ТРИЗ для «чайников» – 3. Законы развития технических систем, том 2

МКС: Если инструмент оказывает на изделие полезное и вредное действие, то совместная обработка группы изделий может придать процессу новые полезные свойства, в частности защиту от вредного действия, связанного с обработкой единичного изделия (хрупкого, гибкого, требующего высокой точности и т.д.).

Замечание: Сверхэффект – рост производительности.

У некоторых процессов есть ограничения по физическим пределам. Например, невозможно прокатывать полосу тоньше определенной толщины, поскольку валок будет сминаться, но не деформировать полосу. Или через волоку невозможно вытянуть проволоку более тонкую, чем некоторый диаметр, поскольку трение о волоку будет настолько большим, что натяжение будет рвать проволоку. В этом случае, создание полисистемы изделий расширяет возможности технологии.

Пример

Для сверхпроводящих обмоток используется кабель с жилами из интерметаллического соединения олова с ниобием (станид ниобия). Однако изготовить такой кабель, включающий 15 тысяч жил толщиной порядка 1 микрона внутри медного провода-матрицы толщиной около 0.5 мм чрезвычайно сложно.

Стержень диаметром 50 мм и длиной порядка полуметра из чистого (весьма пластичного) ниобия запрессовывают в трубу из оловянистой бронзы с толщиной стенок порядка 10 мм. Поместив полученный сэндвич в пресс, продавливают его через шестигранное отверстие размером около 10 мм. Получается около 10 метров шестигранного прутка с концентрическими слоями ниобия и бронзы. Пруток нарезают на полуметровые части и плотно набивают в медную трубу, которую также продавливают через отверстие в прессе. Теперь получился пруток, в котором в медной матрице имеется уже 25 ниобиевых жил, каждая толщиной порядка 1 мм. Далее операция повторяется. На втором этапе получается 625 жил толщиной 0,14 мм, на третьем – 15 тыс. жил толщиной по 0,02 мм. После этого пруток передают на обычный проволочно-волочильный стан, на котором, пропуская через серию фильер, доводят его толщину до 0,5 мм, при этом каждая жила утоняется до 0,001 мм.

После получения проволоки ее помещают в печь и выдерживают несколько часов при высокой температуре. При этом олово, входящее в состав бронзы, диффундирует в ниобий, образуя сверхпроводящий станид ниобия.

Пример

При прокатке стального листа существует предельно минимальная толщина, которую можно получить при прокатке. При дальнейшей прокатке валки просто сминаются, не деформируя лист. Решение состоит в том, чтобы прокатывать сразу два или более листов, что позволяет снизить предельную толщину*.

Г. ПЕРЕХОД К ЗОНТИЧНОЙ

СТРУКТУРЕ

Часто переход к полисистеме из большого количества элементов существенно усложняет ее изготовление и управление ею. В этом случае положение спасает переход к «зонтичной структуре», на подобии того как растет укроп (Рис. 38).

Переход к зонтичной структуре позволяет:

повысить мощность системы, без переусложнения управления.

МКС: Если количество однородных систем, объединяемых в полисистему слишком большое, что вызывает нежелательное усложнение управления и обслуживания полисистемой, то пере-

_______________________________

* Такой способ использовался еще на демидовских заводах; заготовку прокатывали, затем лист складывали вдвое, затем в четверо, затем в восемь раз и прокатывали. Затем края обрезали, а готовые листы раздирали клещами. Этот процесс я видел лично на Верх-Исетском металлургическом заводе (Екатеринбург) в 1970-1980-х годах. – Автор.

Рис.38. Укроп

ход к зонтичной структуре позволяет снизить этот нежелательный эффект.

Замечание: Если анализируется возможное развитие системы, проверьте новые возможности, возникающие при создании полисистемы из серийных элементов (подсистем) соединенных по принципу «зонтичной структуры».

Зонтичная структура разрешает противоречие, за счет управления более мелкими группами через одинаковые (идентичные) системы управления и частичного свертывания в каждой группе. На каждом уровне переход к группе позволяет в несколько раз снизить количество управляемых (или обслуживаемых) объектов, что позволяет разрешить основное противоречие, мешающее системе. Одновременно повышается серийность производства.

