Главная    Инструменты    ЗРТС Часть 5

Законы развития технических систем

А. Любомирский, С. Литвин

GEN3 Partners

Февраль 2003

ЗРТС часть 1
ЗРТС часть 2
ЗРТС часть 3
ЗРТС часть 4

5. ЭВОЛЮЦИОННЫЙ АНАЛИЗ

5.1 ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАКОНОВ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

5.1.1 Закон повышения идеальности

5.1.1.1.1.1 Формулировка закона

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития ТС повышается ее идеальность за счет роста отношения функциональных возможностей системы к совокупности затрат на ее создание и эксплуатацию: V=ΣF/ΣC.

5.1.1.1.1.2 Характеристика закона

Внешняя, видимая сторона эволюции ТС описывается Законом развития по S-кривой, а Закон повышения идеальности является основной движущей силой эволюции ТС, "продвигающей" системы вверх по S-кривой и с одной кривой на другую. Поэтому Закон повышения идеальности является механизмом Закона развития по S-кривой. При этом все остальные законы являются механизмами Закона повышения идеальности.

Сразу следует обсудить вопрос, какая система "лучше" - более идеальная или менее идеальная? Ответ очевиден только в том случае, если указаны конкретные условия, в которых сравниваются системы. Например, что лучше - ручная дрель (Рисунок 152) или мощный сверлильный станок (Рисунок 153)?

Рисунок 152 Ручная дрель

Рисунок 153 Сверлильный станок

Рассуждая абстрактно, можно сказать, что станок лучше, т.к. несмотря на увеличившиеся затраты (стоимость, габариты, вес) его функциональные возможности (точность, производительность и т.п.) значительно выше, чем у дрели, и поэтому он "идеальнее". Однако в домашних условиях все почему-то применяют именно дрель. Дело в том, что в данных конкретных условиях далеко не все возможности станка оказываются востребованы, поэтому числитель в формуле V= F/ C оказывается значительно меньшим (ведь туда попадают не все функциональные возможности станка, а только реально необходимые), а знаменатель остается столь же высоким; в итоге именно дрель оказывается более идеальной, что и проявляется в распределении спроса - станки используются на заводах, а дрели - дома.

5.1.1.1.1.3 Особенности закона

Главная особенность состоит в том, что при совершенствовании системы обычно идеальность повышается в оперативной зоне; при этом за пределами ОЗ идеальность может даже уменьшится. Но, поскольку эффективность ТС в основном зависит от процессов, протекающих в ОЗ, суммарная идеальность также увеличивается.

Возьмем, например, лазерную сварку (Рисунок 154).

Рисунок 154 Лазерная сварка

В оперативной зоне эффект потрясающий - глубокий провар, отсутствие загрязнений, узкая зона термического влияния и т.д. Однако за пределами ОЗ вместо недорогого сварочного трансформатора, необходимого для обеспечения обычной дуговой сварки (Рисунок 155), мы обнаруживаем сложную и дорогую лазерную систему (Рисунок 156):

Рисунок 155 Сварочный трансформатор

Рисунок 156 Система лазерной сварки

Правда, здесь нас подстерегает одна типовая ошибка. Иногда, увеличивая идеальность в ОЗ, забывают о снижении идеальности за ее пределами. При неверном балансе суммарная идеальность может снизиться настолько, что напрочь обесценит идею.

Примером может служить одна из идей, полученная в процессе выполнения проекта "Valve". Объектом анализа являлся клапан в бытовом холодильнике, переключающий поток хладагента (изобутана) между морозильной и холодильной камерами (Рисунок 157):

Рисунок 157 Клапан для холодильника

Целью проекта являлось снижение стоимости клапана.

Так вот, с помощью свертывания и ЗРТС было получено, на первый взгляд, весьма привлекательное "полевое" решение: поскольку изобутан является диэлектриком, его можно удерживать электрическим полем (Рисунок 158):

Рисунок 158 Электростатический клапан

Достоинствами идеи являлись отсутствие подвижных частей, сниженные требования к точности, простота изготовления и, как следствие, низкая стоимость. Однако расчет показал, что при заданных давлении изобутана, диаметре трубок и других значимых параметрах, удерживающее напряжение на электродах должно составлять 4.5*1016 V, что, разумеется, сразу убило идею на корню. Ничего страшного не произошло - на то и существует этап обоснования концепций, чтобы отсеивать идеи, не соответствующие условиям проекта; но пример остался как хорошая иллюстрация к рекомендации следить за балансом идеальности в оперативной зоне и за ее пределами.

5.1.1.1.1.4 Механизмы закона

5.1.1.1.2 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития ТС повышается ее идеальность за счет повышения функциональных возможностей без изменения (или при относительно небольшом увеличении) затрат:
ΣF↑; ΣC≈ const⇒V↑ или ΣF↑ ↑; ΣC↑ ⇒V↑

Этот путь совершенствования обычно характерен для систем, находящихся на 1-м и 2-м этапах S-образной кривой развития. Действительно, ресурсов развития по главной функции на этих этапах еще много, поэтому есть возможность увеличивать функциональные показатели. К тому же пределы развития еще далеки, поэтому рост этих показателей обычно не связан с резким ростом факторов расплаты. Ну, вырастут немного затраты, все равно найдется сектор рынка для новой системы - пусть более дорогой, но зато значительно более эффективной.

