Законы и закономерности развития систем. ТРИЗ. Изд. 2-е, испр. и дополненное

Владимир Петров

Книга «Законы и закономерности развития систем» уникальна, так как является самым полным описанием законов закономерностей развития систем. Она состоит из четырех томов и представляет собой усовершенствование книг «Законы развития систем» и «Законы и закономерности развития систем. Кроме того, автор сделал книгу более удобной для чтения, разделив ее на 4 отдельных тома. Книга предназначена для людей, интересующихся или занимающихся инновациями, руководителям предприятий и бизнесменам.

5. Закономерности эволюции систем

5.1. Структура закономерностей эволюции систем

Закономерности эволюции систем предназначены для улучшения, совершенствования существующих систем. Они показывают общее направление развития систем и тенденции их изменения.

Каждая из закономерностей эволюции систем осуществляется определенными тенденциями (трендами), которые имеют противоположные тенденции — анти-тенденции (анти-тренды). Кроме того, имеются механизмы, осуществляющие закономерности (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Структура закономерностей эволюции систем

В связи с этим практически каждая из закономерностей имеет свою противоположную тенденцию. Особенности применения закономерности и ее противоположности будут описаны в томе 3.

Большая часть систем развивается по основным трендам. Некоторые виды систем развиваются по анти-тенденциям или сочетание тенденции и анти-тенденции.

Основные из закономерностей эволюции систем, следующие (рис. 5.2):

— закономерность увеличения степени идеальности;

— закономерность увеличения степени управляемости и динамичности;

— закономерность увеличения степени согласования;

— закономерность перехода в надсистему;

— закономерность перехода на микроуровень;

— закономерность свертывания;

— закономерность сбалансированного развития систем.

Рис. 5.2. Структура закономерностей эволюции систем

С учетом анти-тенденций группа закономерностей эволюции систем имеет вид (рис. 5.3):

— закономерность изменения степени идеальности;

— закономерность изменения степени управляемости и динамичности;

— закономерность согласования — рассогласования;

— закономерность перехода в над — и подсистему;

— закономерность перехода на микро — и макроуровень;

— закономерность свертывания — развертывания;

— закономерность несбалансированного — сбалансированного развития систем.

Рис. 5.3. Структура закономерности эволюции систем

Общее направление развития систем определяется закономерностью увеличения степени идеальности. Это самая главная закономерность эволюции систем.

5.2. Закономерность изменения степени идеализации системы

5.2.1. Общие представления

Закономерность изменения степени идеальности является основной из закономерностей эволюции систем (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Структура закономерностей эволюции систем

Закономерность изменения степени идеальности включает две закономерности:

1) закономерность увеличения степени идеальности;

2) закономерность уменьшения степени идеальности (анти-идеальность — тенденция уменьшения идеальности).

5.2.2. Общие понятия закономерности увеличения степени идеальности

Общее направление развития систем определяется закономерностью увеличения степени идеальности. Это самая главная закономерность эволюции систем.

Закономерность увеличения степени идеальности заключается в том, что любая система в своем развитии стремится стать идеальнее.

Одно из направлений увеличения степени идеальности — это максимальное уменьшение избыточности. Под уменьшением избыточности понимается уменьшение функциональной и структурной избыточности.

Уменьшение функциональной избыточности означает максимально возможное уменьшение дополнительных функций, такое, чтобы оно не отразилось на выполнении главной функции системы, т. е. функциональность системы выполнялось бы на том же или лучшем уровне.

Уменьшение структурной избыточности предусматривает уменьшение «лишних» частей и связей в системе. При этом система должна не только остаться работоспособной, но и не должна пострадать функциональность — она должна выполняться на том же или лучшем уровне.

Уменьшение избыточности может осуществляться использованием закономерности свертывания.

Направление идеализации определяется закономерностями повышения степени управляемости и динамичности, согласованием-рассогласованием, переходом в над — и подсистему, переходом на микро — и макроуровень, и свертывания-развертывания систем.

5.2.3. Виды степеней идеализации системы

Условно можно выделить четыре степени идеализации системы.

1. Появляться в нужный момент в нужном месте по требуемому условию.

2. Самоиполнение.

3. Идеальная система — это функция.

4. Функция становится не нужной.

Система появления в нужный момент в нужном месте по требуемому условию

Идеальная система должна появляться в нужный момент в необходимом месте или при необходимом условии и нести полную (100%) расчетную нагрузку.

В остальное (не рабочее) время этой системы быть не должно (она должна исчезнуть) или выполнять другую полезную работу (функцию).

Самоисполнение

Идеальная система должна выполнять все процессы (действия) самостоятельно без участия человека.

Идеальная система — функция

Идеальной системы быть не должно, а ее работа должна выполняется как бы сама собой, по мановению волшебной палочки.

Функция должна выполняться без средств.

Идеальная система — это система, которой не существует — ее нет, а ее функции выполняются в нужный момент, в необходимом месте или при необходимом условии (причем в это время система несет 100% расчетную нагрузку), не затрачивая на это вещества, энергии, времени и финансов.

Таким образом, идеальная система должна выполнять полезные функции в нужный момент, в необходимом месте или при необходимом условии, иметь нулевые затраты и не иметь нежелательных эффектов.

Использование информации, если она не требует финансовых затрат, не относится к затратам. Система тем идеальнее, чем больше она использует бесплатной информации.

Тенденция: материальная система заменяется виртуальной или программным обеспечением.

Предельная степень идеализации — отказ от функции

Предельная степень идеализации — функция становится не нужной.

Один из вариантов — это выполнение более общей функции.

5.2.4. Показатель степени идеальности

Степень идеализации системы можно представить в виде формулы (5.1)⁴⁶:

где

I — степень идеализации (безразмерная величина);

F — полезная функция или полезный эффект;

Q — качество полезной функции (эффекта);

C — затраты времени и средств на осуществление полезной функции;

H — вредное действие (вредные функции);

i — порядковый номер функции;

n — количество функций;

a, β, γ — коэффициенты согласования, для обеспечения безразмерности.

В соответствии с формулой для увеличения степени идеальности число полезных функций следует увеличивать и улучшить их качество, а затраты и вредные функции уменьшать. В пределе, когда числитель стремится к бесконечности, а знаменатель стремится к нулю, идеальность стремится к бесконечности.

Для простоты представим формулу в упрощенном виде (5.2):

где

I — степень идеальности;

F — выполняемая функция или полезный эффект;

P — вредный эффект, затраты (факторы расплаты);

i — номер функции F;

n — количество функций.

5.2.5. Общие способы идеализации

К общим способам идеализации можно отнести:

1) закономерность развертывания — свертывания;

2) использование ресурсов;

3) модульный принцип;

4) использование одноразовых объектов;

5) способы устранения нежелательных эффектов;

6) принципы разрешения противоречий.

Закономерность развертывания-свертывания будет изложена ниже. С помощью закономерности развертывания системы, можно увеличить количество функций системы, а с помощью закономерности свертывания системы или процессов можно уменьшить затраты.

Модульные принципы построения систем

Модульный принцип построения систем заключается в том, что систему разбивают на определенные части (модули, блоки) и каждую часть (модуль) можно создавать отдельно.

Любую систему можно разделить на определенные модули (блоки), что позволяет каждый модуль создавать в наилучшем месте, в наилучшее время, наилучшими специалистами, используя наилучшие технологии и наилучшее оборудование. Что обеспечивает:

— наилучшее качество системы;

— многофункциональность системы;

— наименьшие затраты;

— наименьшие нежелательные эффекты.

Модули могут создаваться, например, по функциональному признаку.

«Сборка» системы из отдельных модулей может осуществляться менее квалифицированными специалистами, за меньший срок и более качественно, чем «сборка» систем из отдельных немодульных частей.

Таким образом, модульный принцип построения систем позволяет следующее.

1. Создавать системы с наивысшим качеством за счет:

а) использования наилучших специалистов:

— по разработке структуры модульной системы;

— разработке структуры каждого отдельного модуля;

— изготовлению каждого отдельного модуля;

— сбору отдельных модулей в систему.

б) создания каждого функционального модуля в специализированном месте, где имеются:

— наилучшие условия;

— наиболее прогрессивные технологии по разработке, изготовлению и контролю качества и т. д.;

— наилучшие специалисты и т. п.

2. Делать систему с большим количеством функций, например, путем соединения модулей с дополняющими друг друга функциями.

3. Уменьшить затраты времени и средств на создание, «сборку» и реорганизацию системы (уменьшение себестоимости), например, за счет:

а) уменьшения затрат времени и средств на создание модулей.

б) уменьшения затрат времени и средств на «сборку», ремонт и реорганизацию системы:

— сокращение времени на сборку, ремонт и реорганизацию системы за счет ее значительного упрощения. Ремонт и реорганизация идут путем полной замены модуля (блока);

— использование менее квалифицированных, а, следовательно, и менее оплачиваемых специалистов.

4. Уменьшить нежелательные эффекты:

а) модульный принцип построения часто предусматривает только одну возможность соединения конкретных модулей, что исключает ошибку в соединении модулей (защита от «дурака»);

б) варианты соединения отдельных модулей, как правило, «просчитываются» заранее, что тоже исключает соединение нежелательных модулей.

Способы устранения нежелательных эффектов

Нежелательный эффект в общем случае — это вредное, избыточное или недостающее действие, которое может возникать в процессе жизнедеятельности системы.

В данном параграфе под нежелательным эффектом будем понимать явление, вызываемое воздействием вредного действия на объект и/или вызываемое воздействием последствий вредного действия.

В простейшем случае схему вредного действия можно представить цепочкой изображенной на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Схема вредного действия

Более детально схема вредного действия представлена на рис. 5.6.

В дополнение к предыдущей схеме объект можно рассматривать как источник вредного действия. В этом случае объект сам генерирует последствия вредного действия (ПВД) — вторичные вредные действия, которые могут воздействовать на него самого или другие объекты (ОВ₂-ОВ_n), вызывая новые нежелательные эффекты (НЭ₂-НЭ_n). На рис. 5.6 петлей обратной связи показано воздействие последствий вредного действия на сам объект (ОВ₁). Подобные воздействия возможны и на ОВ₂-ОВ_n.

Рис. 5.6. Подробная схема вредного действия

Идеально, когда можно использовать вредное действие и/или его источник и/или его последствия в качестве полезных.

Опишем способы устранения нежелательного эффекта.

