Читать книгу Законы и закономерности развития систем. ТРИЗ. Изд. 2-е, испр. и дополненное - Владимир Петров - Страница 32

Идеальное вещество– вещества нет, а его функции выполняются.

Вещество тем идеальнее, чем:

· больше полезный эффект оно создает;

· меньше его вес и стоимость;

· меньше оно приносит вред (нежелательный эффект).

Степень идеализации вещества может определяться формулой (5.3)47:

где

I_S – степень идеализации вещества (безразмерная величина);

E – полезный эффект или свойство, выполняемое веществом;

M – масса или вес вещества;

C – стоимость вещества;

H – вредное действие, создаваемое веществом;

I – порядковый номер полезного эффекта (свойства);

n – количество полезных эффектов (свойств);

a, β, γ, δ – коэффициенты согласования.

В качестве полезного эффекта (функций, свойств) вещества, например, можно назвать: прочность, эластичность, удельный вес, непроницаемость, тепло- и электропроводимость, тепло- и электроизоляционные свойства, прозрачность, коррозионную и химическую стойкость, pH, агрегатное состояние, температуру плавления и кипения, кристаллическую структуру и т. д.

Имеются вещества с изменяемыми свойствами, использующие различные эффекты. Условно мы их будем называть «умными» веществами48. Например, жидкие кристаллы; поляризационные пластины; вещества, изменяющие свою прозрачность; термо– и фоточувствительные полимеры; флуоресцентные вещества; полимерные гели; материалы с эффектом памяти формы; магниты; магнитная и реологическая жидкость; электреты; тепловые трубы и т. д.

«Умное» вещество можно также определить, как преобразователь или источник, осуществляющий определенный эффект (физический, химический, биологический или геометрический).

Для разных видов систем подбирается свое «идеальное» вещество.

5.3.5. Тенденция изменения управляемости энергией и информацией

Общее представление

Закономерность изменения управляемости энергией и информацией заключается в том, что любая система в своем развитии стремится изменить энергетическую и информационную насыщенность в необходимый момент в нужном месте.

Энергию и информацию можно:

– передавать;

– обрабатывать (перерабатывать);

– хранить;

– уничтожать (стирать).

Рассмотрим механизмы энергетического и информационного насыщения, которые, прежде всего, относятся к рабочему органу.

Изменение управляемости энергией и информацией осуществляется

(рис. 5.22):

– Изменением концентрации энергии и информации;

– Переходу к более управляемым полям.

Переходу к более управляемым полям выполняется:

– Заменой виде поля;

– Переходом МОНО-БИ-ПОЛИ полям;

– Динамизацией полей.

Рис. 5.22. Изменение управляемости энергией и информацией

Можно увеличивать или уменьшать управляемость энергией и информацией.

Первоначально рассмотрим механизмы увеличения управляемости энергией и информацией. Управляемость энергией и информацией увеличивается с увеличением их концентрации (см. рис. 5.22):

1. Предварительное накопление энергии и/или информации и использования их за короткий период.

2. Переход: объем – плоскость – линия – точка. Концентрация (фокусирование) энергии и/или информации из разных источников в определенной зоне (точке).

3. Специализация. Каждой операции или виду работы должен соответствовать свой механизм, наилучшим образом выполняющий свою функцию.

4. Сжимание энергии и/или информации. Один из способов сжатия – это использование эффектов: физических, химических, биологических, математических, в частности, геометрических.

5. Разделение энергии и/или информации и передача их одновременно:

– разделение на части и передача их параллельно;

– разделение по видам (частотам, полярностям, скважностям и т. п.) и передача их одновременно.

6. Одновременная передача энергии и/или информации в других направлениях.

7. Расширение приемных и передающих устройств энергии и/или информации.

8. Применение новых принципов, материалов и прогрессивных технологий.

9. Использование эффектов (физических, химических, биологических и математических).

10. Использование ресурсов.

Рис. 5.23. Механизмы увеличения управляемости энергией и информацией

Изменение концентрации энергии и информации

Увеличение концентрации энергии

Увеличение концентрации энергии, прежде всего, следует осуществлять на рабочем органе. Это позволяет не только повысить производительность и качество технологических процессов, но и выполнять качественно новые технологические процессы.