Вспомним, например, как развивались офисные копировальные машины - от первых примитивных моделей (Рисунок 159), неторопливо обрабатывающих один лист за раз, до современных скоростных монстров с цветной двусторонней печатью, масштабированием, автозагрузкой, автосшиванием, автосортировкой копий и прочими наворотами (Рисунок 160). Конечно, стоимость, размеры и прочие факторы расплаты выросли - но зато насколько увеличилась функциональность!

Рисунок 159 Старая копировальная машина Cannon

Рисунок 160 Современная копировальная машина Cannon

5.1.1.1.3 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития ТС повышается ее идеальность за счет повышения функциональных возможностей при снижении затрат:
ΣF↑; ΣC↓ ⇒V

Это самый эффективный путь совершенствования системы. Он обычно характерен для перехода системы на новую S-образную кривую развития.

Наиболее яркий пример - переход от ламповой электроники (Рисунок 161) к полупроводниковой (Рисунок 162). Какой колоссальный рост функциональности при одновременном резком снижении габаритов, энергопотребления и т.п.!

Рисунок 161 Вычислительная ламповая машина

Рисунок 162 Полупроводниковый компьютер

5.1.1.1.4 Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития ТС повышается ее идеальность за счет снижения затрат без изменения (или при относительно небольшом снижении) функциональных возможностей:
ΣF≈const; ΣC↓ ⇒V↑ или ΣF↓ ΣC↓↓⇒V↑

Этот путь обычно характерен для систем, находящихся на 3-м этапе S-образной кривой развития. Это вполне логично - на 3-м этапе резервы улучшения по главной функции, как правило, близки к истощению, а совершенствовать систему все равно надо. Соответственно, один из стандартных путей - снижать затраты, пусть даже ценой некоторого снижения функциональности.

Вот, к примеру, столовая посуда. Как, спрашивается, улучшить функциональные показатели обыкновенной тарелки (Рисунок 163)? Если не считать такой палочки-выручалочки, как дизайн, то трудновато. А вот затраты снижать можно: раз, и изобретаем одноразовую посуду (Рисунок 164). Это, конечно, не китайский фарфор, но выглядит вполне прилично, легкая, удобная, очень дешевая, а главное, после вечеринки или пикника собираешь ее в кучу, и в мусор, даже мыть не надо.

Рисунок 163 Обычная тарелка

Рисунок 164 Бумажная тарелка

Есть еще один вариант, при котором функциональность и затраты уменьшаются радикально. Это происходит при переходе системы в разряд декоративных изделий, сувениров и игрушек, что, как уже говорилось, обычно случается на 4-м этапе развития.

Например, камин. Когда-то он был основным отопительным устройством (Рисунок 165), а сейчас превратился в элемент декора. В этом электрическом камине (Рисунок 166) пламя почти как настоящее, и даже тепло какое-никакое есть. Но главное - не нужно ни трубы с вьюшками-заслонками-трубочистами, ни дров, ни ведра для золы, ничего - перетащил его в любой угол да включил в розетку, вот и вся хитрость. Функциональности, конечно, кот наплакал (а она и не нужна почти), зато и затраты мизерные.

Рисунок 165 Камин

Рисунок 166 Электрический камин

5.1.1.1.4.1 Особенности применения при выполнении прогнозных проектов

При оценке затрат необходимо учитывать затраты в надсистеме, а также потенциальное изменение структуры затрат в будущем с учетом глубины прогноза. При оценке проблем необходимо учитывать изменение их значимости в будущем с учетом глубины прогноза.

Допустим, надо выполнить прогноз методов получения стали. При этом необходимо посмотреть, как в будущем изменится структура затрат - сколько будут стоить уголь (с учетом потенциальных истощения месторождений и удорожания восстановительных работ при открытом способе добычи), электроэнергия (истощатся источники ископаемого топлива - будет дорогая, наладят термоядерные электростанции - будет дешевая), вода и т.п. С проблемами та же история - следует выяснить, не станет ли основной проблемой, например, выброс тепла при выплавке (из-за глобального потепления, скажем). Без учета всего этого самый глубокомысленный прогноз немногого стоит.

5.1.1.1.4.2 Особенности применения при выполнении обычных проектов

Выбор конкретного механизма закона с учетом положения ТС на S-кривой позволяет еще в самом начале анализа уточнить стратегию совершенствования. Действительно, на 1-м и 2-м этапах можно заниматься улучшением функционирования (конечно, если это соответствует целям проекта), на 3-м - лучше подумать о снижении затрат; если нет запрета на смену принципа действия - отлично, замахиваемся на значительное повышение F с одновременным снижением C, а на 4-м сразу планируем отступать в локальные ниши, где доступное нашей системе F/ C всех устраивает, либо переориентируемся на игрушки и сувениры.