Нежелательный эффект (НЭ) может быть устранен путем:

— ликвидации;

— изоляции;

— компенсации вредного действия;

— · «оттягиванием» вредного действия и/или его последствий.

Ликвидация может применяться:

— к источнику вредного действия и/или причине его возникновения;

— вредному действию;

— последствиям вредного действия.

Изоляция может применяться:

— к источнику вредного действия;

— объекту (-ам) воздействия.

Компенсация и «оттягивание» могут применяться:

— вредному действию;

— последствиям вредного действия.

Компенсация — это противоположное воздействие. Идеально, когда оно точно такое же по величине и принципу действия и направлено точно противоположно вредному действию.

«Оттягивание» — это направление вредного действия в безопасное место. Желательно, чтобы система была готова к этому заранее.

Возможны различные комбинации указанных способов устранения нежелательных эффектов.

Некоторые варианты способов устранения нежелательных эффектов показаны ниже на рис. 5.7—5.17.

На рис. 5.7—5.9 представлены схемы ликвидации. На схемах ликвидация условно обозначена в виде перечеркнутых линий (́). Серым цветом показаны отсутствующие действия.

На рис. 5.7 показана ликвидация источника вредного действия.

Рис. 5.7. Ликвидация источника вредного действия

Ликвидация вредного действия (рис. 5.8) тесно связана с ликвидацией источника вредного действия и часто неотделима от этого процесса.

Рис. 5.8. Ликвидация вредного действия

Ликвидация последствий вредного действия изображена на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Ликвидация последствий вредного действия

Способы изоляции показаны на рис. 5.10—5.12. На схемах изоляция условно обозначена в виде серого овала.

Можно изолировать источник вредного действия (рис. 5.10) или объекты воздействия (рис. 5.11, 5.12).

На рис. 5.10 показана изоляция источника вредного действия.

Рис. 5.10. Изоляция источника вредного действия

Объекты могут изолироваться каждый по отдельности, все вместе или в любой комбинации.

Изоляция объектов в отдельности условно изображена на рис. 5.11.

Рис. 5.11. Изоляция каждого объекта в отдельности

На рис. 5.12 условно изображена изоляция объектов вместе.

Рис. 5.12. Изоляция нескольких объектов воздействия

Рассмотрим способы компенсации. На схемах компенсация условно обозначена в виде компенсатора и стрелки.

Компенсация вредного действия воздействием на объект показана на рис. 5.13.

Рис. 5.13. Компенсация вредного действия воздействием на объект

Компенсация вредного действия воздействием на вредное действие показана на рис. 5.14.

Рис. 5.14. Компенсация вредного действия воздействием на вредное действие

Компенсация последствий вредного действия воздействием на последствия вредного действия показана на рис. 5.15.

Рис. 5.15. Компенсация последствий вредного действия воздействием на последствия вредного действия

Рассмотрим способы «оттягивания» вредного действия.

«Оттягивание» вредного действия изображено на рис. 5.16.

Рис. 5.16. «Оттягивание» вредного действия

«Оттягивание» последствий вредного действия показано на рис. 5.17.

Рис. 5.17. «Оттягивание» последствий вредного действия

При устранении нежелательного эффекта желательно начинать с использования источника вредного действия, а затем его ликвидации. Общее направление действий по устранению нежелательного эффекта — это движение слева направо (рис. 5.18). Это означает, что, прежде всего, следует обратить внимание на источник вредного действия (ИВД), затем на вредное действие (ВД), потом на объект (ОВ₁), далее на последствия вредного действия (ПВД), в последнюю очередь на объекты (ОВ₂-ОВ_n) и нежелательные эффекты (НЭ₂-НЭ_n), создаваемые ими.

Рис. 5.18. Общее направление действий по устранению нежелательного эффекта

Ликвидация источника вредного действия предпочтительнее его изоляции.

Опишем одну из возможных последовательностей устранения нежелательного эффекта.

Алгоритм устранения нежелательного эффекта (НЭ) показан на

рис. 5.19.

1. Лучше всего сначала попробовать использовать вредное действие, его источник и/или последствия вредного действия для получения полезного действия, желательного эффекта.

2. Ликвидировать источник вредного действия, вредное действие, причину возникновения вредного действия и/или последствия вредного действия.

3. Изолировать источник вредного действия и/или объект (-ы).

4. Компенсировать вредное действие путем воздействия на объект (-ы) и/или на вредное действие, и/или на последствия вредного действия.

5. «Оттянуть» вредное действе и/или последствия вредного действия.

6. Если все указанные действия не привели к устранению нежелательного эффекта (НЭ), то необходимо проделать все указанные выше операции еще раз другим способом.

Рис. 5.19. Общий алгоритм устранения нежелательного эффекта (НЭ)

Рассмотрим один из возможных частных алгоритмов устранения нежелательного эффекта (НЭ). Он показан на схеме рис. 5.20.

Опишем последовательность устранения нежелательного эффекта по частному алгоритму.

1. Использовать источник вредного действия (ИВД) для получения полезного действия — желательного эффекта (ЖЭ).

2. Если возможно использовать ИВД, то необходимо проверить, устраняется ли нежелательный эффект (НЭ).

3. Если НЭ не устранен и не удается использовать ИВД для получения ЖЭ, то необходимо попробовать использовать вредное действие (ВД) для получения ЖЭ.

4. Если возможно использовать ВД для получения ЖЭ, то необходимо проверить, устраняется ли НЭ.

5. Если НЭ не устранен и не удается использовать ВД для получения ЖЭ, то необходимо попробовать ликвидировать ИВД.

6. Если возможно ликвидировать ИВД, то необходимо проверить, устраняется ли НЭ.

7. Если НЭ не устранен и не удается ликвидировать ИВД, то необходимо попытаться изолировать ИВД.

8. Если возможно изолировать ИВД, то необходимо проверить устраняется ли НЭ.

9. Если НЭ не устранен и не удается изолировать ИВД, то необходимо попытаться ликвидировать ВД.

10. Если возможно ликвидировать ВД, то необходимо проверить, устраняется ли НЭ.

11. Если НЭ не устранен и не удается ликвидировать ВД, то необходимо попытаться «оттянуть» ВД и/или компенсировать ВД воздействием на ВД.

12. Если возможно «оттянуть» ВД и/или компенсировать ВД воздействием на ВД, то необходимо проверить устраняется ли НЭ.

13. Если НЭ не устранен и не удается «оттянуть» ВД и/или компенсировать ВД воздействием на ВД, то необходимо попытаться изолировать объект вредного действия (ОВД) и/или компенсировать ВД воздействием на ОВД.

14. Если возможно изолировать ОВД и/или компенсировать ВД воздействием на ОВД, то необходимо проверить, устраняется ли НЭ.

15. Если НЭ не устранен и не удается изолировать ОВД и/или компенсировать ВД воздействием на ОВД, то необходимо попытаться изолировать объекты ОВ₂-ОВ_n.

16. Если возможно изолировать ОВ₂-ОВ_n, то необходимо проверить, устраняется ли НЭ.

17. Если НЭ не устранен и не удается изолировать ОВД и/или компенсировать ВД воздействием на ОВД, то необходимо попытаться изолировать объекты ОВ₂-ОВ_n.

18. Если все указанные действия не привели к устранению НЭ, то необходимо проделать все операции еще раз другим способом.

Рис. 5.20. Частный алгоритм устранения нежелательного эффекта

Принципы разрешения противоречий

Опишем некоторые принципы, наиболее подходящие для устранения нежелательных эффектов.

1. Вынесение. Отделить от системы «мешающую» часть («мешающее» свойство).

1.1. Ликвидировать источник вредного действия.

1.2. Перенести вредное действие на другой объект, для которого это действие будет невредным или полезным.

1.3. «Оттягивание» вредных связей. Перенос вредного действия на заранее подготовленный участок.

1.3.1. Создание легкоповреждаемых участков.

1.3.2. Использование аварийных средств.

2. Местное качество.

2.1. Перейти от однородной структуры системы (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной.

2.2. Разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции.

2.3. Каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее соответствующих ее работе.

3. Предварительное действие. Предотвращение или устранение вредных действий (связей) использованием заранее подготовленных действий, средств или структуры (формы).

3.1. Создание предварительных анти-действий.

3.2. Создание необходимой структуры или формы.

3.2.1. Получение обтекаемой формы.

3.2.2. Получение заданной (необходимой) формы.

3.2.3. Придание оптимальных форм.

3.3. Защитить объект от вредного действия или компенсировать вредное действие.

4. Использование моделей (копий).

5. Использование ресурсов.

Рис. 5.21. Схема способов и видов идеализации

5.2.6. Идеальное вещество

Идеальное вещество — вещества нет, а его функции выполняются.

Вещество тем идеальнее, чем:

· больше полезный эффект оно создает;

· меньше его вес и стоимость;

· меньше оно приносит вред (нежелательный эффект).

Степень идеализации вещества может определяться формулой (5.3)⁴⁷:

где

I_S — степень идеализации вещества (безразмерная величина);

E — полезный эффект или свойство, выполняемое веществом;

M — масса или вес вещества;

C — стоимость вещества;

H — вредное действие, создаваемое веществом;

I — порядковый номер полезного эффекта (свойства);

n — количество полезных эффектов (свойств);

a, β, γ, δ — коэффициенты согласования.

В качестве полезного эффекта (функций, свойств) вещества, например, можно назвать: прочность, эластичность, удельный вес, непроницаемость, тепло — и электропроводимость, тепло — и электроизоляционные свойства, прозрачность, коррозионную и химическую стойкость, pH, агрегатное состояние, температуру плавления и кипения, кристаллическую структуру и т. д.

Имеются вещества с изменяемыми свойствами, использующие различные эффекты. Условно мы их будем называть «умными» веществами⁴⁸. Например, жидкие кристаллы; поляризационные пластины; вещества, изменяющие свою прозрачность; термо — и фоточувствительные полимеры; флуоресцентные вещества; полимерные гели; материалы с эффектом памяти формы; магниты; магнитная и реологическая жидкость; электреты; тепловые трубы и т. д.

«Умное» вещество можно также определить, как преобразователь или источник, осуществляющий определенный эффект (физический, химический, биологический или геометрический).

Для разных видов систем подбирается свое «идеальное» вещество.

5.3.5. Тенденция изменения управляемости энергией и информацией

Общее представление

Закономерность изменения управляемости энергией и информацией заключается в том, что любая система в своем развитии стремится изменить энергетическую и информационную насыщенность в необходимый момент в нужном месте.

