Александр Шевкопляс – Законы развития технических систем. ТРИЗ (страница 8)
Выбор элементов для будущей системы, их расположение и их функциональные связи многовариантны.
Каждое отдельно взятое взаимодействие между элементами структуры, как и воздействие рабочего органа на объект функции, может иметь варианты реализации, поэтому причинно-следственная цепь каждой связи имеет разветвления, и далее предстоит выбор версии ее исполнения. Схематично это можно изобразить следующим образом:
Функция → ПД1 → РО11 → Структура элементов111
→ Структура элементов112
→ РО12 → Структура элементов121
→ Структура элементов122
→ ПД2 → РО21 → Структура элементов211
→ Структура элементов212
Техническая система имеет 4 главных признака:
• полноценность структуры (функциональная полнота и последовательность соединения элементов);
• функциональность (потенциальная работоспособность элементов структуры);
• организация взаимодействия (реализация действенности);
• системное качество (пригодность для результативного выполнения задачи).
Отсутствие хотя бы одного признака не позволяет считать объект технической системой – такой объект можно назвать частью системы, ее подсистемой или это только набор элементов, если он не ориентирован на достижение определенной цели.
Структура элементов и организация их взаимодействия создают действенность системы, а системный эффект от реализации этого взаимодействия позволяет достичь требуемого результата – удовлетворить потребность. Системный эффект может выражаться в появлении нового полезного свойства или в значимом увеличении параметров уже имеющегося – в таком, которое позволяет добиться цели.
Простой пример. Для повышения чувствительности поплавковой рыболовной удочки рядом с крючком на леске закрепляют грузило. Если одного грузила недостаточно для того, чтобы леска натянулась и поплавок принял вертикальное положение, а два отлично справляются с задачей, то два грузила создают в системе требуемый системный эффект.
Поясним эти признаки подробнее.
Пример.
Допустим, требуется разделить буханку хлеба (на части).
В одном случае нам необходимо получить аккуратные ломти хлеба нужной толщины, а в другом – мы просто хотим отделить от буханки кусок, собираясь по-быстрому перекусить. Рассмотрим ряд вариантов функционального воздействия подручными инструментами и оценим результативность их применения.
ПД1: рассечь (основная функция).
Вспомогательная функция11 – надавить на хлеб лезвием ножа. Лезвие ножа, при надавливании на него, будет сминать хлеб. Чтобы разделить хлеб на аккуратные ломти, нужно добавить еще одно действие – продольное перемещение лезвия.
Вспомогательная функция12 – ударить лезвием кухонного топорика.
Этим функциональным действием нам не удастся получить аккуратные части – лезвие будет сминать хлеб.
Вспомогательная функция13- сжать хлеб между двумя лезвиями ножниц. Аналогично предыдущим вариантам, ножницы тоже будут сминать хлеб. Следует отметить, что справятся только те хозяйственные ножницы, что помощнее, и сжимающее усилие рук должно быть довольно значительным.
ПД2: разрезать (основная функция).
Вспомогательная функция21 – возвратно-поступательные движения
зубчатым ножом.
Вспомогательная функция22 – вращательно- поступательное движение дискового ножа хлеборезки.
Оба последних варианта позволят аккуратно разделить хлеб.
ПД3: разорвать (основная функция).
Вспомогательная функция31 – гнуть руками (чтобы отломить).
Вспомогательная функция32 – растягивать руками. Этот способ имеет варианты реализации – все мы любим еще и отщипывать свежий хлеб.
Какой принцип действия выбрать? Не все эти способы дают эстетичный результат, не все эффективны и не все удобны, некоторые из них могут потребовать дополнительных действий (возможно, для нарезки еще понадобится достать разделочную доску), но, когда мы торопимся, нам больше подходят те инструменты, которые «под рукой» – выбор определяет рациональный баланс между возможностями и требованиями к результату действий.
Даже для простых бытовых задач мы применяем и более сложные функциональные средства, и более громоздкие технологические процессы. В этом случае выбор элементов и их структура для реализации принципа действия будут еще более многовариантны – может быть выбран другой источник энергии, другие преобразователи энергии и другая трансмиссия, и их работа может быть организована по-разному.