Следует отметить, что есть аналитический инструмент, прямо основанный на Законе повышения идеальности. Это диагностический анализ. Он позволяет выбрать направления свертывания путем выявления элементов-носителей ключевых недостатков (т.е. наиболее проблемных с точки зрения целей проекта) и оценки их функциональной значимости.

Кроме того, оценка отношения F/ C является одним из основных критериев сравнения концепций - тут, собственно, и объяснять нечего.

5.1.1.1.4.3 Особенности применения при выполнении Feasibility Study

Оценка отношения F/ C является одним из основных критериев сравнения систем при Benchmarking'е. Это справедливо для всех типов проектов, но для данного Benchmarking является, по сути, основным инструментом. Разумеется, следует учесть, что, поскольку Feasibility Study проводят исключительно для очень молодых систем, при сравнении следует анализировать потенциал роста функциональных возможностей в будущем, а также потенциальное изменение структуры затрат.

5.1.2 Закон повышения свернутости

5.1.2.1.1.1 Формулировка закона

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития ТС сокращается число ее элементов без ухудшения (или при улучшении) функционирования.

5.1.2.1.1.2 Характеристика закона

Данный закон является одним из основных механизмов Закона повышения идеальности. Действительно, достаточно очевидный способ снизить затраты - это удалить из системы часть ее элементов. Если же при этом удастся сохранить ее функциональные способности на прежнем уровне (а тем более повысить), идеальность непременно должна вырасти.

Сохранение функциональных способностей системы обеспечивается перераспределением полезных функций свернутых элементов между оставшимися элементами, а также передачей их элементам надсистемы. При этом часть функций, обычно направленных на свернутые элементы, вообще может исчезнуть за ненадобностью, что также снижает затраты, связанные с выполнением этих функций.

Возьмем, например, обычный патрон для стрелкового оружия (Рисунок 167):

Рисунок 167 Обычные патроны

Его составной частью служит гильза. Ее функции на этапе хранения - удерживать пулю, порох и капсюль; а в момент выстрела - удерживать пороховые газы (иначе горячие химически активные газы, да еще под высоким давлением, будут быстро разъедать затвор). Однако и затраты на выполнение этих функций весьма велики:

  • Стальная или латунная гильзы довольно тяжелы, что увеличивает нагрузку на солдата и ограничивает запас патронов, который он может взять с собой в атаку;

  • На удаление гильзы после выстрела затрачивается определенное время, что снижает скорострельность автоматического оружия;

  • Наличие гильзы удорожает патрон.

    Поэтому в настоящее время оружейники активно экспериментируют с безгильзовым патроном (Рисунок 168):

    Рисунок 168 Безгильзовые патроны

    В таком патроне гильза свернута (а вместе с нею устранены недостатки - повышенные вес, затраты времени на удаление и стоимость), а ее полезные функции перенесены на один из оставшихся элементов системы - пороховой заряд - теперь он удерживает пулю, капсюль (также бескорпусный) и сам себя, и элемент надсистемы - затвор, который благодаря использованию современных сплавов может теперь удерживать пороховые газы, не подвергаясь коррозии.

    Следует отметить, что данный закон почти полностью покрывается своим аналитическим инструментом - методикой свертывания (Trimming), поэтому сам по себе применяется относительно редко.

    5.1.2.1.1.3 Механизмы закона

    • Закономерность развития ТС, содержащих источник энергии, трансмиссию, рабочий орган и систему управления, заключающаяся в том, что в процессе развития эти элементы обычно свертываются в следующем порядке:
      • Трансмиссия
      • Источник энергии
      • Система управления
      • Рабочий орган.
    Свертываемые элементы передают свои функции друг другу и элементам надсистемы, в т.ч. объекту главной функции.

    Первой обычно свертывается трансмиссия как выполняющая наименее значимые для системы функции. В итоге источник энергии вплотную приближается к рабочему органу, непосредственно снабжая его энергией нужного вида. Например, когда-то на заводах станки приводились в движение ременными передачами от общего вала, вращаемого одним мощным двигателем (Рисунок 169):

    Рисунок 169 Машина с ременным приводом

    Теперь каждый станок имеет независимый привод (Рисунок 170):

    Рисунок 170 Современный завод

    Более того, если раньше станок имел один двигатель, от которого через механические передачи приводились в движение все части станка, то теперь ставят отдельный двигатель для каждого вида движения - благодаря свертыванию механических трансмиссий станок стал компактней и проще в управлении.

    Вслед за трансмиссией исчезает источник энергии. Внимание: он исчезает как отдельный элемент системы, но его главная функция остается в целости и сохранности - ее передают рабочему органу, и он начинает сам снабжать себя энергией нужного вида.