Энергию и информацию можно:

— передавать;

— обрабатывать (перерабатывать);

— хранить;

— уничтожать (стирать).

Рассмотрим механизмы энергетического и информационного насыщения, которые, прежде всего, относятся к рабочему органу.

Изменение управляемости энергией и информацией осуществляется

(рис. 5.22):

— Изменением концентрации энергии и информации;

— Переходу к более управляемым полям.

Переходу к более управляемым полям выполняется:

— Заменой виде поля;

— Переходом МОНО-БИ-ПОЛИ полям;

— Динамизацией полей.

Рис. 5.22. Изменение управляемости энергией и информацией

Можно увеличивать или уменьшать управляемость энергией и информацией.

Первоначально рассмотрим механизмы увеличения управляемости энергией и информацией. Управляемость энергией и информацией увеличивается с увеличением их концентрации (см. рис. 5.22):

1. Предварительное накопление энергии и/или информации и использования их за короткий период.

2. Переход: объем — плоскость — линия — точка. Концентрация (фокусирование) энергии и/или информации из разных источников в определенной зоне (точке).

3. Специализация. Каждой операции или виду работы должен соответствовать свой механизм, наилучшим образом выполняющий свою функцию.

4. Сжимание энергии и/или информации. Один из способов сжатия — это использование эффектов: физических, химических, биологических, математических, в частности, геометрических.

5. Разделение энергии и/или информации и передача их одновременно:

— разделение на части и передача их параллельно;

— разделение по видам (частотам, полярностям, скважностям и т. п.) и передача их одновременно.

6. Одновременная передача энергии и/или информации в других направлениях.

7. Расширение приемных и передающих устройств энергии и/или информации.

8. Применение новых принципов, материалов и прогрессивных технологий.

9. Использование эффектов (физических, химических, биологических и математических).

10. Использование ресурсов.

Рис. 5.23. Механизмы увеличения управляемости энергией и информацией

Изменение концентрации энергии и информации

Увеличение концентрации энергии

Увеличение концентрации энергии, прежде всего, следует осуществлять на рабочем органе. Это позволяет не только повысить производительность и качество технологических процессов, но и выполнять качественно новые технологические процессы.

Увеличение концентрации информации

Увеличение концентрации информации позволяет значительно эффективнее управлять системой и создавать принципиально новые процессы⁴⁹.

Концентрация предусматривает предварительный отбор — фильтрацию информации. Концентрируется только необходимая информация.

Информацию можно:

— создавать;

— передавать;

— обрабатывать;

— хранить;

— уничтожать (стирать).

Обработка информации достаточно общая функция, которая предусматривает, поиск, сортировку информации, выполнение различных действий с информацией, в частности, создание новой информации (знаний). Сортировка информации предусматривает как выбор нужной и отбрасывание ненужной информации (фильтрация информации), так классификация и распределение информации по определенным классам, группам, местам и т. д.

Переход к более управляемым полям

Любая техническая система в своем развитии стремится использовать более управляемые поля.

Увеличение степени управляемости полей осуществляется по трем направлениям (рис. 5.24):

— замена вида поля (рис. 5.25 — 5.26);

— своеобразный переход моно-, би-, поли — для полей

(рис. 5.27 — 5.28);

— динамизация поля (использование тенденции изменения поля), например, рис. 5.29.

Рис. 5.24. Тенденции увеличения степени управляемости полей

Замена вида поля⁵⁰

Замена вида поля на более управляемое поле может осуществляться в следующей последовательности: гравитационное, механическое, тепловое, электромагнитное, химическое и любые комбинации этих полей.

Эта закономерность показана на рис. 5.25.

Рис. 5.25. Последовательность увеличения управляемости полей

Полное описание тенденций изменения полей представлено в приложениях 1 том 4.

Каждым из этих полей можно управлять по определенной закономерности, но имеется и общая закономерность их изменений, которую автор назвал «гипервеполи»⁵¹ (рис. 5.26).

Рис. 5.26. Тенденция изменения полей — гипервеполи

Переход поля от МОНО к БИ и ПОЛИ

Эффективность работы рабочего органа увеличивается путем применения комплекса полей по схеме моно-би-поли (рис. 5.27).

Рис. 5.27 Тенденция перехода моно-, би-, полиполя

Динамика развития рабочих органов показывает, что первоначально используется только одно поле (П₁), вид которого изменяется по указанным выше закономерностям (рис. 5.28).

На следующем этапе используются два поля (П₁+П₂), т. е. происходит переход от МОНОполя к БИполю. При этом возможно объединение полей одинаковой или различной физической природы. Поля одинаковой природы могут быть полностью идентичными (П₁+П₁) или отличаться своими характеристиками (П₁+П₁^»).

Как и в случае объединения систем, в дальнейшем происходит согласование полей в системе, например, П₁+П₁^~ — согласование постоянного поля П₁ с переменным полем П₁^~. Затем поля объединяются в единое МОНОполе (П_о) — происходит свертывание.

Дальнейший переход может использовать более двух полей (П₁+П₂+П₃+…) с образованием полисистемы полей.

Возможная последовательность перехода моно-би-поли-свертывание поля показана на рис. 5.27.

Рис. 5.28. Возможная последовательность перехода

МОНО-БИ-ПОЛИ-Свертывание поля

Динамизация полей

Под динамизацией полей подразумевается переход от постоянных полей к меняющимся.

Поля могут меняться:

— по частоте;

— амплитуде;

— напряженности;

— направлению воздействия;

— фазе;

— полярности;

— форме;

— и т. д.

Поля могут быть импульсными, с измененяемой скважностью.

Общая тенденция динамизации полей — это переход от постоянного к переменному и импульсному полю (рис. 5.29).

Рис. 5.29. Тенденция динамизации полей

Электрическое поле может быть статичным и динамичным. Электрический ток может быть: постоянный, переменный и импульсный, положительный и отрицательный. Частота и амплитуда тока могут меняться. Форма кривой переменного тока может быть разная: синусоидальная, прямоугольная, треугольная, пилообразная и т. д.

5.2.7. Идеальная форма

В некоторых случаях можно говорить и об идеальной форме.

Идеальная форма — обеспечивает максимум полезного эффекта для выполнения определенной функции.

5.2.8. Идеальный процесс

Технологический процесс происходит тем идеальнее, чем он производительней, качественней и чем меньше требуется затрат вещества, энергии, трудозатрат (в том числе и на управление процессом), и чем меньше вредных воздействий он производит.

Идеального процесса быть не должно, а имеется результат — продукт или действие, осуществляемое процессом.

Степень идеализации процесса можно представить в виде формулы (5.4)⁵²:

где

I_P — степень идеализации процесса (безразмерная величина);

F_i — функциональность операции i (безразмерная величина);

L_k — уровень (важность) функции k в операции i (безразмерная величина);

Q_k — качество выполнения функции k в операции i (безразмерная величина);

T — время выполнения операции i;

C — затраты средств на осуществление операции i;

H — вредное действие, создаваемое операцией i;

k — порядковый номер функции в операции i;

m — количество функций в операции i;

i — порядковый номер операции;

n — количество операций в процессе;

a, β, γ, δ — коэффициенты согласования.

5.2.9. Закономерность уменьшения степени идеальности (анти-идеальность)

Анти-идеальность — тенденция, противоположная закону увеличения степени идеальности, т. е. тенденция уменьшения степени идеальности.

В анти-идеальной системе количество функций стремится к 1, а для достижения поставленной цели не считаются с затратами времени и средств. Анти-идеальная система может причинять вред.

Часто в анти-идеальной системе стремятся осуществить максимально возможное качество выполнения функции, не считаясь с затратами, а возможно, и с причиняемым вредом (нежелательным эффектом).

Степень анти-идеальности можно представить в виде формулы (5.6):

(5.6)

где

I _anty — степень анти-идеальности (безразмерная величина);

F — выполняемая функция или полезный эффект;

P — вредный эффект, затраты;

i — номер функции;

n — количество функций.

Частично эта тенденция была сформулирована ранее как закон избыточности.

Идеальность нацелена на уменьшение избыточности.

Анти-идеальность — это супер-избыточность.

Анти-идеальные системы характерны для достижения политических и военных целей, для создания военной техники и средств безопасности, в частности, для борьбы с террором, для создания уникальных объектов и престижа.

5.2.10. Резюме: направления и пути идеализации

Кратко опишем направления и пути идеализации.

1. Направления идеализации.

Идеализация идет в двух направлениях:

1.1. Сужение зоны рассмотрения технической системы: идеальная техническая система → рабочий орган → функция, которую он исполняет, т. е. система сводится к нулю.

1.2. Расширение зоны рассмотрения технической системы: рассматривается функция системы, функция надсистемы и т. д. вплоть до потребности. В этом направлении можно рассматривать другие альтернативные пути удовлетворения выявленной потребности. Таким образом, находятся принципиально новые пути решения.

2. Степени идеализации.

2.1. Система появляется в нужный момент в нужном месте по требуемому условию.

2.1.1. Складные объекты.

2.1.2. Надувные объекты.

2.1.3. Сменные части.

2.2. Самоисполнение.

2.2.1. Механизация.

2.2.2. Автоматизация.

2.2.3. Кибернетизация.

2.3. Идеальная система — функция.

2.4. Отказ от функции (функция становится не нужной).

3. Пути идеализации.

3.1. Сокращение отдельных частей системы или процессов.

3.2. Увеличения количества выполняемых функций.

3.3. Улучшение качества выполнения функции.

3.4. Сокращение затрат.

3.5. Устранение нежелательных эффектов.

4. Способы осуществления путей идеализации.

4.1. Увеличение удельных параметров.

4.2. Применение прогрессивного оборудования, материалов, процессов.

4.3. Использование одноразовых объектов.

4.4. Применение модульного принципа и блочных конструкций.

4.5. Использование дорогостоящих материалов только в необходимых местах в нужное время по требуемому условию.

4.6. Использование ресурсов.

4.7. Использование законов и закономерностей развития систем и механизмов их исполнения.

Анти-идеальность — тенденция, которая для достижения целей не считаются с большими затратами и, возможно, причинением значительного вреда.