Пример.
Потребность: допустим, нужно приготовить еду.
Пусть это будут куриные яйца (ОФ), а их приготовление будет заключаться в стерилизации и получении определенных вкусовых качеств за счет нагревания.
Выбранная главная полезная функция – нагреть куриные яйца до температуры 100оС или выше.
Выберем принцип действия. Это основное функциональное действие – то, которое реализует главное. Для выбора ПД имеется несколько вариантов.
Варианты ПД: варить в воде, обработать водяным паром, жарить на сковороде, запечь в горячем воздухе духовки или обработать тепловым излучением углей в печи.
У каждого из этих ПД будут ветвиться варианты реализующей его структуры – набор элементов и комбинации их соединения. У каждого набора инструментов для реализации принципа действия технологической системы будет разное время приготовления яиц, будет разная сложность, разное качество, разные вкусовые достоинства яиц и разная стоимость этого набора использованных инструментов.
Продолжим пример. Выберем из списка первый принцип действия (варить в воде).
Выберем какой-то из вариантов структуры для его реализации:
ИЭ – химическая энергия природного газа; еще есть возможность использования электроэнергии (для электроплиты) и дров (для печи).
ДВ – двигателем (преобразователем энергии газа) может послужить газовая конфорка.
ТР – трансмиссией (средством для переноса энергии) выступит горячий газ и металлическая кастрюля.
РО – непосредственное рабочее воздействие на яйца окажет горячая вода.
Выбирая источник энергии, следует учесть его доступность, удобство, затраты времени и труда для его использования (дровяную печь понадобилось бы сначала разжечь).
Мы не хотим, чтобы вода активно кипела и быстро испарялась, но для этого необходимо управлять процессом. Система управления процессом тоже имеет варианты – можно регулировать тепловой поток меняя расход газа через горелку, и можно регулировать тепловой поток за счет приподнимания кастрюли – удаляя ее от огня. Первый вариант экономичнее, но требует развертывания структуры конфорки – понадобится орган для регулирования потока газа на входе в нее (он всегда имеется у газовой плиты), и потребуется развертывание структуры кастрюли – понадобится крышка.
Соединение элементов формируемой системы.
Виды свойств элементов системы:
1. Структурно-вещественные.
Это качества вещества, которые создает его структура.
Например, свойства вещества, определяемые его составом, видом компонентов, физическими особенностями (вода, воздух, сталь, бетон, газ метан).
Скорость звука в воде, составляет около 1500 м/сек, в воздухе 340 м/сек; а в водо-воздушной смеси (5 % объема – пузырьки воздуха) скорость падает до 30-100 м/сек.
В примере выше. Из стали изготовлена теплопроводная кастрюля, форма которой пригодна для установки на решетку газовой плиты и пригодна для организации процесса обтекания стенок кастрюли горячим газом. Сталь не разрушается и не теряет форму при температуре горения газа.
Вода в температурном интервале 0оС – 100оС представляет собой жидкость, которая при нагревании будет активно перемешиваться, снимая тепло со стенок кастрюли, и будет проводить его к объекту обработки.
2. Структурно-полевые.
Нас интересует использование полезных свойств определенным образом структурированного поля. Это свойства поля воздействия, которое создаст структурированное определенным образом вещество.
К примеру, вес – неотъемлемое свойство любого элемента. Это поле направлено к центру Земли, а сила Архимеда действует в противоположном направлении.
Горячий газ (из примера выше) в гравитационном поле поднимается вверх, стенки кастрюли структурируют его таким образом, что он со всех сторон омывает кастрюлю и движется вдоль ее поверхности.
Форма кастрюли, удерживает воду и яйца, на которые действуют силы гравитации, вода канализирует тепло от стенок кастрюли к обрабатываемому продукту, соединяя их поверхности.
3. Функциональные.
Это свойства, которые могут быть получены из разных вещественно-полевых сочетаний (если они обладают требуемой способностью действовать).