"Эволюция и изобретатель"

Применение концепции ПТС для решения "наперед заданной" конкретной проблемы

Итак, проблема - концентрирование запахов для последующего их обнаружения.

Существующие устройства используют следующую схему: компрессор гонит поток тестируемого воздуха сквозь пористое тело с большой поверхностью, например, через волоконный фильтр. Поверхность волокон фильтра покрыта специальным веществом, которое абсорбирует молекулы-мишени и накапливает их внутри фильтра. Наиболее распространенный вариант, когда холодный фильтр накапливает молекулы-мишени, а нагретый отпускает.

Опуская описание процедуры экстракции ПТС из популяции продуктов, я приведу заключительный вывод.

Прибор определяющий наличие в газе малых количеств (примесей) молекул-мишеней - это продукт на основе комбинации четырех групп комплексных ПТС, которые можно получить конкретизируя следующие АТИ.

· Концентратор - "твердая (или жидкая) поверхность плюс молекула-мишень из газа, которая может сесть на эту поверхность и сидеть на ней не претерпевая необратимых изменений и не вызывая необратимых изменений молекул поверхности" (другими словами, поверхность может абсорбировать молекулу-мишень и затем выпустить ее)

· Переносчик или, другими словами, способ принести молекулу в зону возможного контакта с поверхностью и унести ее оттуда - "поток газа" или "поток поля" (например, для заряженных молекул - градиент электромагнитного поля)

· Сенсор - "твердая (или жидкая) поверхность плюс молекула-мишень из газа, которая может сесть на эту поверхность и сидеть на ней меняя поверхностные молекулы или/и меняясь сама" (другими словами, молекулы поверхности и/или тела сенсора взаимодействуют с молекулой-мишенью и меняются сами и/или меняют молекулу-мишень так, что детектор может обнаружить это изменение)".

· Детектор, который обнаруживает такие изменения характеристик сенсора, которые происходят в результате взаимодействия молекулы-мишени с сенсором.

Наиболее распространенные варианты прибора построены с использованием концентратора, который представляет собой фильтр, через который проходит газ, и который специфически абсорбирует из этого газа определенную разновидность молекул - мишеней. Такой "концентрирующий прибор" - это продукт на основе комбинации двух групп комплексных ПТС, которые можно получить конкретизируя следующие АТИ:

· Концентратор - "твердая поверхность плюс молекула-мишень из газа, которая может сесть на эту поверхность и сидеть на ней не претерпевая необратимых изменений и не вызывая необратимых изменений молекул поверхности" (другими словами, поверхность может абсорбировать молекулу-мишень и затем выпустить ее)

· Способ принести молекулу в зону возможного контакта с поверхностью и унести ее оттуда - "поток газа"

Наиболее распространен такой вариант комбинирования этих двух групп ПТС в продукт, когда поток газа проходит сквозь фильтр.

Всем известное противоречие состоит в том, что увеличение поверхности фильтра, которое повышает производительность концентратора, достигается за счет увеличения количества пор в фильтре заданного объема, и следовательно, за счет уменьшения размеров этих пор. Это в свою очередь, ведет к повышению сопротивления потоку и увеличению механической нагрузки на фильтр. В результате, невозможно перегородить трубу большого сечения тонким микропористым фильтром, потому что поток газа разрушит этот фильтр. Это означает, что целая категория вариантов объединения двух рассматриваемых групп ПТС не может быть осуществленна по причине отсутствия таких материалов, которые могут обеспечить необходимую механическую прочность фильтра.

Обратите внимание, мы изобретаем концентратор, в котором на нас работают свойства поверхности. Прочность материала, из которого сделан фильтр, не влияет на эффективность абсорбции. Однако, именно эта характеристика материала оказывается фактором отбора.

Целое направление возможных дизайнов даже не рассматривается, потому что каждый грамотный инженер сразу понимает - это будут пустые фантазии. Нет таких абсорбирующих материалов, которые имели бы весь требуемый набор свойств. Обход этой проблемы обеспечивается за счет создания композитных материалов и нанесения всевозможных тонких покрытий на поверхность нейтральных материалов.

С эволюционной точки зрения это вынужденный обход, потому что для эффективной концентрации молекул-мишеней на поверхности никакие другие свойства материала, кроме свойств его поверхности не нужны. Это значит, что все свойства материала, кроме свойств его поверхности не должны быть лимитирующими факторами.

Если есть правильное эволюционное понимание проблемы и эволюционно осознанные попытки решить ее, то должны существовать следы таких попыток в виде концепций продуктов, которые технологически могут обеспечить такую эффективность. Как правило, ограничением на выпуск таких продуктов оказываются не технологии, а экономическая невыгодность или внеэкономические запреты связанные с экологией, культурой, политикой, религией и так далее.

Мне плоды таких попыток обнаружить не удалось. Готов согласиться, что я плохо искал.

Известно много попыток использовать для концентрации молекул на поверхности пор фильтра, такие решения, которые обеспечивают улавливание мелких частиц, например, пыли внутри пор фильтра.

С эволюционной точки зрения - это тупиковый путь потому что продукт - "воздушный фильтр для концентрации частиц" и продукт - "воздушный фильтр для концентрации молекул" это продукты построенные на основе разных ПТС.

·

ПТС, которую можно использовать для концентрации молекул на поверхности пор фильтра - это конкретизация следующей АТИ: "твердая или жидкая поверхность плюс молекула-мишень из газа, которая может сесть на эту поверхность и сидеть на ней не претерпевая необратимых изменений и не вызывая необратимых изменений молекул поверхности" (другими словами, поверхность может абсорбировать молекулу-мишень и затем выпустить ее)

· ПТС, которую можно использовать для концентрации мелких частичек, например, пыли внутри пор фильтра - это конкретизация АТИ, которую можно приблизительно сформулировать так -"большое тело с порами, сквозь которое под действием внешней силы пытается пройти маленькое тело; если размеры поры меньше размеров маленького тела, оно застревает в поре."

