IV конференция "ТРИЗ. Практика применения методических инструментов"

Некоторый подход к количественной оценке идеальности системы

Дмитриев С.А., , сертифицированный специалист по ТРИЗ 4 уровня, ОО «ТРИЗ – Красноярск»  

В ТРИЗ сформулирован закон развития ТС в направлении повышения идеальности. При этом, сформулировано определение идеальной ТС, как ТС, которой нет, а функция, которой выполняется.

Согласно (Поиск новых идей: от озарения к технологии (Теория и практика решения изобретательских задач) / Г.С.Альтшуллер, Б.Л.Злотин, А.В.Зусман, В.И.Филатов. - Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1989.- 381 с). «…в ТРИЗ развитие технической системы понимается как процесс увеличения степени идеальности (И), которая определяется как отношение суммы выполняемых системой полезных функций (Фп) к сумме факторов расплаты (Фр):»

И далее: «Конечно, данная формула отражает тенденции развития лишь качественным образом, так как очень сложно оценить в одних количественных единицах разные функции и факторы.»

Попытки найти количественную оценку степени идеальности, в том числе применить это отношение вызывают интересную дискуссию среди специалистов ТРИЗ. Но насколько, я понял из результатов дискуссии на Metodolog.ru. , точка в этом вопросе окончательно не поставлена. Вопрос остается открытым.

При исследовании объектов по технологии проектирования инноваций СТПИ (ФСА+ТРИЗ), осуществляется сбор статистики выявленных нежелательных эффектов НЭвх (задач для совершенствования систем). Обычно, эта статистика иллюстрирует глубину и тщательность проведения процедур аналитического этапа. Например, сводная таблица выглядит следующим образом.

 

Таблица 1. Статистика задач, выявленных по результатам анализа технологии изготовления БЛОКА Ф54…

Группа задач	Количество
Задачи экспертов	8
Задачи, направленные на повышение уровня выполнения полезных функций	85
Задачи на устранение вредного действия	44
Задачи на уменьшение функциональной избыточности	27
Ключевых задач после процедуры частичного свертывания	58
Корневые задачи после причинно – следственного анализа	87
Ключевые задачи, после анализа на ЗРТС	52
Итого, сформулировано задач после аналитического этапа	362

 

В результате работы на концептуальном этапе, большая часть выявленных нежелательных эффектов устраняется. Часть нежелательных эффектов остается. Сравнивая количество оставшихся НЭвых и оставшихся после реализации концепций, можно судить об изменении идеальности ТС.

При этом, более корректно использовать оценку повышения идеальности в относительных единицах по формуле:

Аналогичный подход (сравнение числа НЭ) возникает при проведении эволюционного анализа систем. Фрагмент анализа приведен ниже в таблице 2.

Предлагаемый подход позволяет оценивать изменение идеальности системы, опираясь на статистику нежелательных эффектов объекта анализа, выявленных с помощью системных аналитических процедур. Поэтому, такая оценка наиболее адекватна конкретным условиям функционирования объекта.

Идеальная система

Расход энергии – только требуемый для плавки порции стали.

Плавку осуществляет без потерь времени на технологические нужды, мгновенно.

Занимает пространство, равное пространству порции стали.

Окислитетельные – восстановительные процессы совмещены во времени с плавлением шихты.

Не использует природных веществ.

Не выбрасывает в природу отходы (газ, твердые вещества).

Не требует участия человека.

Потребляет энергию, вещества только тогда, когда необходимо и там, где необходимо.

Изготавливает требуемое количество стали в любой момент времени.

Изготавливает любую марку стали.

Не создает затрат, неудобств в подводе энергии.

Не разрушается.

