На главнуюНаписать намenglish version
Преобразование структурно подобных элементов технических систем
Елена Новицкая

14 сентября 2004
Можно проводить анализ выбранной структуры и поиск вариантов ее преобразования, используя аналогию с преобразованиями другой структуры, более проработанной в ходе ее развития.

Подбор аналогов. Одна из основополагающих идей ТРИЗ заключается в том, что все технические системы развиваются согласно объективных познаваемых законов. На основе этих законов базируются главные решательные инструменты ТРИЗ, в первую очередь, Приемы Разрешения Технических Противоречий, Стандарты на Решения Изобретательских Задач и, несомненно, АРИЗ. Высокая эффективность инструментов ТРИЗ обеспечивается их значительной степенью обобщенности, универсальности, которая достигнута в результате аналитической обработки большого массива технической и патентной информации и вычленению из нее ряда общих принципов. Один и тот же принцип можно использовать при решении целого ряда разнотипных задач.
На другом конце шкалы степени обобщенности находится такой инструмент ТРИЗ, как Линии Развития. Они предельно конкретны, поскольку, в общем случае, описывают развитие определенного элемента определенной технической системы (следует оговориться, что некоторые линии описывают развитие технической системы в целом).
Самый простой и быстрый способ решения задач по аналогии: достаточно только найти соответствующий аналог для своей ситуации. У опытных решателей со временем накапливается собственная база данных решенных задач, используя которую, они легко подбирают аналоги. Однако у начинающих решателей такой базы еще нет. Зато у них есть возможность использовать аналоги, заложенные в инструментах самой ТРИЗ.
Но возникает проблема. Инструменты, которые основаны на обобщении, дают универсальные решения. Соответственно, применение одного и того же инструмента может дать совершенно различные с технической точки зрения решения. В результате среди полученных решений непросто отыскать аналоги: они не всегда очевидны. Конкретное техническое решение зависит от структуры преобразуемых элементов системы, от параметров, которые должны быть улучшены при решении задачи, а также от доступных к применению ресурсов.
Противоположная ситуация возникает при построении линий развития технических систем. Здесь происходит очень частое совпадение преобразований различных объектов и их элементов, следовательно, аналоги очевидны. Такое совпадение происходит потому, что при преобразовании одного элемента можно использовать сравнительно небольшое количество ресурсов (в том случае, когда для повышения идеальности преобразования, существуют ограничения на введение дополнительных ресурсов: систем, объектов, веществ и полей). Но применение линий развития технических систем при решении изобретательских задач затрудняется тем, что каждая линия описывает развитие одного определенного элемента. При анализе технической системы приходится прибегать к ее поэлементному преобразованию, в результате чего получаются весьма громоздкие аналитические построения.

Структурное подобие. Значительно удобнее работать не с отдельными объектами, а с их совокупностями, представляющими собой определенные структуры. Наиболее удобно рассматривать структуры, состоящие из двух элементов: инструмента и обрабатываемого объекта, реализующих некоторую функцию.

При достаточной степени обобщения можно заметить, что некоторые структуры совершенно разных технических систем могут быть подобны между собой. Это особенно очевидно в том случае, когда они выполняют сходные функции. Следует отметить, что главные полезные функции технических систем, в которые включены сравниваемые структуры, могут быть различны. Мы же говорим об элементарных функциях, выполняемых частями технической системы.

При таком подходе мы можем проводить анализ выбранной структуры и поиск вариантов ее преобразования, используя аналогию с преобразованиями другой структуры, более проработанной в ходе ее развития.
В техническом мире степень проработанности разных технических систем различна. К примеру, лучшие специалисты, научный потенциал и огромные финансовые ресурсы задействованы в автомобильной промышленности или в создании космических технологий. Соответствующие технические системы и их элементы максимально проработаны. Изучая историю развития таких систем, можно строить очень подробные линии развития их элементов, а из них деревья преобразований. На них практически не будет пропущенных шагов.
Наряду с проработанными техническими системами существуют технические системы, в проектировании которых участвовало меньше людей, было задействовано меньше научных и финансовых ресурсов. Поэтому нередко линии развития элементов таких систем имеют лакуны, ничем не заполненные белые пятна. Такая неукомплектованная линия не всегда дает возможность ее продолжить, построить тренд и дать уверенный прогноз.