Абсорбция молекулы и попадание этой молекулы в зону, где молекула может столкнутся с поверхностью, это независимые процессы, которые лежат в основе разных ПТС и это позволяет провести поиск таких концепций продукта, в которых обе эти ПТС могут работать оптимально, не мешая друг другу.

Можно ожидать, что за время пролета сквозь микропористый фильтр каждая молекула успеет дифундируя, за время прохода потока сквозь поры, многократно обстукать стенки этих пор. В этом случае с точки зрения вероятностей столкновения молекул с поверхностью микропористого фильтра практически неважно движется этот воздух сквозь фильтр или стоит в нем.

Другими словами, предположим, что за одну минуту сквозь фильтр проходит одна единица объема воздуха и определенное количество молекул абсорбируется на поверхности фильтра. Альтернативный метод: например, за 1 секунду сжать эту единицу воздуха так, что он весь окажется внутри объема фильтра и будет неподвижно стоять в нем 58 секунд, а потом за 1 секунду вылетит из фильтра. Результирующая абсорбция должна быть того же порядка, естественно, если мы сумеем обеспечить изотермическое сжатие, т.е. будем отводить из фильтра тепло, которое выделяется при сжатии газа.

Таким образом, мы нашли направление эволюции приборов для определения молекулярных примесей в газах, которое в настоящий момент не развивается в связи с "очевидностью" его невозможности.

Это направление можно сформулировать так - абсорбентные материалы для извлечения или обнаружения в потоке газа примесных молекул; эти материалы не обладают механическими свойствами, которые необходимы для того, чтобы фильтры-концентраторы сделанные целиком только из этих материалов могли выдерживать давление потока газа контактирующего с поверхностью этого материала.

В этом месте надо вернутся к постановке задачи и задать вопрос - откуда взялся поток газа, который приносит молекулу к поверхности и уносит ее от поверхности?

Возможны разные способы создания такого потока газа. Один из вариантов это всем известный воздушный компрессор.

Короче, и не в ущерб понятности, потому что здесь и понимать-то больше нечего. Компрессор - это то место в потоке, проходя через которое воздух сжимается. Компрессор создает поток воздуха. В процессе любого упрощения нашего диагностического прибора, использующего поток воздуха, мы никак не можем выкинуть из рассмотрения устройство, которое обеспечивает сжатие воздуха, хотя оно в состав собственно прибора не входит.

Процедура экстракции ПТС, таким образом, привела к построению предельно упрощенного прибора, который оказывается составлен из двух простых систем, (концентратора и потока газа), которые работают независимо. Такое обнаружение двух ПТС резко облегчило осознание того, что есть еще одна ПТС, на основе которой построен тот продукт, который создает поток газа.

Следовательно, комбинировать в один продукт надо не две, а три независимо работающих ПТС.

У кого-то раньше, у кого-то позже, но идея решения неизбежно возникнет в процессе перебора вариантов комбинирования этих трех ПТС. Пройти мимо следующей идеи после такого анализа, по-моему, невозможно.

Надо поместить внутрь камеры сжимания компрессора тот самый фильтр - абсорбент, в порах которого, как мы обсуждали это выше, должен стоять сжатый воздух.

В этом случае никакого давления потока на абсорбент в момент абсорбции молекул на его поверхности нет, потому что никакого потока нет, благодаря чему материал абсорбента может иметь любые механические свойства.

Принципиальное дополнительное требование к компрессору, которое мы должны обеспечить - это изотермичность сжатия. Надо отводить тепло, охлаждая камеру сжатия компрессора, потому что молекулы легче абсорбируются на холодную поверхность и лучше улетают с горячей.

Трудно удержаться и не отметить новое направление - использовать в модифицированной камере сжатия компрессора жидкий абсорбент. Например, тонкие пленки концентрирующей жидкости, в которой молекулы мишени избирательно растворяются при низкой температуре и испаряются при таком нагреве, который недостаточен для испарения самой концентрирующей жидкости. Для того чтобы не терять эту жидкость в виде паров, которые будут улетать при выхлопе вместе с воздухом, можно охлаждать часть камеры, в которой помещена эта жидкость до температуры, при которой жидкий абсорбент замерзает. В следующем цикле жидкость растает, превратится в холодную жидкость, и потому хорошо абсорбирует запах, после чего замерзнет, и так далее.

В этом месте пора остановиться, потому что интересных идей много, но "сейчас не об этом", как говорил артист Бурков в фильме "Ирония судьбы". Напомню, речь идет всего лишь об одном из применений понятия ПТС и о том, какая может быть польза от введения этого и сопутствующих ему понятий.

Ниже приведена упрощенная схема концепции одного из вариантов концентратора, который можно построить на основе воздушного компрессора.

Продукт представляет собой концентратор примесей и может быть подсоединен к любому сенсору. Концентрирование обеспечивается за счет работы обычного водушного компрессора. Устройство собирается из частей существующих в продаже. Три детали требуют изготовления:

· новая крышка цилиндра, которую можно изготовить из металла

· система жидкостного, газового или твердотельного охлаждения такой крышки

· плоский (например, как стеганное одеяло) фильтр изготовленный, например, из стекловолокна покрытого материалом, который на холоду практически необратимо связывает молекулы-мишени и отпускает их при нагреве

Кроме этого необходимы

· холодильное устройство

· сенсорное устройство, в которое будет входить обогащенный примесями воздух из компрессора

Предельно упрощенная концептуальная схема устройства:

Концепция работы устройства. Компрессор затягивает воздух в камеру, которая является продолжением цилиндра, и которую заполняет, например, стекловолокно покрытое абсорбирующим веществом; сжимает воздух и ждет пока он остынет. В процессе и в результате остывания молекулы-мишени из воздуха "прилипают" к покрытию на поверхности стекловолокна. После этого компрессор выпускает дозу холодного воздуха наружу.

Процесс повторяется до тех пор, пока не произойдет насыщение покрытия и концентрация молекул-мишеней в покрытии перестанет увеличиваться. После этого компрессор выпускает очередную дозу сжатого воздуха без охлаждения. Молекулы-мишени, которые испарились из покрытия в горячий воздух попадают в канал, где их обнаруживает сенсор.