5.3. Закономерность изменения степени управляемости и динамичности системы

5.3.1. Общие понятия

Закономерность изменения степени управляемости и динамичности является основной из закономерностей эволюции систем (рис. 5.30)

Рис. 5.30. Структура закономерностей эволюции систем

Эта закономерность имеет подзакономерность — закономерность изменения степени вепольности и закономерность изменения управляемости веществом, энергией и информацией (рис. 5.31).

Рис. 5.31. Закономерность изменения управляемости и динамичности

Кроме того, эта закономерность содержит две тенденции: увеличения и уменьшения управляемости и динамичности.

Основная из этих тенденций — это увеличение управляемости и динамичности. Вторая тенденция — вспомогательная. Особенности их применения будут изложены ниже.

Увеличение управляемости и динамичности — две взаимосвязанные тенденции, позволяющие увеличить степень идеальности системы.

— Более идеальная система должна быть более управляемой и более динамичной.

— Более управляемая система должна быть более динамичной.

— Динамичная система может приспосабливаться к внешним и внутренним изменениям, меняя свои параметры, структуру и функции:

а) в пространстве;

б) во времени;

в) по условию.

Закономерность увеличения степени управляемости и динамичности заключается в том, что любая система в своем развитии стремится стать более управляемой и боле динамичной, т. е. система должна повышать свою степень управляемости и динамичности.

5.3.2. Закономерность увеличения степени управляемости

Развитие системы идет в направлении увеличения степени управляемости.

Система может быть управляемой тогда и только тогда, когда она содержит в себе элементы с связи между ними, способные воспринимать управляющие сигналы, преобразовывать их в управляющие воздействия и адекватно воспринимать информацию о внутренних изменениях в системе и внешних воздействиях на нее. Это свойство часто называют отзывчивостью.

Общая тенденция увеличения степени управляемости (рис. 5.32) — переход:

— от неуправляемой к управляемой системе;

— неавтоматического (ручного) управления к автоматическому;

— проводного управления к беспроводному;

— непосредственного управления к дистанционному;

— от центрального управления к распределенному и самоорганизующемуся управлению (управление сетями).

Рис. 5.32. Общая тенденция увеличения степени управляемости

Закономерность увеличения степени управляемости также называют закономерностью вытеснения человека из системы, так как увеличение управляемости системы уменьшает степень участия человека в работе системы.

Раньше мы рассматривали следствия этой закономерности при рассмотрении степеней идеализации:

— система появляется в нужный момент в нужном месте, по необходимому условию;

— система все делает сама — самоисполнение (рис. 5.33):

а) механизация;

б) автоматизация;

в) кибернетизация (интеллектуализация).

Рис. 5.33. Уменьшение участия человека в работе системы

Тенденцию самоисполнения еще называют уменьшение участия человека в работе системы или вытеснения человека из системы.

Сначала человека вытесняют (заменяют) на уровне рабочего органа, затем на уровне источника и преобразователя вещества, энергии и информации, далее на уровне связей и наконец, на уровне системы управления, к которым относятся автоматизация и кибернетизация (рис. 5.34).

Рис. 5.34. Вытеснение человека из системы

Тенденция перехода от неуправляемой к управляемой системе показана на рис. 5.35. Она представляет собой:

Переход от неуправляемой системы к управлению по разомкнутому контуру, затем к переходу к системе с обратной связью, к адаптивной (самонастраивающейся) системе, к самообучаемой и самоорганизующейся системе и, наконец, к саморазвивающейся и самовоспроизводящей системе.

Рис. 5.35. Переход от неуправляемой системы к управляемой

5.3.3. Закономерность увеличения степени вепольности

Понятия о веполе и закономерности изменения степени вепольности будет рассмотрена в главе 17.

Общая тенденция представлена на рис. 5.36—5.40.

Рис. 5.36. Общая тенденция развития веполей

Рис. 5.37. Тенденция изменения структуры веполя

Рис. 5.38. Тенденция изменения комплексного веполя

Рис. 5.39. Тенденция изменения сложного веполя

Рис. 5.40. Тенденция изменения форсированного веполя

5.3.4. Закономерность изменения управляемости веществом, энергией и информацией

Закономерность изменения управляемости веществом, энергией и информацией подразделяется на закономерности (рис. 5.41):

— Изменения управляемости веществом;

— Изменения управляемости энергией и информацией.

Рис. 5.41. Изменение управляемости веществом, энергией и

информацией

5.3.5. Тенденция изменения управляемости веществом

В свою очередь изменение управляемости веществом осуществляется

(рис. 5.42):

— Использованием «умных» веществ;

— Изменением концентрации вещества;

— Изменением количества степеней свободы;

— Изменение степени дробления;

— Переходом к капиллярно-пористым материалам (КПМ).

Рис. 5.42. Изменение управляемости веществом

Тенденция изменения степени дробления Тенденция увеличения степени дробления Общая тенденция увеличения степени дробления

Тенденция увеличения степени дробления (дисперсности) — это постепенный переход от твердого состояния к гибкому жидкому, газообразному и полю⁵³.

Чаще всего эту тенденцию применяют к рабочему органу.

Твердость может быть разных степеней и зависит:

1) от межатомных расстояний;

2) координационного числа — чем выше число, тем выше твердость;

3) валентности;

4) природы химической связи;

5) направления (например, минерал дистен (кианит) — вдоль кристалла твердость 4,4, а поперек 7);

6) хрупкости и ковкости;

7) гибкости — минерал легко гнется, изгиб не выпрямляется (например, «тальк»);

8) упругости — минерал сгибается, но выпрямляется (например, «слюда»);

9) вязкости — минерал трудно сломать (например, «жадеит» — разновидность пироксена);

10) спаянности.

Рабочий орган может быть монолитным и немонолитным (состоящим из отдельных частей). Вещество рабочего органа может меняться от твердого к нетвердому (мягкому, гибкому), жидкому, газообразному и перейти в поле.

Рассмотрим более детально последовательность дробления. Она представлена на рис. 5.43.

Рис. 5.43. Схема тенденции увеличения степени дробления

Эта последовательность характеризуется переходом от твердой монолитной системы (1) к гибкому, эластичному объекту (2). Дальнейшее дробление приводит к разделению объекта на отдельные части, не связанные между собой или связанные с помощью какого-либо поля, например, магнитного.

Дробление идет в сторону измельчения каждой части вплоть до получения мелкодисперсного порошка или микросфер, т. е. объект становится порошкообразным (3).

Следующий переход приводит к гелю (4) — пастообразному веществу.

Затем изменяется степень вязкости вещества до получения жидкости (5). Далее изменяется степень связанности жидкости. Используются более легкие и летучие жидкости.

На следующем этапе в жидкость добавляют газ (газированные жидкости). Количество газа в жидкости увеличивается, процентное содержание газа в жидкости становится больше, давление газа увеличивается, и затем переходят к аэрозолям (6).

Содержание газа в аэрозоле увеличивается, и таким образом происходит переход к газу (7). Постепенно используется все более легкий газ. Затем газ становится более разряженным, следующий шаг приводит к крайнему состоянию — образованию вакуума.

Последнее состояние в этой цепочке — использование поля (8), в частности это может быть и плазма.

Понятие поля в ТРИЗ рассматривается более широко, чем в физике — это любое действие или взаимодействие.

На новом витке развития система вновь становится монолитной. На рисунке это показано в виде петли обратной связи.

Промежуточное состояние в каждом из указанных переходов может занимать «пена» (9) в твердом, жидком, газообразном и прочих видах (рис. 5.44). Под пеной понимается вкрапление (проникновение) одного вещества в другое.

Пена (условное название) — это проникновение вещества в одном состоянии в другое. Состояния представлены на рис. 5.44. Рассмотрим некоторые виды пены, как комбинации твердого, жидкого и газообразного состояний:

— твердое вещество, включающее газообразные полости;

— твердое вещество, включающее жидкие полости;

— твердое вещество, включающее газообразные и жидкие полости;

— жидкое вещество, включающее твердые включения;

— жидкое вещество, включающее газообразные пузыри;

— жидкое вещество, включающее твердые и газообразные включения;

— газообразное вещество, включающее твердые включения;

— газообразное вещество, включающее жидкие полости;

— газообразное вещество, включающее твердые и жидкие включения.

Мы рассматриваем пену как промежуточное состояние между состояниями, указанными на рис. 5.44.

Кроме того, возможна комбинация (10) из указанных состояний в любом сочетании.

С целью повышения эффективности могут быть использованы эффекты (11), характерные для данного состояния.

Рис. 5.44. Схема тенденции увеличения степени дробления

Под эффектами (11) в ТРИЗ понимаются: физические, химические, биологические и геометрические эффекты.

На этапе 1 широко применяются геометрические и некоторые физические эффекты. Сочетание этих эффектов часто встречается в строительстве при использовании предварительно напряженных конструкций. На дальнейших этапах меньше применяются геометрические эффекты и больше используются физические, химические и биологические эффекты.

Полная схема дробления приведена на рис. 5.45. В нее дополнительно введены переходы от состояния (1) к состоянию (2), от (2) к (3) и переходы от состояний (1) и (2) к капиллярно-пористым материалам (КПМ).

Рис. 5.45. Полная схема тенденции увеличения степени дробления

Переход от твердого к гибкому состоянию

Переход от монолитной (твердой) системы (1) к гибкой (2) происходит по определенной линии, показанной на рис. 5.46. Рассмотрим ее.

Рис. 5.46. Линия перехода от твердого состояния к гибкому

Первоначально объект разбивается на части, вплотную присоединенные друг к другу (1.1). Это соединение может быть неразъемным и разъемным.

К разъемным соединениям могут относиться и соединения, осуществляемые с помощью различных полей, например, магнитного или электрического; соединения, использующие эффект обратимой памяти формы и т. д. Такие соединения осуществляются с помощь «включения» соответствующего поля и его «выключения». При этом могут использоваться соответствующие эффекты, например, эффект точки Кюри.

Разъемные соединения могут осуществляться и с помощью, разрушения части соединения, но не разрушающих контактирующие части. Например, растворение клеевых соединений, нагревом легкоплавких веществ (парафин, воск и т. п.; легкоплавкие металлы: олово, свинец и т. д.) и т. п.

Сначала монолит разбивается на две части (на рис. 5.46 — 1.1а). Дальнейшее разбиение приводит к увеличению количества частей в системе (1.1b, c, d).