Таблица 2.Динамика развития технологии плавки с точки зрения повышения идеальности и неравномерности развития ТС

Реальная СИСТЕМА	Мартеновская печь – основной скрап – процесс. (применялся)	Электродуговая печь с основной футеровкой (применяется)	Индукционная печь, среднечастотная (нового поколения)9
ПРОБЛЕМА В СИСТЕМЕ	Затраты энергии сжигаемого топлива на выплавку одной тонны стали, не менее 200 кг/т (250*293000)=7,2*10**6 кДж. Время плавки десятки часов, сутки8. Затратный и длительный подготовительный период печи к плавке (разогрев). Высокая длительность плавки. Объем печи с воздуховодами и регенераторами в десятки раз выше объема металла …	Затраты электрической энергии на выплавку одной тонны стали.= 3,960 *10**6 кДж. КПД тепловой 70%, электрический – 92% Время плавки 1т 3-4 часа. Длительная плавка, окислитетельные – восстановительные процессы реализуются после плавления всей шихты, путем управления составом шлаков и внесения добавок в шихту. Объем печи в несколько раз выше объема металла …	Затраты электрической энергии на выплавку одной тонны стали. 540 ( 1200) кВт×ч (1,9 (4,2)*10**6) кДж   Время плавки 1т – 60 мин. окислитетельные – восстановительные процессы реализуются после плавления всей шихты, путем управления составом шлаков и внесения добавок в шихту. Объем печи в несколько раз выше объема металла. …
ТРЕБОВАНИЕ НС ПО УСТРАНЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ	Необходимость сократить затраты. Повышение разнообразия, качества выплавляемой стали. Сокращение продолжительности плавки.	Необходимость сократить затраты. Повышение разнообразия, качества выплавляемой стали. Сокращение продолжительности плавки.	Необходимость сократить затраты. Повышение разнообразия, качества выплавляемой стали. Сокращение продолжительности плавки.
НЕДОСТАТОК ПС, ПРЕПЯТСТВ. ВЫПОЛНЕНИЮ ТРЕБОВАНИЯ НС	Низкая теплотворная способность топлива. Унос тепла газами, излучением через окна.	Унос тепла электродами, излучением через окна, во время сдвига и съемки крышки для слива шлака и расплава.…	Унос тепла излучением во время съема крышки. …
ПУТЬ УСТРАНЕНИЯ НЕДОСТАТКА ПС	Не рассматривается в виду реального отсутствия технологии на предприятии.	Слив шлака и расплава без съема крышки. Исключить ввод шихтовых материалов во время плавки.…	Слив шлака и расплава без съема крышки. Исключить ввод шихтовых материалов во время плавки.…
ПРОЯВЛЕНИЕ ЗРТС		Повышение идеальности ТС. Неравномерность развития ТС. Сквозное прохождение энергии. Согласование – рассогласование.	Повышение идеальности ТС. Неравномерность развития ТС. Сквозное прохождение энергии. Согласование – рассогласование.

 

Выводы:

Развитие технологии получения жидкой стали для литья происходит под действием усиления претензий со стороны кранового производства -производить более качественные стали, большего разнообразия, в более короткие сроки, рентабельно малыми порциями, без вредных выбросов, с минимальным потреблением энергии. Повышение идеальности по мере перехода от мартеновского способа к электродуговой плавке и далее к индукционной можно проследить по уменьшению числа причин 24 – 22 – 16 (строка «Недостаток ПС,…»), препятствующих удовлетворению этих претензий.

Даже наиболее современная технология - индукционная плавка плохо удовлетворяет современным требованиям. Главными элементами, сдерживающими развитие является футеровка печи, точнее материалы, из которых выполняется футеровка и ввод шихтовых добавок в процессе плавки.

Дальнейшее развитие технологии индукционной плавки, как наиболее совершенной из рассмотренных связано с решением задач:

Сливать шлак и расплав без съема крышки.

Исключить ввод шихтовых материалов во время плавки.

Исключить излучение через окна.

Уменьшить влияние изменения магнитных свойств стали при нагреве шихты выше температуры Кюри.

Уменьшить толщину футеровки с сохранением теплоизоляционных, механических свойств, термостойкости, изменение конструкции с целью сокращения воздушных путей.

Переплавлять стальные отходы других производств.

Уменьшить массу теплоизолирующей футеровки печи.

Исключить соприкосновение расплава с футеровкой печи.

Перейти от жидкого состояния расплава к твердому.

Снизить температуру расплава.

Устранить смачиваемость расплавом материала футеровки.

Уменьшить площадь соприкосновения расплава и футеровки.

Предотвратить растворение оксидов материала футеровки в расплаве стали.

Предотвратить движение расплава в ванне.

Предотвратить движение шлака в ванне.

Сделать твердость футеровки выше твердости включений.