Почему не сделать просто отдельную камеру, в которую можно накачать под давлением воздух, охладить и выпустить? Почему не сделать эту камеру как приставку к компрессору или независимое устройство?

Такую камеру надо будет "с нуля" проектировать, испытывать, выпускать, рекламировать, продавать, обслуживать и ремонтировать. Ее надо будет "врезывать", в уже существующие "воздушные трубопроводные магистрали". Кому нужны эти хлопоты, которые не только стоят денег, но еще и требуют переделки работающей системы, в которую объединено несколько разных устройств?

А компрессор уже встроен в эту систему и работает. Один раз разработав модифицированный вариант крышки цилиндра компрессора можно будет не меняя ничего в системе (привет ТРИЗовцам!) всего лишь поменять обычную крышку компрессора на модифицированную.

Естественно, что легче всего это сделать производителям этих компрессоров. С эволюционной точки зрения и глядя со стороны можно сказать, что при удачном стечении обстоятельств от этого могут выиграть все и инвесторы и производители и потребители.

В то же время, надо подчеркнуть, что главное в предлагаемой концепции не то, где лежит фильтр - в отдельной камере или внутри камеры компрессора. Главное в том, что поток не проходит сквозь фильтр и не порождает повышенные требования к механическим свойствам материала, который работает как концентратор молекул-мишеней.

Еще одно преимущество предлагаемого решения, например, в том, что можно будет использовать нано-нити, которые закреплены одним концом так, что выходящий поток воздуха движется и скользит вдоль нити и поэтому не деформирует ее и не увлекает за собой. Тот же поток воздуха унес бы с собой все нано-частицы.

В то же время, не надо упускать из виду, что магнитное поле (например, внешнее) может пререраспределять и удерживать внутри камеры со сжатым воздухом необходимое количество парамагнитных микро- и/или нано- частиц, на поверхности которых иммобилизованы молекулы, способные работать как концентраторы и/или сенсоры молекул-мишеней.

Кроме того, ничто не мешает использовать одновременно и жидкость и частицы или нити, которые будут вмерзать в замороженную жидкость, и потому оставаться в камере, когда сжатый воздух будет с "бешенной" скоростью вылетать из нее.

Одна из особенностей наночастиц и нанонитей в том, что количество атомов или молекул, которые находятся внутри тела и на его поверхности сравнимо. Поэтому присоединение молекул к поверхности влияет на все молекулы нано-тела.

Напомню, что в нашем подходе все дополнительные требования противостояния механическим нагрузкам со стороны потока устранены. Можно использовать нано-нити из таких материалов, которые например не имеют механической прочности, но могут концентрируя молекулы-мишени на поверхности менять свои свойства. Нить накопившая достаточно молекул-мишеней, может например, поменять цвет.

Таким образом, мы предлагаем объединить в одном материале способность концентрировать молекулы-мишени на поверхности и способность быть сенсором этих молекул и поместить его внутрь камеры сжимания воздушного компрессора.

Выглядит так, как будто мы гибридизовали все четыре ПТС (концентратор, молекула-мишень, поток, сенсор) в одну гибридную комплексную ПТС.

Помните пример с фонариком и рассуждение о том, чем гибридизация ПТС отличается от совместного использования нескольких ПТС в одном продукте? Основной показатель гибридной ПТС в том, что в ней легко опознать те ПТС, из которых она получена, но эти ПТС работают или все вместе, или ни одна из них. В случае фонарика-отвертки, работа отвертки приводила к деформации, энергия которой срабатывала как батарейка для фонарика. Другого источника энергии фонарик-отвертка не имел.

Получается, что недостаточно поместить гибрид двух ПТС (концентратора и сенсора) внутрь компрессора, для того чтобы получилась гибридная ПТС. Надо чтобы материал концентратора, набрав определенное количество молекул-мишеней на поверхность, начал работать сенсором и, например, светиться только в результате давления на него со стороны воздуха сжатого компрессором. Вот тогда мы получим новую гибридную комплексную ПТС.

Кстати сказать, "величие момента" заключается в том, что мы только что совершили акт макроэволюции - придумали новую ПТИ, которая описывает комплексную ПТС, на основе которой теперь может появиться популяция продуктов, которые будут микроэволюционировать в составе этой популяции.

Для того чтобы закончить этот раздел на спокойной ноте и без восклицаний, надо отметить, что новые варианты продукта и гибридная ПТС появились после того, как в результате анализа стало ясно, что "концентрирующий прибор" построен на основе комбинации двух независимых ПТС.

Глава 2. Индивидуальность технической системы

Введение

Понятие "индивидуальность технической системы" не так чужеродно для технарей, как это может показаться на первый взгляд.

Я могу показать, что оно сформировалось на двух путях, один из которых зародившись в глубинах ТРИЗ, застрял в нем и не смог привести к появлению самостоятельного и эволюционно значимого понятия аналогичного "индивидуальности ТС".

Другой путь это прямое сопоставление с биологическими понятиями сделанное по заказу. Заказ такой: хочу найти соответствия, которые позволят описывать эволюцию жизни и техники на одном языке. Для выполнения этого заказа, я прямо перенес понятие индивидуальности организма на ТС, потому что без этого оказалось невозможным определить какое упрощение ТС приемлимо, а какое нет.

После этого, уже на стадии практической работы с алгоритмом исследования первичного изобретения, я обнаружил, что индивидуальность ТС можно не только искать и определять, но волевым образом назначать. Это сразу напомнило мне ранее разработанный прием "назначение второй главной функции".

Дальше больше, я обнаружил что могу сделать реконструкцию пути, по которому (глядя со стороны), можно думать, шло развитие и созревание понятия индивидуальность ТС. Я не думаю, что на прямом продолжении этого пути появились бы цели, которые заставили бы сделать скачок от "портрета эффекта" или от "назначения второй главной функции" к "индивидуальности ТС". Но я думаю, что все мои предыдущие попытки довести до практически работающего состояния концепцию "идентичности ТС" подготовили меня к решительному переносу такого нетехнического понятия как "индивидуальность" на техническую систему.