На следующем этапе 1.2 соединение частей осуществляется с помощью посредника. Сначала, посредник, осуществляющий соединение, делают жестким — этап 1.2а, затем число связей-посредников увеличивается — этап 1.2b, связи становятся более гибкими (шарнирными, пружинными, другими гибкими частями и т. п.) — этап 1.2c.

Примером этапов 1.2а—1.2b могут служить конструкции типа штанги, фермы и т. д. Они так же, как и в случае 1.1, могут быть разборные и неразборные.

И, в конце концов, происходит переход к полностью гибкому объекту (2).

Переход от гибкого к порошкообразному состоянию

Последовательность, подобная рис. 5.46, характерна и для перехода от эластичного вещества (2) к порошкообразному (3). Она изображена на рис. 5.47.

Первоначально гибкий объект разбивается на части, вплотную присоединенные друг к другу (2.1а). Это соединение может быть разъемным и неразъемным. Дальнейшее разбиение приводит к увеличению количества частей в системе (2.1b, c, d). Для повышения эффективности конструкций используются физические эффекты, например, предварительно напряженные, вантовые, надувные и гидравлические конструкции.

На следующем этапе гибкие конструкции соединяются гибкими связями (2.2a, b, c). Необходимо учесть, что постепенно число частей увеличивается, а связи между ними становятся все более гибкими.

Далее объект разбивается ни отдельные не связанные между собой части (3.1). Части измельчаются вплоть до микрочастиц, микросфер, порошка.

Рис. 5.47. Линия перехода от гибкого состояния к порошкообразному

Гели (от лат. gelo — застываю), дисперсные системы с жидкой или газообразной дисперсионной средой, обладающие некоторыми свойствами твердых тел: способностью сохранять форму, прочностью, упругостью, пластичностью. Эти свойства гелей обусловлены существованием у них структурной сетки (каркаса), образованной частицами дисперсной фазы, которые связаны между собой молекулярными силами различной природы⁵⁴.

В гелях происходит переход от густых гелей к менее плотным вплоть до густых жидкостей.

Увеличения степени дробления в жидкости происходит от использования очень вязких жидкостей вплоть до летучих жидкостей.

Аэрозоли (от аэро, aerо — воздух и золи, solucio — раствор), дисперсные системы, состоящие из мелких твердых или жидких частиц, взвешенных в газообразной среде (обычно в воздухе)⁵⁵.

Увеличения степени дробления в аэрозолях происходит к все большему содержания газа и уменьшению количества жидкости.

Практически аэрозоль представляет собой одно из состояний, которое мы назвали «пена» — этап 9.

Увеличения степени дробления в газах происходит от использования тяжелых газов вплоть до самого легкого — водорода.

Тенденция уменьшения степени дробления

Эта тенденция противоположна (анти-тенденция) тенденции увеличения степени дробления.

Тенденция уменьшения степени дробления — это постепенный переход от поля к газообразному, жидкому и твердому состоянию.

Рассмотрим более детально последовательность уменьшения степени дробления. Она представлена на рис. 5.48.

Эта последовательность характеризуется переходом от поля (1) к газообразному состоянию (2), далее переходу к аэрозолям (3), к жидкостям (4), к гелю (5), к порошкообразному состоянию (6), к гибкому (8) и к твердому монолитному состоянию (9).

Рис. 5.48. Схема тенденции уменьшения степени дробления

Тенденция перехода к капиллярно-пористым материалам (КПМ)

Тенденция перехода к капиллярно-пористым материалам (КПМ) — это постепенный переход от сплошного вещества к веществу с полостью, к веществу со многими полостями, к капиллярно-пористому веществу, к капиллярно-пористому веществу на микроуровне.

Графически тенденция перехода к капиллярно-пористым материалам (КПМ) представлена на рис. 5.49.

1. Сплошное вещество, твердое (1) или эластичное (2).

2. Вещество с одной полостью — полость с оболочкой (A).

3. Вещество со многими полостями (ячейками), перфорированное вещество или полость, разделенная перегородками (B).

4. Капиллярно-пористое вещество — КПМ (C).

5. КПМ на микроуровне (D) — на схеме обозначены как µКПМ.

Рис. 5.49. Переход к капиллярно-пористым материалам (КПМ)

где

1 — монолит в твердом состоянии;

2 — монолит в гибком состоянии;

A — вещество с одной полостью;

B — вещество со многими полостями;

C — КПМ;

D — µКПМ;

КПМ — капиллярно-пористый материал;

µКПМ — микро-КПМ.

На этапах A и B используются макро-полости, а на C и D — капилляры.

Отличие этапов A от B и C от D в размерах полостей и капилляров, соответственно.

Разметы полостей от этапа (A) могут быть сотни метров, десятки метров до метра. На этапе (B) размеры ячеек измеряются десятками сантиметров, сантиметрами или миллиметрами, но не метрами.

Переход от состояния 1 (2) к A, как правило, идет скачком.

Переходы от A к B, от B к C и от C к D осуществляются постепенно. Переход от A к B показан на рис. 5.50.

A1 — вещество с одной полостью,

A2 — вещество с двумя полостями,

A3-A4 — вещество со многими полостями,

В — вещество со многими маленькими полостями.

Рис. 5.50. Закономерность дробления полости

Общая закономерность при движении от A к D и на каждом этапе в отдельности: количество полостей увеличивается, а их размеры уменьшаются.

Управление капиллярно-пористыми материалами (КПМ) в процессе их использования осуществляется по следующей закономерности (рис. 5.51).

1. Полость.

2. Структурированная полость (полость, имеющая определенную структуру).

3. Полость, заполненная веществом.

4. Воздействие на введенное в полость вещество полями с использованием различных технологических эффектов ТЭ (физических, химических, биологических и геометрических).

Рис. 5.51. Управление капиллярно-пористыми материалами (КПМ)

где

# — структура полости,

В — вещество,

ТЭ — технологический эффект.

Эта закономерность характерна для каждого из этапов A—D.

Структурирование, заполнение веществом и использование технологических эффектов возможны для любых размеров и любого количества полостей, в том числе и одной.

Структурирование полостей осуществляется:

— созданием перегородок определенной формы;

— созданием ячейки определенной формы, из которых собирается общая структура.

Полости могут заполняться веществом. Это вещество может быть газообразным, жидким, гелеобразным и твердым, которое под воздействием различных полей может, например, увеличивать объем, а, следовательно, и создавать давление.

При этом используются разнообразные технологические (физические, химические, биологические и геометрические) эффекты.

На этапах A и B используются следующие технологические эффекты:

— физические:

избыточное давление (пневмо — и гидро), тепловое расширение, фазовые переходы первого и второго рода, в том числе эффект памяти формы, изменение кажущейся плотности магнитной и реологической жидкости в магнитных и электрических полях, действие магнитного поля на ферромагнитное вещество, центробежные силы, взрывчатые вещества, электрогидравлический удар;

— химические:

разложение гидратов и газогидратов, разбухание металлов при разложении жидкого озона, перевод в химически связанный вид, транспортные реакции, перевод в гидратное состояние, растворение в сжатых газах, перевод в гидриды, в экзотермических реакциях, в термохимических реакциях, растворение, разбухание геля.

— геометрические:

использование различных форм: треугольников, пятиугольников, шестиугольников, кругов, их частей (сегментов), гиперболических параболоидов, эллипсоидов, сфер и полусфер, конусов, сотовых конструкций.

Для придания большей прочности конструкций, полости заполняют жидкостями, гелями, сыпучими материалами, пластмассами и т. д.

Этап С представляет собой качественный скачок — переход на микроуровень, т.е. использование капиллярно-пористых материалов (КПМ).

Переход к капиллярной структуре изменяет требования к структурированию ячеек и использованию технологических эффектов.

В КПМ могут использоваться структуры с открытыми и закрытыми капиллярами различных размеров и направлений.

Из технологических эффектов на этапах C и D, прежде всего, используются капиллярные эффекты.

Наиболее известные из капиллярных эффектов: ультразвуковой капиллярный эффект, термокапиллярный эффект, электрокапиллярный эффект, геометрический капиллярный эффект.

Капилляр — это трубка с малым внутренним диаметром.

Капиллярные явления (от лат. Capillaris — волосяной), физические явления, заключающиеся в способности жидкости изменять уровень в капилляре.

Поднятие жидкости происходит в случаях смачивания каналов жидкостями, например, воды в стеклянных трубках, песке, грунте и т. п.

Понижение жидкости происходит в капиллярах, не смачиваемых жидкостью, например, ртуть в стеклянной трубке.

Это явление обусловлено действием поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся сред.

Ультразвуковой капиллярный эффект: увеличение в десятки раз скорости движения и высоты подъема жидкости в капиллярах при непосредственном воздействии ультразвука (рис. 5.52а). На рисунке стрелкой условно показано воздействие ультразвука (УЗ) на капилляр. При воздействии УЗ жидкость в капилляре поднимается на высоту h₁ большую, чем в капилляре без воздействия h₂ (h₁> h₂).

Рис. 5.52. Капиллярные эффекты

Действие термокапиллярного эффекта аналогично ультразвуковому капиллярному эффекту — увеличение скорости и высоты подъема жидкости при наличии в капилляре разности температур (рис. 5.52б). На рисунке стрелкой условно показано воздействие температуры (Т^о) на капилляр. Наверху капилляра температура выше, чем внизу. Это условно показано знаком плюс (+Т^о). Жидкость в капилляре течет в сторону большей температуры и поднимается на высоту h₁ большую, чем в капилляре без воздействия h₂ (h₁> h₂).

Электрокапиллярный эффект — зависимость поверхностного натяжения на границе раздела твердых и жидких электродов с растворами электролитов и расплавами ионных соединений от электрического потенциала. Эта зависимость обусловлена образованием двойного электрического слоя на границе раздела фаз.

Воздействие электрического потенциала (+U, — U) к капилляру условно показано стрелками (рис. 5.52в). Электрический ток заставляет жидкость течь в капилляре в определенном направлении и поднимается на высоту h₁ большую, чем в капилляре без воздействия тока h₂ (h₁> h₂). Приложение потенциала зависит от вида жидкости.

Изменением потенциала можно осуществлять инверсию смачивания — переход от несмачивания к смачиванию и наоборот⁵⁶.

Геометрический капиллярный эффект — это условное название явления (название дал автор), при котором жидкость течет в сторону меньшего диаметра капилляра (рис. 5.52 г). Диаметр верхнего конца капилляра d₂ меньше диаметра нижнего конца капилляра d₁ (d₁> d₂). На рисунке утрированно показано сужение капилляра. В сужающемся капилляре жидкость поднимается на высоту h₁ большую, чем в ровном капилляре h₂ (h₁> h₂).