    Например, возьмем систему для пайки. Источник тепловой энергии (паяльник) нагревает припой (рабочий орган), тот расплавляется и соединяет детали (Рисунок 171):

    Рисунок 171 Система для пайки

    А теперь попробуем свернуть паяльник, передав его ГФ припою: получим идею саморазогревающегося припоя. И действительно, такие экзотермические припои существуют. Им никакие нагреватели не нужны: заложил припой, инициировал, а дальше он все сделает сам (Рисунок 172):

    Рисунок 172 Экзотермический припой

    Если удается свернуть и систему управления, передав ее функции рабочему органу, он становится саморегулируемым. Вот несколько примеров:

  • Тепловая труба (Рисунок 173):

    Рисунок 173 Тепловая труба

    Эта замечательная система берет энергию прямо у объекта своей ГФ - охлаждаемого устройства, и при этом саморегулируется - чем больше разность температур, тем интенсивнее она работает, и притом без всяких датчиков и исполнительных механизмов!

  • Эксцентриковый зажим (Рисунок 174):

    Рисунок 174 Эксцентриковый зажим

    Тоже отличная вещь - использует энергию натяжения веревки и саморегулируется - чем сильнее его грузишь, тем крепче он держит.

  • Мина (Рисунок 175):

    Рисунок 175 Противотанковая мина

    У этой смертоубийственной системы основные функции управления переданы (вернее, навязаны) объекту ее ГФ - именно он подает управляющий сигнал на срабатывание, а источник энергии и рабочий орган неразделимо слиты - это заряд взрывчатки.

    И, наконец, происходит полное свертывание системы, при котором ее ГФ либо передается в надсистему, либо вообще отменяется за ненадобностью.

    Вот прекрасная система - компас (Рисунок 176):

    Рисунок 176 Компас

    Изящное решение - трансмиссии нет, система управления не нужна, энергию берет прямо из магнитного поля Земли... Так нет, перекладывают его ГФ "Информировать человека (о направлении на север)" на несравнимо более масштабную надсистему - GPS (Система глобального позиционирования). Конечно, она дает много больше, чем компас, но и его скромную функцию тоже выполняет (Рисунок 177):

    Рисунок 177 GPS

    А бывает, что даже главная функция отменяется. Вот вывели генетики газонную траву, которая сама перестает расти, достигнув заданной высоты, и не нужны стали газонокосилки (Рисунок 178):

    Рисунок 178 Газонокосилка

    • Закономерность развития технологических процессов, заключающаяся в том, что в процессе развития операции свертываются в следующем порядке:
      • Операции с исправительными функциями
      • Операции с обеспечивающими функциями ( в т.ч. измерительными и транспортными)
      • Операции с создающими функциями.

    Начать придется с определений:

  • Исправительная функция - это полезная функция, изменяющая дефект (объект или его параметр, ухудшающие выполнение других операций или функционирование продукта). Например, перед склеиванием деталей необходимо их обезжирить. В данном случае жир - это дефект, т.к. он ухудшает выполнение операции "склеивание". Следовательно, функция "удалить жир" - исправительная.

  • Обеспечивающая функция - это полезная функция, обратимо (временно) меняющая параметр объекта. Изменение считается обратимым (временным), если в последующем значение измененного параметра так или иначе возвращается в исходное состояние. Такие функции вводятся в техпроцесс для того, чтобы стало возможным или более эффективным выполнение каких-то других функций, а после их выполнения измененное значение параметра становится нежелательным, т.е. дефектом, и его возвращают в исходное состояние с помощью исправительной функции. Например, чтобы придать детали нужную форму с помощью ковки, ее нужно нагреть (Рисунок 179):

    Рисунок 179 Кузница

    Однако после завершения процесса высокая температура детали становится нежелательной (т.е. дефектом), и ее понижают до исходной, охлаждая деталь.

  • Создающая функция - это полезная функция, необратимо меняющая параметр объекта. Под необратимостью мы понимаем не теоретическую невозможность вернуть параметр в исходное состояние, а то, что измененный параметр в той или иной мере остается таковым в готовом изделии. Например, если при изготовлении терки выполняется функция "пробивать отверстия в терке", и эти отверстия наличествуют в готовом изделии, данная функция является создающей (Рисунок 180):

    Рисунок 180 Терка

    Так вот, обычно в первую очередь свертываются операции с исправительными функциями (если эта функция у операции главная, а тем более единственная, саму операцию также часто называют исправительной; таким же образом поступают и с операциями, выполняющими функции других типов).

    Например, традиционный процесс изготовления бумаги в очень обобщенном виде можно представить следующим образом (Рисунок 181):

    Приготовление компонентов → Добавление воды → Варка пульпы → Формирование листа → Удаление воды

    Рисунок 181 Процесс производства бумаги

    При этом основные усилия и затраты энергии идут как раз на удаление воды - ее сначала отжимают, потом вытягивают вакуумированием, и, наконец, выпаривают. Вода в данном случае является дефектом, т.к. в готовой бумаге она в таком количестве не нужна. Для варки пульпы ее также нужно совсем немного. Оказывается, так много воды добавляют только для того, чтобы обеспечить правильное распределение волокон в процессе формирования бумажного листа. Поэтому путем свертывания исправительной операции "Удаление воды" был разработан сухой (на самом деле, скорее "влажный") способ изготовления бумаги, при котором воды добавляют ровно столько, сколько нужно в готовом изделии (вода в бумаге присутствует в связанном виде, соединяя волокна целлюлозы в единое целое; поэтому, кстати, пересохшая бумага становится ломкой), а на стадии "формирование листа" волокна распределяют потоком воздуха.