Упрощенно говоря, чтобы изобрести новую кастрюлю, полезно поискать аналогии, возникающие при анализе, например, сопла ракеты.
Например, для поиска вариантов крепления съемной мыльницы к стене можно использовать аналогию с грузозахватным приспособлением, представляющим собой удерживающий элемент с прикрепленным к нему грузом.

Приблизительная линия развития такого приспособления: 

  1. Крюк
  2. Клещевидный захват
  3. Грейфер с упругими пальцами
  4. Вакуумный захват
  5. Электромагнитный захват

Соответственно варианты крепления мыльницы могут выглядеть так: 

  1. Крепление мыльницы посредством гвоздей или шурупов
  2. Крепление задней стенки мыльницы в зажиме
  3. Крепление мыльницы в пружинном зажиме
  4. Крепление мыльницы посредством присосок
  5. Магнитное крепление мыльницы

Таким образом, по аналогии с грузоподъемным приспособлением мы можем получить ряд концепций для совершенно другой технической системы с отличающейся главной функцией.

Сравнение преобразований подобных структур. Чтобы подтвердить либо опровергнуть вышеописанную концепцию, наша группа в составе Николая Шпаковского, Петра Чуксина, Хьо Джюн Кима, Елены Новицкой проанализировала ряд структурных схем, представляющих собой взаимодействующие «Инструмент» и «Обрабатываемый объект»: «Колесо и дорога», «Линейка и измеряемая деталь», «Вал и подшипник», «Шарнирное соединение», «Оболочка и заполнитель».

Остановимся подробнее на структуре, включающую «Оболочку» и «Заполнитель». Было исследовано более 40 объектов, соответствующих данной схеме. Среди них: шина автомобиля, колба термоса, купол парашюта, лодка, автомобиль (и лодку, и автомобиль можно рассматривать как оболочку-корпус с заполнителем-пассажирами), воздушный шар, электролампочка, дом, подводная лодка, топливный бак, ботинок.

Среди этой подборки наиболее полное дерево преобразований можно построить для автомобильной шины. Ее мы и выбрали как базовый аналог для сравнения преобразований других исследуемых объектов.
Проверим соответствие преобразований, случайным образом выбранных из нескольких трендов:  

  1. Простая бескамерная шина.
  2. Шина с диском внутри.
  3. Шина с гофрированными стенками.
  4. Шина с подкачкой воздуха.
  5. Шина с быстротвердеющим клеем внутри.
  6. Многокамерная шина.
  7. Пористая шина.

Сформулируем концепции, соответствующие данным преобразованиям: 

  1. «Простая бескамерная шина» > Исходное состояние объекта.
  2. «Шина с диском внутри» > Ввести в оболочку жесткий элемент.
  3. «Шина с гофрированными стенками» > Выполнить оболочку гофрированной.
  4. «Шина с подкачкой воздуха» > Ввести в конструкцию объекта поток воздуха, другого газа или жидкости.
  5. «Шина с быстротвердеющим клеем внутри» > Ввести в конструкцию объекта дополнительную оболочку.
  6. «Многокамерная шина» > Выполнить оболочку в виде нескольких объединенных оболочек.
  7. «Пористая шина» > Ввести в оболочку пористый заполнитель.

Результаты преобразований:

1. Исходное состояние объекта.
Колба термоса.
Купол парашюта.
Лодка.
Автомобиль.

 

2. Введение жесткого элемента.
Колба термоса. Колба с дополнительным ребром жесткости для повышения прочности.
Купол парашюта. Купол с введенным внутрь пружинным элементом для ускорения раскрытия.
Лодка. Несущий каркас внутри лодки (байдарка).
Автомобиль. Усилительный каркас корпуса гоночного внедорожного автомобиля.