Изменить диаметр капилляра можно, например, если сделать его из материала с эффектом обратимой памяти формы. Тогда можно управлять движением жидкости.

Управлять процессами, происходящими в капиллярах, можно, изменяя вязкость и смачивание жидкости всеми известными способами, в том числе и химическими, например, использование поверхностно-активных веществ. Кроме того, можно использовать ферромагнитную или реологическую жидкости и магнитное или электрическое поля.

Наиболее эффективно применение сочетаний описанных эффектов для управления процессами, происходящими в капиллярах.

Помимо указанных ранее эффектов, в линии перехода к КПМ применяются осмос и электроосмос, эффекты, связанные с сорбцией и хемосорбцией (капиллярная конденсация, фотоадсорбционный эффект, влияние электрического поля на адсорбцию, адсорблюминисценция и хемолюминисценция, радикально-рекомбинационная люминесценция, адсорбционная эмиссия, влияния адсорбции на электропроводимость полупроводника).

Выше были описаны три линии развития КПМ (см. рис. 5.49, 5.50, 5.51):

1. Монолит твердое (1) или эластичное (2) → Вещество с одной полостью (A) → Вещество со многими полостями (B) → КПМ (C) → µКПМ (рис. 5.52а).

2. Полость → Структурированная полость → Полость, заполненная веществом → использование технологических эффектов ТЭ (рис. 5.52б).

3. Вещество с одной полостью A1→ вещество с двумя полостями A2 → вещество со многими полостями A3-A4 (рис. 5.52в).

Они представлены вместе на рис. 5.53.

Рис. 5.53. Линии развития капиллярно-пористого материала (КПМ)

В общем виде система развивается по всем трем направлениям, а все состояния могут быть описаны в виде морфологической матрицы, где в качестве морфем, помимо указанных трех составляющих может быть еще четвертая — виды технологических эффектов.

В упрощенном виде эту закономерность можно представить в виде схемы (рис. 5.54).

Рис. 5.54. Общая схема перехода к КПМ

Где

КПМ^# — КПМ со структурированными капиллярами,

µКПМ^# — µКПМ со структурированными капиллярами.

Структура полостей (ее форма) определяется функцией, которую должен выполнять данный материал или конструкция.

Например, для функции устойчивость часто делают перегородки в форме треугольников, пятиугольников, шестиугольников, кругов, их частей или других геометрических фигур. Наиболее часто встречаются полости в форме гиперболического параболоида, эллипсоидов, сфер и полусфер, конусов, сотовых конструкций.

Эти формы могут использоваться и для других функций.

5.3.6. Уменьшение степени управляемости

Закономерность уменьшения степени управляемости указывает на тенденцию создания простых приспособлений без механизации и автоматизации. Эта закономерность противоположена закону увеличения степени управляемости.

5.3.7. Закономерность увеличения степени динамичности

Определения

Развитие системы идет в направлении увеличения степени динамичности.

Динамичная система может изменять свои параметры, структуру (в частности форму), алгоритм, принцип действия и функции, чтобы наиболее эффективно достичь поставленную цель и удовлетворить потребность. Динамическая система в своем развитии может менять так же цель и потребность, приспосабливаясь к внешним и внутренним изменениям.

Изменения могут происходит:

— во времени;

— по условию.

Следствия из закономерности.

1. Статические системы стремятся стать динамическими.

2. Системы развиваются в сторону увеличения степени динамичности.

Основная линия увеличения степени динамичности

Увеличение динамичностипроисходит изменением динамичности параметров, структуры, алгоритма и принципа действия, функции, потребности и цели, которое может происходить во времени, в пространстве и по условию.

Степень динамичностиувеличивается переходом от изменения динамичности параметров к изменению динамичности структуры, алгоритма, принципа действия, функции, потребности и цели.

Основная линия увеличения степени динамичности показана на рис. 5.55.

Рис. 5.55. Линия увеличения степени динамичности

Изменение параметров

Изменение параметров системы — это наиболее простой способ увеличения степени динамичности системы с целью ее адаптации к внутренним и внешним изменениям.

Изменяться может любой параметр системы, например, электрические параметры (величина тока, напряжения, сопротивления и т. д.), оптические параметры (длина волны, яркость, освещенность и т. д.), акустические параметры (амплитуда и частота звука и т. п.), механические параметры (эластичность, жесткость, вязкость, число степеней свободы и т. д.) и т. д.

Изменение структуры

Увеличение степени динамичности системы может осуществляться путем изменения структуры системы — это более сложный способдинамизации, чем изменение параметров.

Под изменением структуры мы понимаем и изменение формы объекта.

Изменение алгоритма

Увеличение степени динамичности системы может осуществляться путем изменения алгоритма работы.

Изменение принципа действия

Увеличение степени динамичности системы может осуществляться путем изменения ее принципа действия.

Изменение функции

Увеличение степени динамичности системы может осуществляться путем изменения выполняемой функции.

Изменение потребностей

Увеличение степени динамичности системы может осуществляться путем изменения потребностей.

Изменение целей

Увеличение степени динамичности системы может осуществляться путем изменения целей.

Повышение динамичности

Система тем динамичнее, чем она более управляемая.

Динамичность системы повышается с увеличением скорости и точности адаптации к внешним и внутренним изменениям.

Скорость увеличения динамичности повышается с учетом изменений не только определенного параметра, а и его производных.

Идеально, когда система заранее готова к изменениям, т. е. имеет способность заранее прогнозировать изменения. С этой целью система должна использовать и/или выявлять и использовать тенденции, закономерности и законы развития системы, надсистемы и окружающей среды.

Точность адаптации может быть увеличена, если в законе управления системой учитывается интеграл от всех изменений или ведется учет предыдущих изменений.

Динамическая статичность

Статические системы достаточно устойчивы, но не мобильны. Мобильные системы часто не устойчивы. Для придания системе максимальной мобильности и устойчивости ее выполняют динамически статичной.

Динамическая статичность системы осуществляется за счет постоянного управления максимально мобильной системой. Такие системы называют с динамической устойчивостью.

5.3.8. Тенденция уменьшения динамичности

В отдельных случаях можно говорить о тенденции уменьшения динамичности — повышения статичности. Система стремится сохранять, не изменять, стабилизировать свои параметры, структуру (в частности форму), алгоритм и принцип действия, функции, чтобы наиболее эффективно достичь поставленной цели и удовлетворить потребности. Кроме того, статичная система стремится сохранить так же цели и потребности.

Стабилизация должна происходить во времени и/или в пространстве и/или по условию.

Название тенденции «уменьшение динамичности» условное. По существу, эта тенденция частный случай динамических системы, обеспечивающих постоянство параметра, структуры, функции, потребности, цели и т. д.

Динамическую статичность можно тоже рассматривать как частный случай тенденции уменьшения динамичности.

Существует много разновидностей систем, где необходимо поддерживать параметры стабильными (постоянными) — определенной величины. В качестве параметров можно указать, например, частоту, температуру, давление, натяжение, прочность и т. д.

Тенденция уменьшения степени динамичности (увеличения статичности) используется для развития систем, в которых необходимо стабилизировать определенные параметры или всю систему в целом.

Для динамизации системы используется закон увеличения степени динамичности.

5.4. Закономерность согласования — рассогласования

5.4.1. Общие представления

Закономерность согласования—рассогласования является основной из закономерностей эволюции систем. Структура этих закономерностей показана на рис. 5.56.

Рис. 5.56. Структура закономерности эволюции систем

Закономерность согласования—рассогласования включает две закономерности (рис. 5.57).

1. Закономерность согласования.

2. Закономерность рассогласования.

Рис. 5.57. Закономерность согласования — рассогласования

5.4.2. Структура закономерности согласования—рассогласования

Согласование—рассогласование проводится для недопущения вредных явлений или усиления полезных.

Закономерность согласования, которая будет изложена ниже, была сформулирована В. Петровым в 1975–1978. Закономерность рассогласования был предложена Э. Злотиной, а развита Б. Злотиным.

Опишем структуру закономерности согласования—рассогласования (рис. 5.58).

1. Объекты согласования—рассогласования.

1.1. Потребности.

1.2. Функции.

1.3. Принцип действия.

1.4. Система.

1.4.1. Структура:

— элементы;

— связи;

— форма;

— вещество.

1.4.2. Параметры.

1.4.3. Потоки.

1.5. Надсистема.

1.6. Окружающая среда.

1.7. Поля.

1.7.1. Энергия.

1.7.2. Информация.

— данные;

— знания.

2. Способы согласования—рассогласования.

2.1. Во времени.

2.2. В пространстве.

2.3. По условию.

2.4. Статическое (постоянное).

2.5. Динамическое (переменное).

Рис. 5.58. Структура закономерности согласования — рассогласования

Закономерность согласования—рассогласования является общей из закономерностей эволюции систем.

Принцип действия должен согласовываться с главной функцией, внешней средой, надсистемой и системой.

Процесс согласования принципа действия с главной функцией системы — это обеспечение этой функции, т. е. это выбор принципа действия рабочего органа.

5.5. Закономерность перехода в надсистему или подсистему

5.5.1. Общие представления

Закономерность перехода системы в надсистему и/или подсистему является основной из закономерностей эволюции систем. Структура этих законов показана на рис. 5.59.

Рис. 5.59. Структура закономерностей эволюции систем

Закономерность перехода в надсистему или подсистему включает две закономерности (рис. 5.60).

1. Закономерность перехода в надсистему.

2. Закономерность перехода в подсистему.

Рис. 5.60 Закономерность перехода в надсистему или подсистему

5.5.2. Закономерность перехода системы в надсистему

Закономерность перехода системы в надсистему разработан Г. Альтшуллером⁵⁷. Он ее сформулировал следующим образом:

«Исчерпав ресурсы развития, система объединяется с другой системой, образуя новую, более сложную систему».

Системы объединяются в надсистему не только, когда исчерпали ресурсы своего развития, поэтому мы переформулировали эту закономерность.

Системы объединяются в надсистему, образуя новую более сложную систему.

Объединение систем в надсистему может проходить двумя путями (рис. 5.61):

— Объединение в новую более сложную систему, имеющую одну функцию (монофункциональная система);

· Переход системы от монофункцинальной к полифункцинальной.