    Следующими кандидатами на свертывание являются операции с обеспечивающими функциями. Это логично, поскольку в готовом изделии остаются результаты выполнения только создающих функций, поэтому только они, собственно, и нужны, а от всего остального по возможности следует избавляться.

    Например, раньше выпускали горячекатаную жесть (Рисунок 182):

    Рисунок 182 Горячекатаная жесть

    Для ее изготовления металл приходилось нагревать, что приводило к повышенным затратам энергии, окислению поверхности, краевым эффектам и т.п. Затем обеспечивающую операцию "нагрев металла" свернули вместе с ее недостатками и разработали процесс производства холоднокатаной жести (Рисунок 183):

    Рисунок 183 Холоднокатаная жесть

    Создающие операции свертываются в последнюю очередь. При этом их функции передаются на другие операции данного технологического процесса или даже за его пределы.

    Например, при выполнении проекта по электрокипятильнику (Рисунок 184) выяснилось, что одна из финальных операций "укладка кипятильника в пластиковый мешочек" весьма трудоемка.

    Рисунок 184 Кипятильник

    Дальнейший анализ показал, что в розничной торговле в момент продажи кипятильник извлекают из мешочка, чтобы прозвонить, а затем снова туда укладывают. Поэтому было предложено эту операцию из технологического процесса изготовления кипятильника удалить, а ее функцию передать операции "продажа кипятильника", благо она и так там выполняется. При этом заодно легче стало и продавцу - теперь ему не надо извлекать кипятильник из мешочка - он просто берет его из коробки, прозванивает, затем отрывает от рулона пластиковый мешочек и укладывает в него кипятильник.

    5.1.2.1.1.4 Особенности применения при выполнении прогнозных проектов

    Обычно радикальные варианты свертывания имеют преимущество перед консервативными. Это логично, поскольку при дальнем прогнозе, не предполагающем выход за пределы существующего принципа действия, результатом прогноза будет система 3-го этапа, полностью раскрывшая свой потенциал, а путь к этому как раз и лежит, в частности, через радикальное свертывание. А если прогноз предполагает выход на новую S-кривую, то тем более это обычно обеспечивается радикальным свертыванием элементов, выполняющих основные функции.

    Например, если бы мы взялись прогнозировать развитие легкового автомобиля в тот момент, когда он был еще очень молод (Рисунок 185), то, применив свертывание такого важного элемента конструкции, как рама (Рисунок 186), получили бы идею несущего кузова, который и был реализован в действительности (Рисунок 187):

    Рисунок 185 Старинный автомобиль

    Рисунок 186 Рама автомобиля

    Рисунок 187 Несущий кузов автомобиля

    А вот реальный пример на прогноз смены принципа действия. Для фирмы P&G в 1997 году был выполнен прогноз развития стиральных машин. Применили свертывание элемента, выполняющего самую важную при стирке функцию "удалять загрязнения (с ткани)", - детергента, и получили концепцию "гиперзвуковой стирки", при которой загрязнения удаляются звуковыми волнами свервысокой частоты, длина которых согласована с размерами загрязняющих частиц. И пожалуйста, в 2001 японская фирма Sanyo объявила о выпуске на рынок машины, основанной на этом принципе (Рисунок 188):

    Рисунок 188 Ультразвуковая стиральная машина

    5.1.2.1.1.5 Особенности применения при выполнении обычных проектов

    Применение данного закона при выполнении обычных проектов полностью описывается методикой свертывания.

    5.1.2.1.1.6 Особенности применения при выполнении Feasibility Study

    Обычно ни сам закон, ни методика свертывания в подобных проектах не применяется. Разве что можно отметить, что при сравнении технологических процессов наличие исправительных операций и большого числа обеспечивающих следует рассматривать как недостаток.

    5.1.3 Закон перехода в надсистему

    5.1.3.1.1.1 Формулировка закона

    Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития по мере исчерпания внутренних ресурсов техническая система объединяется с другими системами и продолжает свое развитие в надсистеме.

    5.1.3.1.1.2 Характеристика закона

    Это один из наиболее сильных и часто применяемых законов, имеющий множество механизмов. Более того, один из его механизмов (объединение альтернативных систем) имеет собственный аналитический инструмент - Feature Transfer.

    Примеры объединения систем в надсистему будут приведены при обсуждении конкретных механизмов.

    5.1.3.1.1.3 Механизмы закона

  • Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития конструктивные отличия между объединяющимися системами все более нарастают

    В соответствии с данным механизмом, системы объединяются в следующем порядке:

  • Однородные системы (однородные - значит, одинаковые);

  • Системы со сдвинутыми характеристиками (отличающиеся друг от друга по какому-либо параметру);

  • Альтернативные системы (по-разному устроенные и обладающие взаимно противоположными парами достоинств и недостатков);

  • Альтернативные системы, одна из которых - инертная (инертная система практически неспособна выполнять требуемую главную функцию, но зато свободна от недостатка, присущего парной ей активной системе).

