Смирнова Марина. Переход На Микроуровень Как Этап Развития Систем

Эта статья составляет важную часть опубликованной в 2005 г. книги "Коммерческая идея" Ее можно увидеть здесь

Некоторые типичные изобретательские решения и приемы являются вехами пути развития технических систем. Осознание этого может помочь изобретателю прийти к новым сильным решениям.

Стандартные пути развития и несколько примеров

Технические системы, как правило, проходят одни и те же основные этапы развития. Если осмыслить стандартные изобретательские приемы как этапы типичного пути развития, то мы выходим на новый способ быстрого получения сильных решений. Так часто бывает, что задача перед изобретателем поставлена весьма расплывчато: вот этот объект хорошо бы усовершенствовать, причем какие у него недостатки сразу не видно. В такой ситуации хорошо работает предлагаемая методика. Мы начинаем с осознания того, чем была данная система на заре своего развития, проходим с ней весь путь, понимаем ее недостатки и достоинства на каждом этапе (они стандартные), делаем с ней следующий шаг и естественно приходим к новому решению.

Стандартные этапы развития, о которых идет речь - это специализация (точный подбор параметров инструмента под конкретное изделие), объединение (объединение инструментов для усиления их действия), динамизация (предоставление инструментам некоторой свободы от их общей опорной части) и модульный принцип с переходом на микроуровень (разбиение системы на много относительно самостоятельных частиц). (Этапов больше, но сначала обсудим эти четыре).

Приведем несколько примеров из разных областей техники для того, чтобы показать типичность этого хода развития.

Развитие атомных реакторов, начиная с аппаратов с излучением радиоактивности

Специализация: индивидуальная защитная оболочка у рентгеновской трубки.

Объединение: общий защитный кожух у источников излучения, объединенных в единый аппарат-реактор.

Динамизация: по центру реактора проходил горизонтальный туннель, по которому толкатель в случае угрозы передвигал уран-графитовые вкладыши.

Модульность: применены уран-графитовые стержни, которые в аварийной ситуации можно опустить в реактор.

Развитие робототехники

Специализация: созданы роботы-манипуляторы для узких задач.

Объединение: роботизированная ячейка производства, то есть работает несколько роботов. Динамизация: введение сменных манипуляторов для одного робота.

Модульность: роботизированным производством управляет основной компьютер, каждым роботом процессор, в результате высока универсальность системы.

Развитие лазерной техники

Специализация: лазеры на твердых телах (рубинах, гранатах, неодимовом стекле); каждый из них имеет определенную длину волны, т.е. цвет луча.

Объединение: несколько лазеров дают многоцветный луч.

Динамизация: перестраиваемые твердотельные лазеры (срок службы их при высокой яркости луча невелик: активная среда со временем 'выгорает').

Модульность: жидкостные многоцветные лазеры на красителях.

Таким образом, мы видим, что на разном материале, в разных областях повторяются одни и те же этапы развития технической системы.

Пояснение выявленных этапов

Итак, рассмотрим, как на пути к новому изобретению воспользоваться предлагаемым приемом. Напоминаем, он заключается, в том, чтобы проследить историю развития технической системы, понять, на каком уровне она находится (специализация, объединение, динамизация или микроуровень), какие у нее недостатки (они стандартные на каждом уровне, также, как и достоинства, и мы их опишем) и СДЕЛАТЬ СЛЕДУЮЩИЙ ШАГ.

0. Исходный этап. Следует попытаться понять, что могло заменять данную техническую систему на заре ее развития, т.е. когда ее еще не было. Зачем это надо делать? На данном этапе мы выявляем, что в системе является самым главным, функцию системы и ее рабочий орган: систему вначале могло заменять то, что было прообразом ее рабочего органа. (Например, вместо ножа когда-то использовался заостренный камень, т.е. весь предмет составлял лезвие).

Достоинства предмета, заменявшего систему на исходном этапе: 'прообраз' работал, выполнял свою функцию.