Во всяком случае, для тех кому интересно, откуда берутся идеи, я могу сказать и показать, что на сознательном уровне я взял "индивидуальность" из биологии вынужденно и даже от отчаяния, потому что вопрос о том, как однозначно получать простую систему, это вопрос о том, что в системе важно, а что нет, что можно из нее выкинуть, а что нельзя. Поскольку ТС служат человеку, постольку для любого "обгрызка ТС" можно найти применение, и "польза от системы" поэтому не может быть критерием. В то же время, целостность системы, и в частности ТС, это важнейшая характеристика, и от нее-то, по-видимому, и перекинулся мостик к целостности организма, который обладает индивидуальностью.

Как бы то ни было, мне кажется, что эта история ( в той мере насколько она мне известна) показывает, что от частных описаний проблемы, сделанных для решения частных задач, выпрыгнуть прямо на адекватное обобщение этой проблемы очень трудно. Гораздо легче (мне по крайней мере) вначале озвучить непонятно откуда взявшуюся в голове "фразу", а потом "подвести под нее базу". (Это, к слову сказать, не всегда путь бесплодного обмана.)

Итак, уже после того как я ввел в этой работе понятие индивидуальность ТС и многократно применил его в практической работе по выявлению (экстракции) ПТС из технической системы, я увидел, что ряд предложенных ранее подходов можно также интерпретировать в терминах построения "индивидуальности ТС".

По крайней мере, следующие три разработки я могу упомянуть в связи с понятием "индивидуальность технической системы":

1. Портрет эффекта

2. Назначение второй главной функции

3. Идентичность ТС

Портрет эффекта

Понятие "портрет эффекта" разработано и применяется в ТРИЗ. Говоря простым языком и в самом общем виде это рекомендация вначале описать то, что тебе надо (я бы сказал индивидуальность той системы, которая тебе нужна), а затем искать ее или изобретать

Представление о том, что такое "портрет эффекта" можно составить по одному из выступлений на ТРИЗ конференции, Миас, 1988 г. (http://www.trizminsk.org/e/2000129.htm)

С.С.Литвин: Речь идет о концепции портрета нужного эффекта. Я объясню на задаче, хотя это проявилось не только на одной задаче. Когда мы формулируем физическое противоречие, то возникает вопрос о переходе к нужному физическому эффекту.

Мы решали проблему снижения воздушных шумов электропылесоса, речь не о вибрационных шумах, с этим умеют бороться. Речь идет о воздушных вихрях. Чем сильнее поток воздуха, тем лучше работает пылесос: сильнее всасывание. Если уменьшить поток воздуха, шум снижается, но ухудшается и всасывание. Это техническое противоречие, физическое противоречие в этой задаче было такое: вихрь должен быть крупным для обеспечения турбулентности потока, что в свою очередь нужно для всасывания, и должен быть мелким, чтобы меньше шуметь. Вихрь - это возобновляемый ресурс, вихрей там полно.

Для портрета эффекта нужно: 1.

Научная область. В какой области науки должен находиться предполагаемый эффект. Это можно определить по физическому противоречию. В примере это аэро- и гидродинамика. 2.

Техническая область. Ведущая для данной научной области. Для примера это авиастроение и пневматика - струйная техника. 3.

Объект. Что является объектом для предполагаемого эффекта? В примере два объекта: струи газа и вихри. 4.

Технические функции будущего эффекта. В примере четко видно - нужно измельчать вихрь. Это техническая функция неизвестного мне пока эффекта. 5.

Ограничения. Ограничения по нашей задаче - нельзя терять энергию потока. Т.е. измельчение должно осуществляться с малыми затратами энергии. 6.

Ресурсы. В нашем случае это: воздух - вещественный ресурс; поток - энергетический ресурс; элементы воздушного тракта - надсистемный ресурс, они могут переформировывать поток. 7.

Сводный портрет эффекта. На базе предыдущих шести пунктов. В данном случае он выглядит следующим образом. Необходим физический эффект, который используя энергию потока, возможно преобразованного, с малыми затратами энергии измельчит крупные вихри.

Вот, что мы получили в результате этого краткого анализа.

Какие источники позволяют работать с портретом дальше? Если портрет эффекта, уже имеющегося в указателе, то портрет облегчает работу. В противном случае два источника, как было в нашем случае: первое - общая информация о физике, об открытиях ученых; второе - техническая область. В пункте 2. мы указывали - авиастроение и пневматика. При обращении к специалистам этих областей бывает достаточно задать вопрос: "Как мне получить то-то?" Когда мы обратились с портретом эффекта к специалисту, он нам сразу указал на 212-ое открытие Советского Союза, оно пока не имеет названия. Смысл эффекта - если имеется струя жидкости или газов, то при отведении части этой струи через ультразвуковой свисток, создаются ультразвуковые колебания. Этот ультразвуковой поток воздействует на основной поток и, в зависимости от частоты, он либо укрупняет вихри, либо измельчает их. Это не модулятор, это ближе к резонансным явлениям. Открытие сравнительно недавнее ему 8 лет, недавно в ИРе была публикация. Мы не знали этого эффекта, тем не менее по портрету мы на него достаточно четко вышли. По этой задаче было получено два решения. Одно по открытию 212, а другое с эффектом Коанда, который каждый из вас знает как эффект чайника. Оба решения в мировом "пылесосостроении" аналогов не имеют.

Что касается открытия, речь идет о том, что ультразвук, причем очень малый энергетический поток, воздействует на основной поток, измельчает вихри, и шум основного потока снижается.

Назначение второй главной функции ТС

Такой подход - это, по сути дела, переоценка предназначения системы с целью такого дальнейшего упрощения этой системы, которое позволит работая с упрощенной системой изобрести ее следующие поколения. Сегодня я назвал бы этот подход назначение "второй индивидуальности ТС". Тем не менее надо помнить, что "индивидуальность ТС" это существенно более широкое и глубокое понятие, чем "главная функция ТС".

Ниже я приведу фрагменты рабочих записей с указанием даты (в тех случаях, когда она сохранилась) и с сохраненим стилистики и терминологии того времени.