    Рассмотрим примеры объединения систем каждого из указанных типов.

    5.1.3.1.1.4 Объединение однородных систем

    Пример - катамаран (Рисунок 189): объединив два одинаковых корпуса, получили корабль, у которого остойчивость - как у ширококорпусного, а лобовое сопротивление - как у узкокорпусного.

    Рисунок 189 Катамаран

    5.1.3.1.1.5 Объединение систем со сдвинутыми характеристиками

    Пример: стереопара (Рисунок 190). Объединение двух плоских изображанеий, отличающихся по углу съемки и цвету, дает новое качество - объемное изображение.

    Рисунок 190 Стереопара

    5.1.3.1.1.6 Объединение альтернативных систем

    Пример: гвоздь (Рисунок 191) и шуруп (Рисунок 192).

    Рисунок 191 Гвоздь

    Рисунок 192 Шуруп

    Альтернативное противоречие: гвоздь легко забивать, но он плохо держит, а шуруп держит значительно лучше, но его сложно закручивать (нужно предварительно просверлить отверстие, причем иногда даже ступенчатое: под нарезную часть шурупа - меньшего диаметра, а под гладкую - большего).

    Объединением этих систем является спиральный гвоздь (Рисунок 193). Его забивают как обычно, но благодаря нарезке он при этом проворачиватся и нарезает канавки, в которых держится почти также хорошо, как шуруп.

    Рисунок 193 Спиральный гвоздь

    5.1.3.1.1.7 Объединение альтернативных систем, одна из которых - инертная

    Возьмем некую абстрактную систему, достоинством которой будет хорошее выполнение ее главной функции. И пусть она обладает определенным недостатком, который препятствует ее развитию, и поэтому его нужно устранить, объединив нашу систему с альтернативной. Построим один из возможных поисковых образов для альтернативной системы: ее достоинством должно быть отсутствие недостатка, присущего нашей ТС, а недостатком, соответственно, плохое выполнение главной функции. Обостряя противоречие, получим образ системы, совершенно свободной от недостатка нашей, но зато вообще неспособной выполнять ГФ. Оказывается, объединение с такими инертными системами бывает выгодно и происходит в действительности - при этом за выполнение ГФ отвечает активная компонента, а инертная подавляет недостаток.

    Пример - нитроглицерин. Это жидкое органическое вещество, открытое в 1846 году итальянцем Асканью Собреро, обладает колоссальной взрывчатой силой. Однако использовать его было очень опасно, поскольку он взрывается от малейшего толчка. Т.е. налицо система с противоречием вида "хорошее выпонение ГФ плюс недостаток": нитроглицерин хорошо разрушает объекты, но может взорваться невовремя. Ей соответствует инертная альтернативная система с противоречием вида "отсутствие недостатка плюс невыполнение ГФ": она вообще не взрывается, ни вовремя, ни невовремя. Если их объединить, можно надеятся получить относительно безопасную взрывчатку. И действительно, такое решение было найдено: Альфреду Нобелю пришла идея смешать нитроглицерин с кизельгуром (Рисунок 194) - так геологи называют пористую осадочную породу, состоящую из кремниевых скелетов морских водорослей - диатомей. Так в 1866 году был изобретен динамит (Рисунок 195).

    Очевидно, что в полученной системе за выполнение ГФ отвечает нитроглицерин, а за безопасность - инертный кизельгур.

    Рисунок 194 Кизельгур

    Рисунок 195 Динамит

  • Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития отличия по главной функции между объединяющимися системами все более нарастают

    Виды объединяющихся систем:

  • Конкурирующие системы (имеющие одинаковые или близкие главные функции);

  • Родственные системы (выполняющие разные главные функции, имеющие объединяющий параметр);

  • Разнородные системы (выполняющие разные главные функции, ничем не связанные между собой);

  • Инверсные системы (выполняющие противоположные функции).

    Рассмотрим примеры объединения систем каждого из указанных типов.

    5.1.3.1.1.8 Объединение конкурирующих систем

    Данному тренду соответствуют все примеры к пункту

    5.1.3.1.1.9 Объединение родственных систем

    В зависимости от вида объединяющего параметра, родственные системы делятся на следующие подвиды:

  • Системы, родственные по объекту ГФ;

  • Системы, родственные по технологическому процессу;

  • Системы, родственные по условиям применения.

    Рассмотрим примеры объединения систем каждого из указанных типов.

  • Объединение систем, родственных по объекту ГФ

    Пример - плазменно-механическая обработка (Рисунок 196):

    Рисунок 196 Плазменно-механическая обработка

    Сущность процесса плазменно-механической обработки (токарной, строгальной) заключается в разупрочнении обрабатываемого материала на глубину резания за счет теплового воздействия плазменной дуги, горящей между обрабатываемым изделием и электродом, находящимся внутри плазмотрона. При этом глубина воздействия дуги выбирается таким образом, чтобы разупрочненный слой удалялся резцом в процессе резания. В результате значительно повышается подача, а следовательно, и производительность черновой обработки, особенно труднообрабатываемых твердых металлов, конструкционных и инструментальных сталей, титана и заготовок, имеющих литейные и ковочные корки или нагартованные слои.