Увеличение концентрации информации

Увеличение концентрации информации позволяет значительно эффективнее управлять системой и создавать принципиально новые процессы49.

Концентрация предусматривает предварительный отбор – фильтрацию информации. Концентрируется только необходимая информация.

Информацию можно:

– создавать;

– передавать;

– обрабатывать;

– хранить;

– уничтожать (стирать).

Обработка информации достаточно общая функция, которая предусматривает, поиск, сортировку информации, выполнение различных действий с информацией, в частности, создание новой информации (знаний). Сортировка информации предусматривает как выбор нужной и отбрасывание ненужной информации (фильтрация информации), так классификация и распределение информации по определенным классам, группам, местам и т. д.

Переход к более управляемым полям

Любая техническая система в своем развитии стремится использовать более управляемые поля.

Увеличение степени управляемости полей осуществляется по трем направлениям (рис. 5.24):

– замена вида поля (рис. 5.25 – 5.26);

– своеобразный переход моно-, би-, поли- для полей

(рис. 5.27 – 5.28);

– динамизация поля (использование тенденции изменения поля), например, рис. 5.29.

Рис. 5.24. Тенденции увеличения степени управляемости полей

Замена вида поля50

Замена вида поля на более управляемое поле может осуществляться в следующей последовательности: гравитационное, механическое, тепловое, электромагнитное, химическое и любые комбинации этих полей.

Эта закономерность показана на рис. 5.25.

Рис. 5.25. Последовательность увеличения управляемости полей

Полное описание тенденций изменения полей представлено в приложениях 1 том 4.

Каждым из этих полей можно управлять по определенной закономерности, но имеется и общая закономерность их изменений, которую автор назвал «гипервеполи»51 (рис. 5.26).

Рис. 5.26. Тенденция изменения полей – гипервеполи

Переход поля от МОНО к БИ и ПОЛИ

Эффективность работы рабочего органа увеличивается путем применения комплекса полей по схеме моно-би-поли (рис. 5.27).

Рис. 5.27 Тенденция перехода моно-, би-, полиполя

Динамика развития рабочих органов показывает, что первоначально используется только одно поле (П₁), вид которого изменяется по указанным выше закономерностям (рис. 5.28).

На следующем этапе используются два поля (П₁+П₂), т. е. происходит переход от МОНОполя к БИполю. При этом возможно объединение полей одинаковой или различной физической природы. Поля одинаковой природы могут быть полностью идентичными (П₁+П₁) или отличаться своими характеристиками (П₁+П₁^»).

Как и в случае объединения систем, в дальнейшем происходит согласование полей в системе, например, П₁+П₁^~ – согласование постоянного поля П₁ с переменным полем П₁^~. Затем поля объединяются в единое МОНОполе (П_о) – происходит свертывание.

Дальнейший переход может использовать более двух полей (П₁+П₂+П₃+…) с образованием полисистемы полей.

Возможная последовательность перехода моно-би-поли-свертывание поля показана на рис. 5.27.

Рис. 5.28. Возможная последовательность перехода

МОНО-БИ-ПОЛИ-Свертывание поля

Динамизация полей

Под динамизацией полей подразумевается переход от постоянных полей к меняющимся.

Поля могут меняться:

– по частоте;

– амплитуде;

– напряженности;

– направлению воздействия;

– фазе;

– полярности;

– форме;

– и т. д.

Поля могут быть импульсными, с измененяемой скважностью.

Общая тенденция динамизации полей – это переход от постоянного к переменному и импульсному полю (рис. 5.29).

Рис. 5.29. Тенденция динамизации полей

Электрическое поле может быть статичным и динамичным. Электрический ток может быть: постоянный, переменный и импульсный, положительный и отрицательный. Частота и амплитуда тока могут меняться. Форма кривой переменного тока может быть разная: синусоидальная, прямоугольная, треугольная, пилообразная и т. д.

5.2.7. Идеальная форма

В некоторых случаях можно говорить и об идеальной форме.