Недостатки: поскольку один и тот же инструмент обрабатывал разнообразные изделия, специфика изделий не учитывалась, и качество работы было низким.

Для преодоления этих недостатков техническая система когда-то в истории своего развития перешла на следующий уровень - специализацию.

1. Специализация. (Она заключается в том, что для каждого 'изделия' подбирается наиболее подходящий 'инструмент'). На этом этапе следует понять, чем могли отличаться друг от друга заменяющие данную техническую систему инструменты, с какими видами 'изделий' она (система) имеет дело. (Пример: вместо каменного ножа появились разнообразные ножи: нож кухонный, нож столовый, нож сапожный, нож столярный, нож для разрезания бумаги и т.д.)

Достоинства специализированных инструментов: они идеально подходят, достигается высокое качество работы.

Недостатки: низкая производительность.

Вывод: это хорошо использовать там, где можно сосредоточиться на одном виде 'изделий'.

2. Объединение. Это следующий уровень развития системы, опять-таки преодолевающий недостатки предыдущего этапа: в одной системе объединены все специализированные инструменты, созданные для разнообразных изделий на предыдущем этапе; т.е. инструментов много, а обслуживающая часть у них одна, мощная. На этом этапе рекомендуется вспомнить, не было ли в истории развития системы такого объекта, который объединял бы в себе несколько инструментов. (В истории развития ножа такой монстр существовал: нож для нарезания салатов; это была стойка с несколькими параллельными ножами, которые одновременно вонзались в картошку. Или другой нож, также подходящий к этому этапу: на одной рукоятке с одного конца длинный и тонкий нож, а с другого конца широкий и короткий).

Достоинства: повышается производительность и возникает универсальность.

Недостатки: система работает неэффективно, так как одни инструменты мешают работе других, некоторые инструменты простаивают, а система между тем независимо от простоев каждый раз развивает всю ту же мощность, т.е. работает вхолостую.

Вывод: система хороша там, где соотношение спроса на работу отдельных инструментов заранее известно и никогда не меняется.

3. Динамизация: обслуживающая часть системы совсем невелика, она такой величины, чтобы обслуживать всего один инструмент, зато инструменты сменные; или это складной объект. (Например, складной перочинный нож со многими лезвиями.)

Достоинства: универсальность системы не только сохраняется, но даже возрастает и при этом возрастает ее эффективность: мощности системы не тратятся понапрасну.

Недостатки: простаивают отдельные инструменты, и объект в целом часто ломается.

Вывод: система хороша там, где спрос на работу различных инструментов непредсказуем.

4. Модульность: система разбивается на много мелких, лучше мельчайших, частей, и каждая такая часть в зависимости от пришедшего на обработку 'изделия' принимает на себя роль то одного, то другого инструмента (за счет того, что каждая мелкая часть является соединением нескольких инструментов); обслуживающая часть системы при этом мизерна. (В истории ножей это еще один нож для резки салатов, на этот раз всего лишь металлическая крупная сеточка в пластмассовой круглой рамке. Каждая его ячейка содержит и тонкий нож и отверстие, поэтому режет и не мнет.)

Достоинства: велика универсальность системы (как правило это так, но нож последней конструкции представляет для этого неудачный пример; что делать, зато ножи хорошо иллюстрируют первые этапы); высока производительность: не простаивает ни обслуживающая часть, ни инструменты; система миниатюрна и дешева.

Недостатки? Ломается, недолговечна. Всё-таки там, где не нужна универсальность, ничего нет лучше, чем старый добрый объект, полученный на этапе специализации.

Напомним, задача изобретателя - понять, на каком этапе развития находится данная система, и сделать следующий шаг.