 

3. Оболочка с гофрами.
Колба термоса. Колба с гофрированными стенками для повышения прочности.
Купол парашюта. Купол с гофрированной в радиальном направлении поверхностью.
Лодка. Угловатый корпус лодки для повышения жесткости и мореходных качеств.
Автомобиль. Ребра жесткости на элементах конструкции корпуса.

 

4. Поток воздуха, другого газа или жидкости.
Колба термоса. Колба с влажной поверхностью, обдуваемая воздушным потоком (испарительное охлаждение).
Купол парашюта. Спортивный щелевой управляемый парашют.
Лодка. Водометный движитель.
Автомобиль. Аэросани.

 

5. Дополнительная оболочка.
Колба термоса. Колба с дополнительной теплоизоляцией.
Купол парашюта. Планирующий парашют крыло.
Лодка. Надувная лодка.
Автомобиль. Защитные щитки, декоративные накладки.

 

6. Несколько оболочек.
Колба термоса. Комбинированный термос для разных блюд.
Купол парашюта. Многокупольная система.
Лодка. Катамаран, тримаран, многокорпусное судно.
Автомобиль. Модульный автомобиль, автопоезд.

 

7. Пористый заполнитель.
Колба термоса. Теплоудерживающий пенопластовый контейнер.
Купол парашюта. Быстрооткрываемый купол с трубочками для сжатого воздуха внутри.
Лодка. Понтонный блок (металлическая оболочка, заполненная пенопластом).
Автомобиль. Несколько подушек безопасности, заполнение салона упругими мячиками при столкновении.

 

Итог:

 

Заключение. Исследовательская работа может быть продолжена в направлении выделения наиболее характерных структур и построения деревьев преобразований наиболее проработанных из них. Результатом такой работы может стать компьютерная система для экспресс-анализа Технических Систем в соответствии с применяемыми в них структурными схемами.
 

Литература:
G.Altshuller: 1999. The innovation algorithm. Worchester, Massachusetts: Technical Innovation Center. ISBN 0964074044.
B. Zlotin, A. Zusman G. Altshuller, V. Philatov. Tools of Classical TRIZ
N. Shpakovsky, P. Chuksin, E. Novitskaya. Forecasting Maps of Engineering System Evolution. www.gnrtr.com/tools/en/a03.html
N. Shpakovsky, P. Chuksin, E. Novitskaya. Tool for generating and selecting concepts on the basis of trends of engineering systems evolution. TRIZ-Future 2002. 

Вторая формула ТРИЗ / Семинар по обмену опытом (ТРИЗ коллоквиум №2) / Семинар по обмену опытом (ТРИЗ коллоквиум №1) / Эволюция технологий обработки почвы / Нари, нари, генари... / ТРИЗ и Six Sigma – друзья или соперники?  / Использование метода ФСА+ТРИЗ для совершенствования очесывающего зерноуборочного устройства / Беда в Мексиканском заливе (продолжение) / Беда в Мексиканском заливе / Этажи ТРИЗ / Алгоритм работы с изобретательскими проектами / История Галльской жатки  / Эмоциональная Toyota  / Безразмерные кроссовки / Переход на микроуровень одна из основных тенденций развития дисплея  / Преобразование структурно подобных элементов технических систем  / «Медный Всадник»  / ТРИЗ-приемы для арт-композиции / Человек и Техническая Система (часть II)
Идеи и решения / Инструменты и методы / Решённые задачи / Старые и новые байки / Эволюция
Алгоритмы решения задач / Деревья эволюции / Идеальный конечный результат / Приемы Альтшуллера / Противоречие / Ресурсы / Физические эффекты / ...
Автомобили / Безопасность / Дисплеи / Материалы с особыми свойствами / Медицина / Приятные мелочи / Юзабилити / ...
Обзорный семинар по ТРИЗ / Семинар «Прогнозирование как метод управления бизнесом» / Семинар «Технология обхода патентов»

Copyright © 2002-2017 «Генератор»
Авторы сайта Н.Шпаковский, Е.Новицкая