28 Октября 1998, 21:59

Традиционный подход к поиску способов улучшения технологического процесса можно сформулировать следующим образом: "Ищите способы уменьшить количество побочных продуктов и результатов".

Другими словами, в терминах традиционного конструкторского подхода побочные продукты и результаты - это нежелательные, но неизбежные спутники основного процесса. Поэтому надо искать способы как их минимизировать

Классический ТРИЗ рекомендует идти дальше. В терминах ТРИЗ, идеальный конечный результат такого поиска это "технологический процесс, в котором нет побочных продуктов и результатов".

Развиваемый подход отличается тем, что побочные продукты и результаты признаются не только неизбежной, но желательной частью данной концепции технологического процесса. После этого ставится задача развития и/или изменения концепции процесса таким образом, чтобы обеспечить более высокое качество всех побочных продуктов или результатов.

Обоснованием такого подхода могут быть следующие два соображения

· Новые цели, для достижения которых необходимо переделать концепцию процесса, позволяют снять психологическую инерцию и увидеть новые ресурсы развития процесса.

· В конечном итоге эффективность любого технологического процесса для производителя измеряется не столько качеством и количеством продуктов и результатов, сколько количеством денег, которые за эти продукты и результаты готов заплатить потребитель. Поэтому новые концепции, в которых побочные продукты и результаты основного технологического процесса приносят деньги, можно рассматривать как серьезный эволюционный ресурс.

1. Построить упрощенную модель технологического процесса

2. В рамках упрощенной модели составить список функций, которые обеспечиваются в процессе

3. По очереди каждую из функций назначить псевдоглавной для этого процесса

4. Сформулировать противоречия между главной и псевдоглавной функциями

5. Модифицировать процесс таким образом, чтобы с разной степенью ухудшения главной функции обеспечить лучшее выполнение назначенной псевдоглавной функции. Для этого надо рассмотреть варианты, когда главная функция выполняется

· не хуже, чем раньше

· хуже, но не значительно

· значительно хуже

· главная функция не выполняется

6. Каждую новую концепцию надо сравнить с исходной концепцией технологического процесса и оценить как альтернативный вариант

7. Использовать полученную популяцию новых концепций для гибридизации с исходной концепцией технологического процесса используя алгоритм гибридизации двух альтернативных систем

1. Ранние работы со второй главной функцией (В.Герасимов, Б.Злотин)

2. Наблюдение, что в процессе получения параксилола (рХ) есть две главных функции - производство рХ и производство холодного остаточного ("reject") раствора (В.Просяник)

3. Доклад о первом алгоритме работы со второй главной функцией и полученных им результатах на примере процесса производства рХ на семинаре для ТРИЗ специалистов в компании "Амосо". (Г.Зайниев)

4. Наблюдение, что алгоритм поиска второй главной функции имеет ограниченное применение, потому что в большинстве процессов нет второй главной функции, по значению сравнимой с главной функцией (Б.Злотин)

5. Предложение не искать вторую главную функцию, а назначать ее (Г.Зайниев)

6. Второе применение алгоритма в работе по удалению серы из бензина (Г.Зайниев, И.Зайниева)

7. Объединение работы со второй главной функцией с построением упрощенных моделей и переход от одной назначенной второй главной функции к популяции псевдоглавных функций. В эту популяцию должны быть включены все функции выявляемые в упрощенной модели процесса (Г.Зайниев, В.Герасимов, И.Зайниева)

Химический пример. Удаление серы из бензина

Существует тенденция постоянного ужесточения норм содержания серы в выхлопных газах. Следующий шаг потребует удалять серу из бензина до количеств, которые современные методы не дают. Поэтому предполагается после них делать еще одну обработку, которая снизит содержание серы в бензине еще на порядок. Одним из вариантов является обработка бензина металлическим натрием.

Предлагаемая технология может быть более выгодна производителям металлического натрия, чем бензина. Количество бензина столь велико, что применение натрия для его очистки резко увеличит потребность в натрии. В настоящее время сплав натрия с калием в основном применяют как жидкий металлический теплоноситель в атомных реакторах и в качестве восстановителя в производстве титана.

Технологический процесс:

· Процесс удаления серопроизводных органических соединений из бензина методом обработки бензина металическим натрием

Главная функция:

· Очистка бензина

Исходная концепция:

· Смешивание двух жидкостей (металлического натрия и бензина) для создания эмульсии или взвеси капель натрия в бензине и образования твердых кристаллов Na2S с последующим отделением твердых кристаллов и капель натрия от бензина

Поиск новых концепций методом назначения псевдоглавных функций

1. Построить упрощенную модель технологического процесса

· Процесс содержит два последовательных шага

· Мелкодиспергированный металлический натрий смешивают с бензином. В результате получают суспензию мелких кристаллов Na2S и мелких капелек непрореагировавшего металлического натрия.

· После этого бензин отфильтровывают от мелких частичек и капель.

2. В рамках упрощенной модели составить список функций, которые обеспечиваются в процессе

· очистка бензина от серосодержащих органических молекул

· улучшение потребительских характеристик бензина (неопределенность)

· получение Na2S

· уничтожение металлического натрия

· удаление из бензина кристаллов Na2S и капель металлического натрия

· приготовление мелкодиспергированного металлического натрия

3. По очереди каждую из функций назначить псевдоглавной для этого процесса

Псевдоглавные функции

1. получение Na2S

2. уничтожение металлического натрия

3. удаление из бензина мелких кристаллов Na2S и капелек металлического натрия

4. приготовление мелкодиспергированного металлического натрия

4. Сформулировать противоречия между главной и псевдоглавной функциями

1. получение Na2S

· Для того чтобы бензин был чистый, в нем должно быть мало серы.

· Для того чтобы получить больше Na2S, в бензине должно быть много серы

2. уничтожение металлического натрия

· для гарантированного уничтожения металлического натрия необходимо, чтобы каждая капелька натрия была обработана водой

· любые формы обработки бензина водой сложны и невыгодны

3. удаление из бензина кристаллов Na2S и капель металлического натрия

· крупные кристаллы и капли легче удалить

· но крупные капли натрия "хуже работают", а крупные кристаллы не получаются

4. приготовление мелкодиспергированного металлического натрия

· Слой Na2S образуется на поверхности металлического натрия, и натрий отгороженный от жидкости этим слоем перестает реагировать с серой. Нам необходимо уничтожить весь металлический натрий, поэтому капли натрия должны быть мелкие для того, чтобы весь натрий прореагировал с серой.