Модульность на микроуровне

Особые трудности, конечно, вызывает этап перехода на микроуровень; бывает сложно разбить систему на такие частицы, которые могли бы брать на себя роли нескольких инструментов; и сложность в том, что вид 'инструментов' кардинально меняется по сравнению с предыдущим этапом (динамизацией). Бывает полезно повышать степень миниатюрности частиц постепенно, то есть не сразу переходить на уровень атомов, а найти сначала кирпичик системы, модуль, который вполне доступен человеческому глазу для восприятия. Наблюдения показывают, что искомая частица часто совпадает по форме и функциям с прообразом данной системы в ее далеком прошлом. Ведь с чего мы начинаем весь анализ? Мы пытаемся представить себе, какой объект выполнял функцию данной системы, когда ее еще не было. Приведем примеры.

Микроуровневое решение: дырчатая поверхность. Например, крыла самолета для уменьшения сопротивления воздуха. (Триллионы отверстий на верхней поверхности крыла создают разрежение внутри крыла, и приграничный слой воздуха отсасывается, прежде, чем станет завихряться.) Как можно было прийти к такой идее, как найти ячейку микроуровневой системы? Смотрим, что было вначале. Вначале было просто крыло, т.е. просто пластина. Специализация: Широкое крыло - создает хорошую подъемную силу и хорошо держит самолет на небольших скоростях - при взлете и посадке. Узкое крыло - снижает сопротивление воздуха на высоких скоростях, следовательно, уменьшает завихрения воздуха. Мы ищем кирпичик микроуровневой системы; она должна объединять и то и другое решение; в ней пластина должна быть и должна отсутствовать. Вот она искомая ячейка системы: маленькая пластинка и рядом дырка. Вся система должна состоять из таких ячеек, он должна быть дырчатой. Для проверки смотрим промежуточные этапы. Была концентрация в истории самолета? Была - несколько крыльев. Была динамизация? Была: предкрылки и закрылки изменяли площадь крыла. Задача решалась все та же, значит, мы на правильном пути.

Решений, аналогичных этому, т.е. с дырчатой поверхностью, существует много: Резиновое шоссе французской фирмы 'Эссо'; в нем тонкий слой микропор позволит дождевой воде беспрепятственно проникать к дренажным канавкам, и дорожное полотно будет оставаться сухим. Многослойные коврики на полу вагонов метрополитена для подавления шума. Стол-пылеуловитель (Франция) для шлифовки, полировки деталей и других работ; крышка такого стола представляет собой частое сито, к которому снизу подведена труба, осуществляющая вентиляцию.

Другое микроуровневое решение: частица появляется и убирается. Примеры. Трактор на шипах; при работе на крутых и мокрых склонах шипы можно выпускать посредством гидравлической передачи простым нажатием рычага в кабине; в результате сцепление с грунтом возрастает более, чем в 3 раза, достигается экономия горючего и уменьшается износ шин. Как можно было прийти к такой идее, как найти ячейку микроуровневой системы? Смотрим, каков простейший и древнейший способ достичь того же результата. Палка! Острая палка помогала увеличить сцепление с дорогой еще пешим путешественникам. Вот и искомый кирпичик микроуровневой системы: шип. Аналогичные решения: Защитные стержни, сбрасываемые в атомный реактор в аварийной ситуации. Кроссовки с убирающимися шипами.

Еще микроуровневое решение: композиционные материалы. Они представляют собой смесь или сплав различных веществ, таким образом, мелкая частица такого материала имеет в себе несколько веществ, каждое из которых выполняет иную функцию. Примеры. Кварцевый асфальт, где применена смесь асфальта с кварцевой крошкой, причем образуется множество внутренних пустот, что вдвое снижает дорожный шум. Органический магнит (Америка), представляющий собой органометаллическую соль; она сохраняет магнитные свойства металла, но растворяется в органических растворителях. Американский химик Оти объединил в одном материале кукурузный крахмал и один из видов полиэтилена; полученный материал быстро разрушается, поэтому используется в сельском хозяйстве в виде пленки, покрывающей посевы, для уничтожения сорняков и поддержания в почве нужных параметров влажности и температуры; через 4 месяца эта пленка саморазрушается; из этой пленки делают и мешки для грязного больничного белья; в стиральной машине пленка разрушается и избавляет медперсонал от контакта с инфекцией. Батарейка тоньше бумаги (Япония) представляет собой твердый электролит на основе смеси рубидия, меди, лития, йода и хлора; взаимодействие между ними, таким образом, идет на уровне крупинки.