Пример

В ракете-носителе «Восток» ракетные двигатели располагаются в пяти пакетах по 4 двигателя в каждом пакете.

Рис.39. Ракета-носитель «Восток»

Пример-анекдот

Поймал как-то старик платиновую рыбку. Она могла выполнить только одно, но супержелание. Подумал старик и… заказал 100 золотых рыбок, а после этого оторвался по полной программе!

1.1.5. Переход к полисистемам из конкурирующих систем

Конкурирующие системы – это системы, выполняющие одну функцию, но реализующие разные принципы действия. Например, парусное судно и дизельное судно. Что же позволяет объединение конкурирующих система? Такая би-система, как правило, сочетает преимущества обеих типов систем. Парусник экономичен, экологичен, но не дает большой скорости и зависит от наличия ветра. Дизельное судно требует большого расхода топлива, зато быстрее и не зависит от погоды.

Предлагается объединение конкурирующих систем, позволяет сложить их достоинства, и компенсировать недостатки или уменьшались их.

Рис.40. Линия объединения конкурирующих систем

Традиционно объединение конкурирующих систем производит при переходе от систем старого принципа действия к новому, когда старая система достаточно надежная, а новая, только созданная, еще недостаточно эффективна и надежна, чтобы полностью заменить ее.

А. ПОДКЛЮЧЕНИЕ КОНКУРЕНТА

НА ПЕРЕХОДНЫЙ ПЕРИОД ОТ

СТАРОЙ S-КРИВОЙ К НОВОЙ

МКС: Если есть две конкурирующие системы, одна из которых достигла своего предела, а вторая еще недостаточно развита, то можно попытаться объединить эти две системы в работе на переходный период.

Замечание: Если анализируется возможное развитие системы, проверьте новые возможности, возникающие при создании полисистемы из конкурирующих систем.

Пример

В начале 1940-х годов в США был разработан торпедоносец Grummer TBF с ракетным ускорителем для взлета при большой нагрузке.

Рис. 41. Торпедоносец Grummer TBF с ракетным ускорителем для взлета.

Реактивные ускорители на самолетах ЛА-7 в середине 40-х годов включались только во время, прибавляя до 100 км/час скорости на короткое время.

Использование конкурентов целесообразно при переходе от использования старой системы к новой, еще не вполне отработанной системе, то есть во время переходного процесса от старой S-кривой к новой.

Отметим, что гибридные системы из конкурентов (для сменяющих друг друга конкурентов), это, как правило, временный компромисс. Со временем новая система становится настолько эффективной, что полностью вытесняет своего бывшего конкурента. Так было с парусно-паровыми судами, которые со временем вытеснили пароходы. На первом этапе, пока паровые машины были малоэффективны, но они успешно помогали парусникам «дотянуть» до ветра. Так было с реактивными ускорителями на винтовых самолетах, которые были вытеснены реактивной авиацией.

Иногда, объединения конкурирующих систем позволяет:

Б. ОПТИМИЗИРОВАТЬ РАБОТУ

БИ-СИСТЕМЫ ИЗ КОНКУРЕНТОВ

С ИХ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТОЙ

МКС: Если есть две конкурирующие системы, выполняющие одну и ту же функцию, каждая из которых имеет свои преимущества в определенных условиях, то может оказаться эффективным объединение этих систем с одновременным действием этих систем на обрабатываемый объект. При этом каждая система вносит больший или меньшей вклад, в зависимости от внешних условий.

Замечание: Если анализируется возможное развитие системы, проверьте новые возможности, возникающие при создании полисистемы из конкурирующих систем работающих параллельно.

Пример

В обстановке острого энергетического кризиса вновь вспомнили о парусных судах. Правда, сегодня они значительно отличаются от своих предшественников и по форме и по оснастке. В Японии успешно завершились испытания танкера «Шин айтоку мару», оснащенного не только обычным дизельным двигателем, но и двумя парусами. В течение года он курсировал между японскими портами. Парусами корабля управляла ЭВМ, что позволило максимально использовать силу ветра. Это экономило до 55 процентов топлива [1].