Рис. 5.61. Закономерность перехода в надсистему

Переход системы от монофункционаьной к полифункционаьной первоначально осуществляется выявлением более общей функции, а затем придания дополнительных функций, при этом часто использует новые технологии.

Тенденция объединения элементов

Системы объединяются по определенной тенденции. Опишем ее (рис. 5.62).

Первоначально имеется одна — моносистема. Далее объединяют две исходные системы, при этом получатся бисистема. На следующем этапа объединяют три и более систем, образуется полисистема. Следующий этап развития, когда би — и/или полисистемы образуют новую единую систему (моносистему), которая выполняет все функции, входящих в нее систем. Эта операция называется свертыванием.

Рис. 5.62. Тенденция объединения систем

Переход «моно-би-поли» — неизбежный этап в развитии всех систем.

После объединения систем в би — или полисистему происходит некоторое изменение новой системы, требующие согласования составных частей и параметров системы. При этом сокращаются вспомогательные элементы, и устанавливается более тесная связь между отдельными системами. Такие системы называются частично свернутыми. Дальнейшее развитие приводит к полностью свернутым системам, в которых один объект выполняет несколько функций.

Полностью свернутую систему можно представить, как новую моносистему. Ее дальнейшее развитие связано с движение по новому витку спирали. Иногда в качестве новой моносистемы может выступать частично свернутая система.

Механизмы объединения элементов

Создание надсистемы путем объединения в би — и полисистему может включать следующие виды элементов (рис. 5.63).

1. Однородные

1.1. Одинаковые.

1.2. Однородные элементы со сдвинутыми характеристиками.

2. Неоднородные

2.1. Альтернативные (конкурирующие).

2.2. Антагонистические — инверсные (элементы с противоположными свойствами или функциями).

2.3. Дополнительные.

Рис. 5.63. Схема механизма тенденции перехода МОНО-БИ-ПОЛИ

Полностью схема закономерности перехода системы в надсистему представлена на рис. 5.64.

Рис. 5.64. Общая схема объединения систем

Объединение производится таким образом, что полезные (необходимые) качества отдельных элементов складываются, усиливаются, а вредные взаимно компенсируются или остаются на прежнем уровне. Объединение такого типа возможно, как для достаточно высокоразвитых систем, как и для простых элементов.

Дальнейшее развитие новых систем идет путем повышения их эффективностив двух направлениях.

1. Увеличение различия между элементами системы.

2. Развитие связей между элементами.

2.1. Система из практически самостоятельных, не связанных между собой элементов, не изменяющихся при объединении.

2.2. Система из частично измененных, согласованных между собой элементов, которые функционируют только вместе и только в данной системе. Это частично свернутая система.

2.3. Система полностью измененных элементов, которые работают только в данной моносистеме и отдельно применяться не могут.

5.5.3. Закономерность перехода системы в подсистему

Тенденция перехода системы в подсистему разработана В. Петровым⁵⁸.

Эта тенденция является противоположной закономерности перехода в надсистему.

Система в своем развитии может сворачиваться до уровня подсистемы и даже вещества или вещества, выделяющего поле.

Переход осуществляется от надсистемы к системе, от системы к подсистеме, от подсистемы к веществу (рис. 5.65).

Рис. 5.65. Укрупненная схема тенденции перехода к веществу

В сложных системах переход от подсистемы к веществу осуществляется сначала к подподсистемам и т. д. вплоть до вещества или вещества, выделяющего поле.

Даная тенденция может использовать механизм свертывания и при переходе к веществу могут использоваться «умные» вещества.

5.5.4. Общая схема закономерности перехода системы в над — или подсистему

Представим полную схему закономерности перехода в надсистему или подсистему (рис. 5.66).

Рис. 5.66. Переход в надсистему или подсистему

5.6. Закономерность перехода на микроуровень и

на макроуровень

Закономерность перехода системы на микро — и макроуровень является основной из закономерностей эволюции систем (рис. 5.67).

Рис. 5.67. Структура закономерностей эволюции систем

5.6.1. Переход на микроуровень

Закономерность перехода системы на микроуровень заключается в том, что техника в своем развитии стремится перейти на микроуровень.

Чаще всего это относится к рабочему органу.

Микроуровень — условное понятие. В работе участвуют все более глубинные структуры вещества, например, использование нанотехнологий. При этом используются физические, химические, биологические и математические эффекты.

5.6.2. Переход на макроуровень

Закономерность перехода системы на макроуровень — это тенденция увеличения параметров системы.

Многие системы переходит не на микро-, а на макроуровень. В процессе эволюции многие системы постоянно увеличивают определенные параметры.

Среди этих параметров можно назвать:

— размер;

— мощность;

— скорость;

— емкость или объем;

— плотность;

— прочность;

— электропроводность и электроизоляцию;

— теплопроводность и теплоизоляцию;

— удельные параметры и т. д.

5.7. Закономерность свертывания — развертывания систем

5.7.1. Общие представления

Закономерность свертывания—развертывания является основной из закономерностей эволюции систем (рис. 5.68).

Рис. 5.68. Структура закономерностей эволюции систем

Закономерность свертывания — развертывания включает два закона (рис. 5.69).

1. Закономерность свертывания.

2. Закономерность развертывания.

Рис. 5.69. Закономерность свертывания — развертывания

5.7.2. Формулировка закономерности

Закономерность свертывания—развертывания заключается в том, что любая система в своем развитии сворачивает или разворачивает функции и элементы систем⁵⁹.

5.7.3. Закономерность свертывания

Закономерность свертывания увеличивает степень идеальности за счет сокращения числа элементов системы без ухудшения (или при улучшении) функционирования.

Достичь этого можно, перераспределив полезные функции свернутых элементов между оставшимися элементами, а также их передачей элементам надсистемы или подсистемы.

Правила свертывания.

— Прежде всего, свертываются элементы или операции, выполняющие вредные функции.

— Затем свертывают маловажные элементы или операции особенно с большой относительной стоимостью.

— Можно свернуть дополнительные элементы или операции, если какой-то элемент или операция выполняют эту функцию самостоятельно.

— Функции устраненных элементов или операций должны быть переданы другим элементам или операциям системы (подсистемам) или надсистеме. Функции свернутых операций могут быть осуществлены на: предыдущих, последующие или параллельные операциях.

Свернуть можно и некоторые функции системы, например, неважные. Это позволит снизить себестоимость системы, за счет отсутствия затрат времени и средств на их выполнение.

При свертывании широко используются все виды ресурсов.

Рассмотрим некоторые пути свертывания систем.

1. Передача функций, свернутых частей системы другим элементам системы или операциям процесса.

2. Вытеснение части системы или операции в надсистему.

3. Миниатюризация.

4. Переход в подсистему.

Вытеснение части системы в надсистему

Подсистема или ее часть вытесняются в надсистему, превращаясь в специализированные системы в составе надсистемы.

Этот осуществляется следующим образом:

— Уменьшается количество элементов в системе;

— Уменьшается масса, габариты и энергопотребление;

— Увеличивается работоспособность:

— система становится проще;

— функция устраненной подсистемы выполняется надсистемой на более качественном уровне, так как осуществляется специализированной системой.

Миниатюризация

Миниатюризация всех подсистем в составе данной системы, без вытеснения подсистем в надсистему.

Нанотехнология позволяет не только осуществить миниатюризацию, он и получить качественно новые материалы, системы, процессы и эффекты.

Переход в подсистему

Тенденцию свертывание технической системы в подсистему мы частично рассмотрели в закономерности перехода в подсистему.

Здесь мы рассмотрим объединение подсистем в единый элемент. Подсистема выполняет функции других подсистем. Система превращается в рабочий орган, в вещество — в материальных системах и данные — в информационных системах. При этом часто используются «умные» вещества, выполняющие всю работу других подсистем.

5.7.4. Закономерность развертывания

Закономерность развертывания увеличивает степень идеальности за счет увеличения числа функций, выполняемых системой без ее усложнения, т. е. система становится полифункциональной.

Данная закономерность — один из способов увеличения степени идеальности, путем увеличения функциональности.

Для осуществления этой закономерности может быть использования закономерность «моно-би-полисвертывание» и механизм ее осуществления (см. закономерность перехода в надсистему):

— одинаковые системы;

— системы со сдвинутыми характеристиками;

— альтернативные системы;

— дополнительные системы;

— инверсные системы.

При развертывании можно использовать любые комбинации перечисленных видов систем.

Последовательность развертывания систем.

1. Выявление функций, которые мы хотим добавить к имеющейся системе.

2. Выявление альтернативных систем, выполняющих данные функции.

3. Выбор наилучших систем. Чаще всего выбирают систему, которая работает в самых тяжелых условиях и выпускается массовым производством.

4. Присоединение выбранных систем к имеющейся системе.

5. Определение достоинств и недостатков полученной системы.

6. Определение и разрешение противоречий.

7. Свертывание «лишних» элементов.

8. Максимальное использование ресурсов для развертывания системы.

Процесс объединения систем часто называют гибридизацией.

Можно выделить отдельные этапы развертывания систем:

1) гибридизация;

2) свертывание «лишних» элементов в гибридной системе;

3) максимальное использование ресурсов.

Гибридизация

Легче всего увеличить функциональность, присоединением элементов, выполняющих дополнительные функции — это путь гибридизации. При этом системы будет выполнять несколько функций.

Свертывание «лишних» элементов в гибридной системе

На этом этапе выявляются и разрешаются противоречия синтезированной гибридной системы, главным образом, удалением повторяющихся элементов, но сохраняя привнесенные новые функции.

Максимальное использование ресурсов

Один из путей увеличения степени идеальности — это использование ресурсов.

Первоначально выясняются все ресурсы системы.

Имеются следующие виды ресурсов.

1. Функции.

2. Элементы.

3. Связи между элементами.

4. Форма.

5. Энергия.

6. Информация.

7. Вещество.

8. Поле.

9. Потоки (вещества, энергии и информации).

10. Пространство.

11. Время.

12. Процессы.

13. Параметры.

14. Системные ресурсы.

Ресурсы могут браться в системе, подсистемах и надсистеме. Они могут использоваться в готовом виде или быть видоизменены.

Последовательность применения выявленных свойств по новому назначению системы может быть следующая.

1. Применение системы в целом.

1.1. Применение основных свойств, функций, действий в целом.

1.2. Применение вспомогательных свойств, функций, действий в качестве основных.