История одного изобретения

Для того, чтобы показать, как работает предлагаемая методика и зачем нужно возвращаться к этапам развития, уже пройденным технической системой, проследим ход размышлений при работе над одним изобретением. Исходный объект для размышления: типичная моечная установка для автомобилей, состоящая из множества вращающихся щеток. Какие у нее недостатки? Неизвестно. Хорошо работает, никто не жалуется. (Так часто бывает, что задача перед изобретателем поставлена весьма расплывчато: вот этот объект хорошо бы усовершенствовать, причем какие у него недостатки сразу не видно. В такой ситуации хорошо работает предлагаемая методика).

Начинаем раскручивать историю развития моечных установок для автомобилей. Вначале было ведро с водой и тряпка или шланг и щетка. Специализация: большая щетка для больших поверхностей, маленькая щетка для мест затрудненного доступа. Недостаток: низкая производительность. Концентрация: много щеток разного размера объединены в моечной установке, причем щетки раскручивают моторы. Недостаток: для грузовых автомобилей нужна одна установка, для легковых другая; отдельные щетки (и моторы) крутятся вхолостую. Динамизация: расположение щеток можно изменить вручную. Недостаток: отдельные щетки не достают до автомобиля и простаивают, универсальность установки все еще недостаточна, и она часто ломается. Итак, мы определили, на каком этапе находится наша техническая система и каковы ее недостатки. Переходим к этапу перехода на микроуровень. Что у нас было на заре развития? Шланг и щетка! Именно они входят в первичную ячейку конструируемой нами микроуровневой системы. Итак, новая моечная установка должна представлять собой систему вертикально свисающих шлангов, каждый из которых является щеткой. Мохнатые шланги! Что нам это дает? Повысилась универсальность системы: мохнатые шланги обработают машину любой формы и размеров, вдобавок становятся не нужны моторы: шланги будут двигаться под действием струй воды. Проводим патентный поиск. Есть, оказывается, аналогичное изобретение у немца. Только у него шланги не мохнатые и они короткие, не достают до машины, и всю пользу от своего изобретения он видит в точной подаче воды. Тогда ДЕЛАЕМ СЛЕДУЮЩИЙ ШАГ, увеличиваем степень миниатюрности частиц микроуровневой системы и получаем следующее изобретение: На мохнатых шлангах со всех сторон имеются прорези, а конец запаян. Когда автомобиля в установке нет, шланги висят спокойно, вода не течет. Но если в установку въехал автомобиль, соответствующие шланги отклоняются, из прорезей начинает бить вода, начинается беспорядочное движение мохнатых шлангов по поверхности автомобиля, точно соответствующее его форме. От повышения степени миниатюрности частиц и универсальность системы стала еще выше и необходимость в моторах окончательно отпала, не говоря уже о точной подаче воды.

Другие этапы развития. Многоролевой объект.

Специализация, объединение, динамизация и модульный принцип сначала на макроуровне, а потом с переходом на микроуровень. Есть ли другие этапы развития? Есть, но они уже не с такой необходимостью присутствуют в 'истории болезни' каждой технической системы. Это в первую очередь этап многоролевого объекта. Этот этап является промежуточным между этапом динамизации и этапом перехода на модульный принцип. В самом деле, на этапе динамизации в одной системе при небольшой обслуживающей части объединены инструменты, выполняющие сходные функции. А если совсем непохожие? Какая принципиальная разница? Но это уже новый более высокий этап развития - многоролевой объект.

