — закон. К ответу, повышающему степень идеальности, приходят на ощупь после того, как отброшено множество «пустых» проб.

Как возникают новые виды животных? В результате действия различных мутагенных факторов появляются новые признаки. В огромном большинстве случаев эти признаки бесполезны или вредны. И лишь изредка появляется признак, полезный для организма. Естественный отбор «бракует» особи с неудачными новыми признаками и способствует сохранению и распространению особей с полезными признаками. Итак, беспорядочные «пробы» и естественный отбор.

Таков и механизм работы при совершенствовании технических систем перебором вариантов. Изобретатели, не зная законов технических систем, генерируют множество различных вариантов решения. Жизнеспособными оказываются только те «мутации», которые действуют в направлении, совпадающем с объективно существующими законами развития. В хороших изобретениях

нетрудно заметить эффект повышения идеальности, хотя достигнут этот эффект чаще всего неосознанно, случайно, после многих попыток, связанных с уменьшением степени идеальности.

У природы нет сознания, разума: результаты мутаций не изучаются, борьба за повышение «процента удачных мутаций» не ведется. Если круто меняются внешние условия, организмы с большим циклом смены поколений (т. е. с небольшим числом мутаций в единицу времени) просто погибают. В технике есть возможность накопить опыт «мутаций» (таким накопителем, в частности, является патентный фонд), исследовать его, выявить «правила удачного мутирования», объективно совпадающие с законами развития технических систем. Это позволит вести «мутации» сознательно: первый же выдвинутый вариант должен быть наилучшим.

В начале книги мы уже говорили о технических противоречиях, теперь кое-что уточним.

Существуют противоречия административные (АП): нужно что-то сделать, а как сделать — неизвестно. Такие противоречия отражают лишь сам факт возникновения изобретательской задачи, точнее, изобретательской ситуации. Они автоматически даются вместе с ситуацией, но ни в коей мере не способствуют продвижению к ответу. Технические противоречия (ТП) отражают конфликт между частями или свойствами системы (или «межранговый» конфликт системы с надсистемой, системы с подсистемой).

тов). Поэтому анализ задач необходимо вести глубже, выявляя физическую суть ТП.