· Мелкие капли трудно удалить из жидкости, в то же время необходимо гарантировать, что после обработки в бензине нет остаточного натрия

5. Модифицировать процесс таким образом, чтобы с разной степенью ухудшения главной функции обеспечить лучшее выполнение назначенной псевдоглавной функции.

Для этого надо рассмотреть варианты, когда главная функция выполняется:

· не хуже, чем раньше

· хуже, но не значительно

· значительно хуже

· главная функция не выполняется

Главная функция выполняется не хуже, чем раньше

Псевдоглавная функция - приготовление мелкодиспергированного металлического натрия

Текущая ситуация: ·

Существуют стандартные методы приготовления эмульсии натрия в бензине. Мелкие капли натрия свободно плавают во всем объеме бензина, поэтому для удаления остаточного натрия надо обрабатывать весь объем бензина

Предлагаемые изменения:

· Надо закрепить натрий на каком-нибудь носителе в виде тонкой пленки, которая затем полностью превратится в Na2S . Если часть натрия не прореагирует, то она не будет унесена потоком бензина.

· Для получения тонкой пленки можно использовать способность металлического натрия очень хорошо смачивать поверхности.

· Возможен вариант, когда вместо мелкой дисперсии или тонкой пленки используется поверхность толстого слоя жидкого натрия. На всей поверхности контакта натрий - бензин будут образовываться кристаллы Na2S . Поток бензина будет смывать эти кристаллы и уносить их. Натрий потоком уносится не будет. Останется только проблема отделения Na2S от бензина

Псевдоглавная функция - удаление из бензина мелких кристаллов Na2S и капелек металлического натрия

Текущая ситуация:

· Существующие методы фильтрации позволяют легко удалить из жидкости крупные частицы. Мелкопористые фильтры создают большое гидродинамическое сопротивление и целый ряд эксплуатационных проблем

Предлагаемые изменения:

· Иммобилизовать кристаллы и капли таким образом, чтобы поток жидкости их не уносил.

· Самый оптимальный случай, когда выделяющийся из жидкости материал оседает сплошной пленкой на стенки сосуда. Аналогично этому, материал который взаимодействует с жидкостью не должен двигаться с потоком

Псевдоглавная функция - уничтожение металлического натрия

Текущая ситуация:

· С серой реагирует только поверхность металла. Серонесущие молекулы не могут проникать как в объем металла и там реагировать с ним, так и сквозь слой Na2S . Поэтому капля металлического натрия, который весь будет доступен для реакции, должна иметь маленький диаметр.

Предлагаемые изменения:

· Вместо капель надо использовать тонкую пленку. Существующие данные позволяют ожидать, что металлический натрий способен растекаться по поверхности в такую тонкую пленку, в которой весь натрий доступен для реакции с серосодержащими органическими молекулами в составе бензина.

Псевдоглавная функция -получение Na2S

Текущая ситуация:

· Na2S образуется в виде кристаллов в объеме жидкости, поэтому необходимо использовать методы разделения жидкость/твердое тело

Предлагаемые изменения:

· Для того чтобы не заниматься отделением мелких кристаллов Na2S от жидкости необходимо организовать процесс выращивания больших кусков или блоков Na2S.

· Для этого можно использовать затравки чистого Na2S , на поверхность которых нанесен тонкий слой металлического натрия

· Затравки омываются бензином до тех пор, пока весь натрий не превратится в Na2S.

· После этого на поверхность затравки наносится следующий слой металлического натрия. Для выполнения этой операции поток бензина либо удаляется, либо нет.

Главная функция выполняется хуже, чем раньше, но не значительно

Пока ничего интересного не получилось

Главная функция выполняется значительно хуже, чем раньше

Пока ничего интересного не получилось

Главная функция не выполняется

Пока ничего интересного не получилось

6. Каждую новую концепцию надо сравнить с исходной концепцией технологического процесса и оценить как альтернативный вариант

Исходная концепция

· Смешивание двух жидкостей (металлического натрия и бензина) для создания эмульсии или взвеси капель натрия в бензине и образования твердых кристаллов Na2S с последующим отделением твердых кристаллов и капель натрия от бензина

Новые концепции

· Контакт двух жидкостей без перемешивания и образования капель натрия. Смывание потоком бензина кристаллов Na2S с поверхности раздела жидкостей. Отделение кристаллов Na2S от бензина методами сепарации твердое тело/жидкость.

· Предварительное нанесение жидкого металлического натрия на твердую поверхность в виде тонкой пленки критической толщины, при которой весь натрий доступен для реакции с серой. Весь образовавшийся Na2S остается на поверхности и не уносится потоком бензина.

· Предварительное нанесение жидкого металлического натрия на твердую поверхность гранулы или большого куска Na2S в виде тонкой пленки критической толщины, при которой весь натрий доступен для реакции с серой. Весь образовавшийся Na2S остается на поверхности и просто увеличивает объем гранулы или куска.

Технологически возможны разные варианты

· стенки трубы покрыты слоем Na2S, который смочен металлическим натрием. Сера, содержащаяся в бензине, выседает на стенки трубы в виде Na2S.

· Глубокий фильтр заполнен гранулами Na2S покрытыми пленкой натрия. Поток бензина течет сквозь фильтр, сера остается на поверхности гранул

7. Использовать полученную популяцию новых концепций для гибридизации с исходной концепцией технологического процесса используя алгоритм гибридизации двух альтернативных систем

Результаты этого этапа не доступны для открытого изложения

Механо-химический пример. Микрореактор высокого давления

(Концепция построена совместно с В.Герасимовым)

Первая главная функция центрифуги создавать центробежную силу для сепарации по плотности. Вторая функция - создавать давление внутри жидкости. Назначим ее псевдоглавной.