Идеальная форма – обеспечивает максимум полезного эффекта для выполнения определенной функции.

5.2.8. Идеальный процесс

Технологический процесс происходит тем идеальнее, чем он производительней, качественней и чем меньше требуется затрат вещества, энергии, трудозатрат (в том числе и на управление процессом), и чем меньше вредных воздействий он производит.

Идеального процесса быть не должно, а имеется результат – продукт или действие, осуществляемое процессом.

Степень идеализации процесса можно представить в виде формулы (5.4)52:

где

I_P – степень идеализации процесса (безразмерная величина);

F_i – функциональность операции i (безразмерная величина);

L_k – уровень (важность) функции k в операции i (безразмерная величина);

Q_k – качество выполнения функции k в операции i (безразмерная величина);

T – время выполнения операции i;

C – затраты средств на осуществление операции i;

H – вредное действие, создаваемое операцией i;

k – порядковый номер функции в операции i;

m – количество функций в операции i;

i – порядковый номер операции;

n – количество операций в процессе;

a, β, γ, δ – коэффициенты согласования.

5.2.9. Закономерность уменьшения степени идеальности (анти-идеальность)

Анти-идеальность – тенденция, противоположная закону увеличения степени идеальности, т. е. тенденция уменьшения степени идеальности.

В анти-идеальной системе количество функций стремится к 1, а для достижения поставленной цели не считаются с затратами времени и средств. Анти-идеальная система может причинять вред.

Часто в анти-идеальной системе стремятся осуществить максимально возможное качество выполнения функции, не считаясь с затратами, а возможно, и с причиняемым вредом (нежелательным эффектом).

Степень анти-идеальности можно представить в виде формулы (5.6):

(5.6)

где

I _anty – степень анти-идеальности (безразмерная величина);

F – выполняемая функция или полезный эффект;

P – вредный эффект, затраты;

i – номер функции;

n – количество функций.

Частично эта тенденция была сформулирована ранее как закон избыточности.

Идеальность нацелена на уменьшение избыточности.

Анти-идеальность – это супер-избыточность.

Анти-идеальные системы характерны для достижения политических и военных целей, для создания военной техники и средств безопасности, в частности, для борьбы с террором, для создания уникальных объектов и престижа.

5.2.10. Резюме: направления и пути идеализации

Кратко опишем направления и пути идеализации.

1. Направления идеализации.

Идеализация идет в двух направлениях:

1.1. Сужение зоны рассмотрения технической системы: идеальная техническая система → рабочий орган → функция, которую он исполняет, т. е. система сводится к нулю.

1.2. Расширение зоны рассмотрения технической системы: рассматривается функция системы, функция надсистемы и т. д. вплоть до потребности. В этом направлении можно рассматривать другие альтернативные пути удовлетворения выявленной потребности. Таким образом, находятся принципиально новые пути решения.

2. Степени идеализации.

2.1. Система появляется в нужный момент в нужном месте по требуемому условию.

2.1.1. Складные объекты.

2.1.2. Надувные объекты.

2.1.3. Сменные части.

2.2. Самоисполнение.

2.2.1. Механизация.

2.2.2. Автоматизация.

2.2.3. Кибернетизация.

2.3. Идеальная система – функция.

2.4. Отказ от функции (функция становится не нужной).

3. Пути идеализации.

3.1. Сокращение отдельных частей системы или процессов.

3.2. Увеличения количества выполняемых функций.

3.3. Улучшение качества выполнения функции.

3.4. Сокращение затрат.

3.5. Устранение нежелательных эффектов.

4. Способы осуществления путей идеализации.

4.1. Увеличение удельных параметров.

4.2. Применение прогрессивного оборудования, материалов, процессов.

4.3. Использование одноразовых объектов.

4.4. Применение модульного принципа и блочных конструкций.

4.5. Использование дорогостоящих материалов только в необходимых местах в нужное время по требуемому условию.

4.6. Использование ресурсов.

4.7. Использование законов и закономерностей развития систем и механизмов их исполнения.

Анти-идеальность – тенденция, которая для достижения целей не считаются с большими затратами и, возможно, причинением значительного вреда.