1.3. Применение ненужных или вредных свойств, функций, действий в качестве полезных.

1.4. Применение свойств, функций и действий, обратных выявленным.

2. Применение подсистем аналогично п.1.

3. Применение веществ и полей подсистем.

3.1. Применение основных для системы и подсистемы свойств веществ и полей.

3.2. Применение вспомогательных для данной системы свойств веществ и полей в качестве основных.

3.3. Применение ненужных для данной системы веществ и полей в качестве полезных.

3.4. Применение вредных для данной системы веществ и полей в качестве полезных.

4. Применение микроструктуры веществ подсистемы.

4.1. Применение основных свойств микроструктуры — молекул, атомов, элементарных частиц и т. п.

4.2. Применение вспомогательных для данной системы свойств микроструктуры.

4.3. Применение ненужных для данной системы свойств микроструктуры в качестве нужных.

4.4. Применение вредных для данной системы свойств микроструктуры в качестве полезных.

5.8. Закономерность несбалансированного — сбалансированного развития систем

Закономерность несбалансированного — сбалансированного развития является основной из закономерностью эволюции систем (рис. 5.70).

Рис. 5.70. Структура закономерностей эволюции систем

Развитие частей системы идет неравномерно; чем сложнее система, тем не равномернее развитие ее частей.

Для увеличения идеальности система должна увеличивать степень ее сбалансированности, как отдельных частей системы, так и системы с надсистемой.

Мы назвали эту закономерность сбалансированного — несбалансированного развития.

Для увеличения степени идеальности система должна развиваться сбалансированного.

Закономерность неравномерного — равномерного развития (несбалансированного — сбалансированного развития) включает две закономерности (рис. 5.71).

1. Закономерность неравномерного (несбалансированного) развития.

2. Закономерность сбалансированного развития.

Рис. 5.71. Закономерность неравномерного — сбалансированного развития

5.9. Закономерности использования пространства

5.9.1. Общее представление

Помимо указанных выше закономерностей развития систем имеется еще одна общая закономерность — использование пространства. Она, как и большинство закономерностей, имеет тренд и анти-тренд.

5.9.2. Основная последовательность

Закономерность использования пространства — это постепенный переход от точки к линии, от линии к плоскости и от плоскости к объему, а также обратный переход от объема к плоскости, линии и точке.

Основные направления и идеи этой работы были изложены В. Петровым в 1973 г.⁶⁰ В дальнейшем эта цепочка была развита⁶¹. В данной работе дальнейшее ее развитие.

Эта закономерность имеет дополнительные переходы. После перехода к объему (3D) имеется следующий переход к динамизации объема, т. е. изменение 3D-формы во времени или по условию. Эту закономерность назовем 4 D. Далее происходит переход к псевдо-объему и наконец, к динамическому псевдо-объему. Эта закономерность показана на рис. 5.72.

Рассмотрим пути увеличения эффективности каждого из переходов.

Рис. 5.72. Прямая тенденция использования пространства

Переход от линии к плоскости и объему — это использование кривых в плоскости и пространстве (рис. 5.73).

Рис. 5.73. Тенденция использования линии

Переход от плоскости к объему может быть постепенным. Если использована вся площадь плоскости, то может использоваться обратная сторона этой плоскости. В частности, может быть использована лента Мёбиуса (рис. 5.74).

Рис. 5.74. Тенденция использования объема

Далее рассматривается более эффективное использование объема. Когда исчерпаны возможности объема, то используют внутренние поверхности объема, в котором располагают другие части (прием «Матрешка»). В частности, может использоваться бутылка Клейна, несколько соединенных бутылка Клейна, 3D-лента Мёбиуса (использование свойств ленты Мёбиуса в объеме) и лента Киселева⁶². Эта тенденция показана на рис. 5.75. При этом могут быть использованы и другие геометрические эффекты.

Рис. 5.75. Тенденция использования внутреннего объема

В дальнейшем динамизируют объем, т. е. объемная форма изменяется во времени или по какому-то условию. Причем это могут быть незначительные изменения своего рода «дышащий» объем или полное изменение формы.

Следующий этап — это использование псевдо-объема, например, стереоизображение, голограммы, 3D — трехмерное изображение в компьютерах и т. д. Дальнейшее развитие — это динамизация псевдо-объема. Это похоже на 3D-кино, т. е. динамизация объемных изображений. На следующем этапе добавили к объему и динамизации и другие ощущения — это 5D и 7 D-кино.

5.9.2. Противоположная последовательность

Имеется и противоположная тенденция изменения систем в пространстве: переход от объема к плоскости, от плоскости к линии, от линии к точке может речь идти и о псевдо-точке (рис. 5.76). В этом случае динамизация уменьшается вплоть до статики. Эта тенденция используется в случаях:

— нехватки или экономии ресурсов;

— получения качественно новых результатов;

— точечных воздействий;

— точечных измерений или обнаружений.

Рис. 5.76. Противоположная тенденция использования пространства

5.10. Использование системы тренд — анти-тренд

Каждая из закономерностей эволюции систем имеет тренд и анти-тренд. Они могу использоваться как самостоятельно, так и в определенной связи и их сочетания.

Нами выявлена закономерность, что при развитии некоторых систем одновременно используются тренд и анти-тренд.

Например, система в целом может развиваться по анти-тренду, а принцип его действия, технология или отдельная часть развивается по тренду.

Данная система тренд — анти-тренд может использоваться как для развития мышления, так и при прогнозировании развития новых систем. При этом важно учитывать не только основную закономерность, но и его противоположность — анти-закономерность.

5.11. Общая схема законов и закономерностей развития

Для поучения общей картины представим детальные схемы развития систем и полную схему развития систем.

5.11.1. Полная схема законов и закономерностей развития

систем

Полная схема развития систем включает все законы, закономерности, подзакономерности, тенденции и механизмы исполнения (рис. 5.77). Она наглядно показывает всю картину законов и закономерностей развития систем и их взаимосвязи.

Рис. 5.77. Полная схема законов и закономерностей развития систем

5.11.2. Полная схема закономерностей развития систем

Полная схема развития систем включает все группы законов и закономерностей: всеобщие, общие и специальные. В каждой из групп представлены все законы (рис. 5.78). Таким образом на схеме представлены все законы и закономерности одновременно и их связи.

Рис. 5.78. Полная схема законов и закономерностей развития систем

Примечания

46

В этом виде формула предложена автором: Vladimir Petrov, Avraam Seredinski. Progress and Ideality. — TRIZ Futures 2005. 5^th ETRIA Conference. November 16 to 18, 2005. Graz, Austria. P. 195—204 conference. — The TRIZ Journal. Петров В. М. Формулы идеальности. — Научно-практическая конференция «ТРИЗ-ФЕСТ 2009»: сборник трудов конференции. СПб, 2009. — 302 с. — C. 149—152 URL: www.patentovedam.narod.ru/download7/ideality.doc.

47

Петров В. М. Формулы идеальности. — Научно-практическая конференция «ТРИЗ-ФЕСТ 2009»: сборник трудов конференции. СПб, 2009. — 302 с. (С. 149—152).

48

Под умными веществами мы понимаем не только «умные материалы», но и простейшие устройства типа тепловых труб, электретов, светодиодов и светодетекторов, лазерный диод и т. п.

49

Петров В. М. Закон увеличения информационной насыщенности. — Л. 1982 (рукопись).

Петров В. Закон увеличения управляемости системы. — Тель-Авив, 2002. http://www.trizland.ru/trizba/pdf-books/zrts-18-upravl.pdf.

50

Эта закономерность была разработана В. Петровым в 1976 году.

51

Петров В. М. Система формирования фонда физических эффектов. — Всесоюзная конференция «Автоматизация поискового конструирования» АПК-83, Иваново. 1983. Ч 2. — С. 136. Петров В. Гипервеполи и тенденции их изменения. — Л. 1990. — 9 с. http://www.trizland.ru/trizba.php?id=110. Петров Владимир. Гравиполи: ТРИЗ / Владимир Петров. [б. м.]: Издательские решения, 2018. — 48 с. — ISBN 978-5-4493-3084-0

52

Петров В. М. Формулы идеальности. — Научно-практическая конференция «ТРИЗ-ФЕСТ 2009»: сборник трудов конференции. СПб, 2009. — 302 с. (С. 149—152).

53

Основные направления и идеи этой работы были изложены В. Петровым в письме к

Г. С. Альтшуллеру в 1973 г. Эта работа была изложена в рукописях: Петров В. М. Цепочка дробления в технических системах. — Л., 1973, 2 с. (рукопись). Петров В. М. Тенденция дробления объектов. — Л., 1973, 8 с. (рукопись). В дальнейшем работа была доложена В. Петровым на семинаре преподавателей и разработчиков ТРИЗ (Петрозаводск-82) и издана в работах: Петров В. М. Идеализация технических систем. — Областная научно-практическая конференция «Проблемы развития научно-технического творчества ИТР». Тезисы докладов. Горький, 1983, С. 60—62. Петров В. М. Закономерности развития технических систем. — Методология и методы технического творчества. — Тезисы докладов и сообщений к научно-практической конференции 30 июня — 2 июля 1984 г. — Новосибирск, 1984, С. 52—54.

54

Гели — Большая Советская Энциклопедия. Т. 6. — М.: Советская энциклопедия, 1971, С. 192.

55

Аэрозоли — Большая Советская Энциклопедия. Т. 2. — М.: Советская энциклопедия, 1970, С. 485—486; Википедия.

56

Указатель физических эффектов и явлений для изобретателей и рационализаторов. — Обнинск, 1977.

57

Альтшуллер Г. С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. — Новосибирск: Наука, 1986, С. 90—96.

58

Петров В. Изменение масштабности технических систем. — Тель-Авив, 2002. URL: http://www.trizland.ru/trizba/pdf-books/zrts-15-masshtab.pdf.

59

Под системой мы здесь понимаем и процесс, а под ее элементами и операции процесса.

60

Петров В. М. Точка — линия — объем. — Л., 1973. (рукопись).

61

Петров В. Система законов развития техники — Тель-Авив, 2002. http://www.trizland.ru/trizba/pdf-books/zrts-02-system.pdf. Петров В. Обобщенные модели решения изобретательских задач. — Тель-Авив, 2007.

62

Лента Киселава — это соединенных по одной линии n лент, замкнутая поверхность образуется так же как в ленте Мёбиуса, но со сдвигом на одну.