Если сделать проточную центрифугу, то жидкость, которая течет через нее, будет переходить из области нормального давления в область высокого давления и далее в область нормального давления При этом между областями разного давления нет и не надо уплотнения.

Представим себе волчок с вертикальной осью вращения, с каналом для жидкости внутри него. Канал входит сверху вдоль оси, проходит радиально на перифирию, опускается вертикально вниз (длинный участок), затем поворачивает обратно к центру, доходит до оси, и вдоль оси, двигаясь вниз, выходит из волчка.

В вертикальном, периферическом участке канала жидкость будет находиться под давлением. Представим себе, что в середине этого участка мы локально нагреваем жидкость внешним бесконтактным источником, например, лучом лазера, почти до кипения таким образом, чтобы температура в жидкости снижалась до нормальной к вершине и дну этого участка. Тогда мы будем иметь проточный реактор высокой температуры и давления без уплотнений.

Это может быть, например, исследовательский микрореактор высокого давления для комбинаторной химии

Поэтический пример

31.Октября 1998.

Механизм воздействия поэтического произведения на человека можно описать как "построение упрощенной модели и использование псевдоглавных функций".

Цель поэта и его стихотворения - создать настроение и образ в мыслях. Назовем стихотворение процессом, конечный результат которого (воздействие на человека) обеспечивается за счет движения от одного слова к другому. Каждое слово назовем условно "технической системой", которая обеспечивает главную функцию - прямое информационное значение (смысл). Но у каждого слова есть целая популяция вторых смыслов.

Поэт выбрав слово назначает для себя одно из побочных значений этого слова псевдоглавным и подбирает следующее слово по обоим характеристикам: по главному и назначенному им самим псевдоглавному значению. (Естественно, это происходит подсознательно). В результате этого, все псевдоглавные значения слов в сумме вместе с главными должны создать тот виртуальный образ, который в прямую может и не упоминаться.

Например, нейтральную фразу "Группа громко говорящих молодых людей быстрым шагом вошла в ресторан" можно с помощью синонимов (на языке псевдоглавных функций) сформулировать так "Толпа разнузданных молодчиков ворвалась в кабак". Есть разница?

Слово - это система, а слово плюс все его синонимы это популяция систем, которая устойчива в эволюции, потому что несет много оттенков, готовых к отражению новых смыслов по первой потребности людей говорящих.

Точно также и технические системы могут и должны иметь свои "синонимы", которые можно не употреблять на данном этапе эволюции, но они должны быть опознаны среди существующих или разработаны "про запас". В каком формате? Инкубатор первичных изобретений, о котором мы будем говорить в части 3, это одна из таких возможностей

Методологический пример. Вторая главная функция ТРИЗ

21 Мая 2000 г.

Назначим второй главной функцией ТРИЗ проверку найденной идеи на эволюционную правильность и здоровье. Для этого берем идею полученную любым способом и ищем каким инструментом ТРИЗ ее можно описать и как ее дальше развить. Если она не достаточно общая и "правильная" то одно из двух: либо мы ее "зарежем", либо "раскрутим" на более высокий уровень обобщения и сделаем эволюционно перспективной.

24 Мая 2000 г.

Применение ТРИЗ не для нахождения новых идей, а для диагностики уже существующих своих или чужих идей. Это экспертная оценка идеи на "эволюционное здоровье или эволюционный потенциал" С такого знатока - эксперта будет снят груз неопределенности по придумыванию своих идей. Он будет работать как классификатор, который дает эволюционное описание, а изобретатель или инженер слушая или читая это объяснение будет придумывать свои идеи

"Идентичность технической системы"

Прежде чем привести отрывки из старых текстов, которые покажут, что собой представляли ранние попытки сформулировать и описать такую характеристику, которую мы сейчас называем "индивидуальность технической системы", надо сделать несколько пояснений.

Технический организм (ТО), о котором идет речь в этом фрагменте - это некоторая, сейчас не важно какая именно, комбинация, составленная из технической идеи (ТИ), которая воплощена в техническую систему (ТС); продукта на основе ТС, который отличается тем, что его характеристики подобраны таким образом, что удовлетворяют потребителя, который применяет этот продукт в определенной нише. Совокупность людей, которые участвуют в процессах изобретения, производства, продажи и использования такого продукта обозначена как "команда размножения", в которой люди играют роли - инвестора, изобретателя, производителя, дистрибьютера, продавца и потребителя.

Далее следует фрагмент работы датированной 10 Января 2001 г. В постулаты о техническом организме (ТО) надо добавить постулат об идентичности. Идентичность это базовый набор характеристик, который должен сохраняться, для того чтобы меняющаяся система оставалась сама собой До тех пор пока этот набор характеристик не изменился, система или объект остаются идентичными себе несмотря на вносимые в них изменения.

Идентичность ТC представляет собой единство внутренней и внешней идентичности.

· Внешняя идентичность - это идентичность отношений продукта и ниши, в которой он существует и размножается. Как бы не менялся продукт (для того, чтобы следовать тем изменениям, которые претерпевает ниша) с точки зрения ниши и тех участников команды размножения, которые имеют дело с продуктом, он должен оставаться тем же продуктом.

· Внутренняя идентичность ТС означает, что с точки зрения производства и тех участников команды размножения, которые имеют дело с ТС, она должна оставаться той же самой ТС, несмотря на те изменения, которые с ней произведены.

Возможны четыре варианта изменения идентичности ТС

· Обе идентичности и внутренняя и внешняя не меняются

· Внешняя идентичность меняется за счет того, что возникает популяция разных продуктов, но внутренняя идентичность остается той же самой

o Это самый распространенный вариант появления новых продуктов. Фактически это "то же самое, но в новой упаковке", например, бесконечное количество вариантов кожухов ручных часов - для подростков, модниц, спортсменов, солидных бизнесменов и так далее.