    Так вот, в данном случае плазмотрон и резец имеют разные ГФ - один нагревает металл, другой его удаляет, однако объект ГФ у них один и тот же - металл заготовки. Поэтому эти системы и объединились.

  • Объединение систем, родственных по технологическому процессу

    Пример - шампунь (Рисунок 197) и кондиционер для волос (Рисунок 198):

    Рисунок 197 Шампунь

    Рисунок 198 Кондиционер для волос

    У них разные и ГФ, и объекты этих ГФ (шампунь удаляет загрязнения, а кондиционер с помощью различных высокополезных веществ придает волосам блеск и эластичность). Тем не менее эти системы родственные, поскольку участвуют в одном и том же техпроцессе мытья волос. Поэтому они объединились, породив шампунь-кондиционер (Рисунок 199):

    Рисунок 199 Шампунь-кондиционер

  • Объединение систем, родственных по условиям применения

    Пример: перочинный нож (Рисунок 200).

    Рисунок 200 Перочинный нож

    Очевидно, что имеющиеся в ноже штопор и пилка для ногтей (равно как открывалка для бутылок и ножницы) не связаны ни своими главными функциями, ни их объектами, ни единым для всех техпроцессом. Тем не менее они объединились в одну систему. Дело в том, что их роднят условия применения - а именно, спонтанность. Понятно, что для регулярного ухода за ногтями есть значительно более удобные инструменты, и во время застолья бутылки будут открывать большими удобными штопорами и открывалками. А вот между делом состричь заусенец, подправить обломившийся ноготь или откупорить подхваченную по жаре бутылочку пива можно и не слишком удобными, зато находящимися всегда под рукой складными инструментами из перочинного ножа.

    5.1.3.1.1.10 Объединение разнородных систем

    Обычно такие системы объединяются для того, чтобы воспользоваться ресурсами друг друга.

    Пример - Останкинская телебашня (Рисунок 201):

    Рисунок 201 Останкинская телебашня

    Построили башню, чтобы поднять повыше теле- и радиоантенны. Отлично, подняли. Но еще почти на самой верхотуре соорудили ресторан. Общего между антенным комплексом и рестораном нет ничего. Просто ресторан использует ресурсы башни - там для него место есть, причем благодаря уникальному положению это место привлекает посетителей, а ресторан, в свою очередь, предоставляет башне часть своих финансовых ресурсов.

    В природе, кстати, такие объединения также существуют - это симбиоз. Например, рак-отшельник часто таскает на себе актинию (Рисунок 202):

    Рисунок 202 Рак-отшельник и актиния

    Актиния защищает краба своими стрекательными клетками от хищников, а краб подкармливает ее крошками со своего стола.

    5.1.3.1.1.11 Объединение инверсных систем

    Такое объединение обычно происходит для того, чтобы повысить управляемость. Действительно, инверсные системы меняют параметр в противоположных направлениях, следовательно, они позволяют добиться любого его значения в заданном диапазоне.

    Пример: карандаш с резинкой (Рисунок 203):

    Рисунок 203 Карандаш с ластиком

    Карандаш оставляет след на бумаге, а резинка удаляет его с бумаги. В итоге управляемость процесса повысилась - теперь можно обеспечить только правильное изображение, добавив недостающее карандашом и убрав лишнее/ошибочное резинкой.

  • Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития глубина объединения систем все более нарастает

    Виды систем, получающихся в результате объединения исходных ТС:

  • ТС с "нулевой связью" (система с нулевой связью образуется из неизменившихся в процессе объединения исходных систем, действующих независимо друг от друга);

  • ТС с "логической связью"(система с логической связью образуется из исходных систем, хотя и не изменившихся в процессе объединения, но расположенных и/или действующих согласованно);

  • Частично свернутые ТС (частично свернутая система образуется из исходных систем, у которых парные однородные элементы свернуты с передачей полезных функций одному из них).

  • Полностью свернутые ТС (полностью свернутая система образуется из исходных систем, все элементы одной из которых свернуты с передачей их полезных функций элементам второй)

    Рассмотрим примеры систем каждого из указанных типов.

    5.1.3.1.1.12 Системы с нулевой связью

    Обычно это родственные системы, просто собранные вместе, чтобы было удобнее ими пользоваться.

    Пример - аптечка первой помощи (Рисунок 204):

    Рисунок 204 Аптечка первой помощи

    Пинцет, ножницы, бинты, лекарства и т.п. - типичные родственные системы (по условиям применения и техпроцессу), без всяких изменений собранные в чемоданчик (вот она - нулевая связь!), причем пользоваться ими можно в произвольном порядке.

    5.1.3.1.1.13 Системы с логической связью

    В подавляющем большинстве это несколько единиц технологического оборудования, последовательно реализующего различные стадии какого-либо технологического процесса. Хотя конструктивно они самодостаточны и не поменялись от того, что их встроили в техпроцесс, но расположены не абы как, а в строго определенном порядке, а иногда и работают в согласованном темпе.

    Пример - печь для нагрева заготовок и пресс для горячей штамповки (Рисунок 205):

    Рисунок 205 Пресс и печь

    Конструктивно они независимы, но стоят друг за другом и работают согласовано.

    Еще один пример - военные системы. Современная тактика состоит в том, что сначала крылатые ракеты и бомбардировщики "Стелс" подавляют систему ПВО, затем обычная авиация наносит удары по центрам управления и связи, затем она разрушает базы снабжения и транспортные узлы, а уже после всего этого сухопутные силы атакуют беззащитного с воздуха, лишенного управления, связи и подвоза снаряжения противника. Опять же, физически никак не связанные между собой, все эти системы действуют строго согласовано по единому плану - в этом и состоит идея логической связи.

    5.1.3.1.1.14 Частично свернутые системы

    Дополнительный выигрыш от объединения систем получается от того, что при этом можно избавится от элементов исходных систем, дублирующих друг друга. В новой системе обычно можно оставить только один из них.

    Пример - обычный молоток (Рисунок 206) и гвоздодер (Рисунок 207):

    Рисунок 206 Молоток

    Рисунок 207 Гвоздодер

    Это инверсные системы (молоток гвозди забивает, а гвоздодер удаляет). Они объединились, но при этом рукоятка гвоздодера, как элемент, дублирующий рукоятку молотка, была свернута, и от гвоздодера в новой системе осталась только вилка (Рисунок 208):

    Рисунок 208 Молоток с гвоздодером

    5.1.3.1.1.15 Полностью свернутые системы

    Пример - велосипедное колесо (пример взят из реального проекта, выполненного в 1989 году для одного из грузинских авиастроительных предприятий). Существует две конструкции колеса - спицевое (Рисунок 209) и дисковое (Рисунок 210):

    Рисунок 209 Спицевое колесо

    Рисунок 210 Дисковое колесо

    Это альтернативные системы, поскольку обладают взаимно дополнительными парами "достоинство - недостаток": дисковое колесо легкое и прочное, но дорогое в производстве (сборка и натяжение спиц - сложная операция, требующая дорогого узкоспециализированного обрудования); дисковое колесо очень простое в производстве (простая тонколистовая штамповка), но очень тяжелое и непрочное. Поэтому штампованные дисковые колеса применяют только в детских велосипедах, где нагрузки невелики. Есть, правда, вариант с использованием легкого и прочного углепластика (Рисунок 211), но в силу его значительной дороговизны мы этот вариант рассматривать не будем.

    Рисунок 211 Углепластиковое колесо

    Так вот, выяснив, что легкость и прочность спицевого колеса определяется тем, что оно представляет из себя предварительно напряженную конструкцию, было решено объединить обе системы, перенеся на дисковое колесо именно это свойство спицевого. В итоге получилось предварительно напряженное дисковое колесо (Рисунок 212):

    Рисунок 212 Предварительно напряженное дисковое колесо

    В нем нет ни одного элемента спицевого колеса, т.к. функцию спиц "стягивать обод" взяли на себя мембраны (бывшие диски). Следует отметить, что колесо получилось очень легким, прочным и недорогим в производстве. Данное решение было запатентовано.

  • Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития количество объединяющихся систем все более нарастает

    Виды систем, получающихся в результате объединения исходных ТС:

  • Бисистемы (образовавшиеся в результате объединения двух систем);

  • Полисистемы (образовавшиеся в результате объединения нескольких систем).

    Рассмотрим примеры систем каждого из указанных типов.

    5.1.3.1.1.16 Объединение двух систем с образованием бисистемы

    Пример - объединились телевизор (Рисунок 213) с видеомагнитофоном (Рисунок 214), и получилась видеодвойка (Рисунок 215):

    Рисунок 213 TV

    Рисунок 214 Видеоплеер

    Рисунок 215 Видеодвойка (TV/VCR)

    5.1.3.1.1.17 Объединение нескольких систем с образованием полисистемы

    Пример: целых четыре родственных системы - факс (Рисунок 216), принтер (Рисунок 217), копир (Рисунок 218) и сканер (Рисунок 219) объединились в одну систему, для которой еще даже название не придумано (Рисунок 220):

    Рисунок 216 Факс

    Рисунок 217 Принтер

    Рисунок 218 Копир

    Рисунок 219 Сканер

    Рисунок 220 Факс+принтер+копир+сканер

    5.1.3.1.1.18 Особенности применения при выполнении прогнозных проектов

    При выборе систем всех типов для объединения следует ориентироваться на их состояние в будущем (с учетом глубины прогноза).

    5.1.3.1.1.19 Особенности применения при выполнении обычных проектов

    Данные особенности описаны в Методике выполнения Feature Transfer и в Методике выполнения Trend Analysis.

    5.1.3.1.1.20 Особенности применения при выполнении Feasibility Study

    Различные механизмы закона могут быть использованы для решения ключевых задач при виртуальном анализе прототипа.

    Продолжение следует


  • Главная    Инструменты    ЗРТС Часть 5