· Внутренняя идентичность меняется, за счет того что ТС меняется и становится другой, а популяция продуктов остается той же самой.

o Например, внешне ручные часы не меняются, а внутренняя начинка из механической становится электронной. За счет этого в дальнейшем популяция продуктов растет, то есть внешняя идентичность продолжает меняться при сохранении новой внутренней идентичности. Появление новой внутренней идентичности не означает, что продукты со старой предыдущей идентичностью исчезают. Они практически выживают в каких-нибудь нишах, обычно это ниши связанные с коллекционированием, хобби, спортом, развлечениями.

o Переход от кареты к автомобилю это макроэволюция продукта "карета" с сохранением внешней идентичности. Внешняя идентичность необходима для того чтобы удержать нишу. После полной и успешной смены внутренней идентичности при сохранении внешней, продолжается нормальная микроэволюция продукта и завоевание новых ниш, но уже на основе более мощных ресурсов и с такой постепенностью, которую позволяет потребитель. Поэтому новые ТС в начале развития по форме подражают старым для того, чтобы не вылететь из ниши

· Обе идентичности и внутренняя и внешняя меняются одновременно

Эволюция внутренней идентичности ТС отличается от эволюции внешней.

· Внешняя идентичность ТС воплощена в продуктах построенных на основе ТС и эволюционирует для того, чтобы обеспечить лучшее размножение продукта. Эволюция внешней идентичности происходит по законам адаптации к нише

· Внутренняя идентичность ТС воплощена в ТС и эволюционирует для того, чтобы обеспечить лучшую выживаемость. Части ТС, которые обеспечивают внутреннюю идентичность ТС, постоянно меняются, для того чтобы лучше адаптироваться к технической идее, производству и команде размножения.

Возможны разные способы воплощения ТИ в ТС, и самый первый способ, который начал работать не обязательно самый лучший. После того как ТС сделали в виде данного варианта воплощения ТИ, процес эксплуатации выявляет не замеченнные или непредвиденные недостатки, изменение которых это и есть адаптация и развитие ТС. Этот процесс идет для улучшения выживания и по тем законам, которые, например, выявлены в ТРИЗ.

Кроме этого ТС меняется для того, чтобы адаптироваться к нише и потребителю, которым безразлично каково внутреннее строение и принцип работы ТС, для них важно обеспечение необходимых им функций. Поэтому ТС приобретает внешнюю идентичность в процессе проникновения в нишу и закрепления в ней. ТС превращается в продукт на основе ТС. В разных нишах внешняя идентичность одной и той же ТС будет разной.

Что дает понятие идентичности? Следующие утверждения сделаны для того, чтобы проанализировать их и проверить на справедливость, которая пока не очевидна.

· В ТС при ее размножении менять можно все, что не изменит внутренней и внешней идентичности

· При переходе из ниши в нишу внешняя идентичность меняется и получается новый продукт.

o Если внутренняя идентичность не меняется, то это будет новый продукт на основе той же технической системы. Такой процесс описывается теми же законами адаптации и отбора, которыми описывается микроэволюция вида в биологии

o Если внутренняя идентичность меняется, то это будет смешанный процесс, когда появляется сразу и новая ТС и новый продукт

· При сохранении продукта в нише несмотря на внешнее давление других продуктов его внешняя идентичность не меняется:

o Если внутренняя идентичность этого продукта меняется, то это будет эквивалент макроэволюции у живых организмов

o Если внутренняя идентичность этого продукта не меняется, то этот продукт в нише не удержится и потеряет ее. Это будет эквивалентно гибели вида в биологии

Заключение

Портрет эффекта, назначение главной функции, идентичность ТС и индивидуальность ТС - что общего в этих попытках опознать и обозначить техническую сиситему? И чем они отличаются?

Портрет и функция - это характеристики вневременные и самодостаточные. Зачем нам знать портрет и функцию ТС? Для того чтобы найти именно эту систему, и для того чтобы правильно использовать ее.

Если мы не трогаем ТС и не пытаемся ее упростить, зачем нам понятие об ее индивидуальности? Что с ним делать? Оно приобретает смысл только в том случае, если есть процесс упрощения ТС до состояния ПТИ-ПТС.

Зачем упрощать? Это абсолютно ключевой вопрос! Для того чтобы из этой ПТИ-ПТС построить новую ТС, которая внешне, на первый взгляд будет сильно или не очень сильно отличаться от той ТС, которую мы упростили. Но как бы она ни отличалась, мы можем обозначить ее как носителя той же самой индивидуальности, и это позволит не только нам, но и любому другому исследователю, которому мы сообщим какова ее индивидуальность, упростить ее обратно до той же самой ПТИ-ПТС.

Мы с тобой одной крови - ты и я, вот что сказали бы друг другу эти две ТС, если бы могли. Вместо них это знает их исследователь, который знает, что у них одна и та же индивидуальность и, следовательно, они происходят из одной и той же ПТИ-ПТС (или комбинации ПТИ-ПТС)

Другими словами, понятие индивидуальности ТС уже несет в себе понимание того, что эта система имеет происхождение и имеет родственников. Это понятие необходимо в тех случаях, когда нас интересует вся популяция продуктов, которые можно построить на основе одной ПТИ-ПТС. Для самых нетерпеливых и агрессивно несогласных с тем, что это очень важно и практически полезно, у меня есть рекомендация. Загляните в заключение к главе 5Б, и возвращайтесь обратно.

Не знаю насколько понятно у меня получается объяснить эту мысль. Но мысль такова. Понятие индивидуальность ТС это понятие эволюционное, оно имеет смысл только в тех случаях, когда нас интересует эволюция, в которой данная ТС участвует, и которую мы описываем на таком языке, в котором среди прочих есть понятие ПТИ-ПТС.

В отличие от этого "портрет" и "функция" понятия полностью вневременные ими можно пользоваться вообще не интересуясь эволюцией.

Другая метафора: портрет и функция - это одиночные точки, а индивидуальность это конец того пути, началом которого является ПТИ-ПТС. И потому эта пара понятий неразрывно связана и описывает весь путь как единое целое. Как бы ни были отличны ТС, но если у них одна индивидуальность, то они происходят от одной и той же ПТИ-ПТС. И наоборот, если две отличающиеся ТС можно упростить до состояния одной и той же ПТИ-ПТС, то индивидуальности у этих ТС одинаковы.