Приведем примеры. Крыло самолета служит ветроэлектростанцией (разность давлений на нижней и верхней поверхности не только создает подъемную силу, но и мощную струю воздуха, которая может вращать вал электрогенератора). Салфетка, пропитанная кремом для чистки обуви (Франция) или одеколоном (в самолете, освежающая) или разнообразными составами для чистки автомобиля. Японский портативный плеер-радио-телевизор. В японском городе Саппоро построены 6 теплоцентралей, использующих отходы тепловой энергии метро (поездов, освещения, трансформаторов) для отопления зданий. Японская вафелька-радиоприемник (послушал и съел) и японские съедобные игральные карты - никаких отходов. Фотоаппарат 'Полароид': и снимает, и проявляет, и закрепляет. Цифровые видеокамеры, совместимые с компьютером. Использование криогенного топлива в гиперзвуковых самолетах: перед подачей в двигатель замороженный жидкий газ прокачивают через трубы под обшивкой, при этом он приходит в нужное газообразное состояние и одновременно действует как хладоагент, уменьшая аэродинамический нагрев. Чехословацкие сандалии, стимулирующие рефлексные точки ступни и связанные с ними внутренние органы. Стекла в автомобиле с фотоэлементами, аналогично стеклянная крыша дома с фотоэлементами - получение энергии. К машинам, привезшим груз на аэродром, прилаживаются крылья, и это уже самолет, без перегрузочных работ. Одним словом, многоролевой объект.

С другой стороны, этап многоролевого объекта оказывается переходным для еще более высокого этапа развития - перехода на микроуровень. Бывает даже трудно классифицировать то или иное решение - что это, многоролевой объект? Но если их много, то чем не микроуровень? (Например, миниэкскаваторы, у которых размер ковша чуть больше лопаты; в городской тесноте их легко подогнать к месту назначения, и их функции легко переналадить. Модульный госпиталь на колесах. Модульная передвижная тех. Мастерская. 5 безлюдных кораблей, управляемых по радио из головного судна, только на головном судне есть команда. Роботы на производстве.) Чем не микроуровень?

Другие этапы развития. Эволюция на микроуровне

Следует обратить внимание, микроуровневые системы различаются не только степенью миниатюрности частей.

Очевидно, к более низкому этапу развития относятся микроуровневые системы, частицы которых однородны и выполняют одну и ту же функцию: например, расплавленное стекло для прокатного стана или объективы и эндоскопы из пучка стеклянных нитей-световодов. К более высокому уровню относится микроуровневая система с многоролевыми частицами, например, уже упоминавшийся стол - пылеуловитель. Недостатком этих систем является то, что обслуживающая часть у них еще сохраняется, например, вентиляционная труба под поверхностью стола-пылеуловителя или в предыдущих примерах - стол - подставка для расплавленного стекла и внушительное оптическое оборудование, крепящееся к гибким световодам.

К еще более высокому из известных нам уровней могут быть отнесены микроуровневые системы, в которых полностью отсутствует обслуживающая часть - частицы все делают сами, например, композиционные материалы, в частности, немецкий синтетический материал, разработанный для защиты электрооборудования от огня; под действием пламени он образует огнестойкую губку с хорошими теплоизоляционными свойствами, таким образом, устройства под покрытием этого материала могут работать относительно долго даже в пламени. Это всего лишь покрытие, обслуживающей части нет.

Но еще более высоким уровнем развития следует признать такой, при котором нет обслуживающей части, нет инструмента, а 'изделие' само себя обрабатывает. Такова, например, вершина развития рекламы - рекламу несет упаковка каждой единицы товара.

Послесловие

Итак, выявлены стандартные этапы развития технических систем, что дает изобретателю возможность находить сильные решения.

Те же закономерности присущи, разумеется, и другим системам, а не только техническим. Здесь нащупывается некий философский принцип. Мы могли бы показать идентичные этапы развития на примере медицины и других биологических наук, музыки, религии, шахмат, бизнеса и экономических теорий и многого другого.

Несомненно, философия единства мира еще долго будет подсказывать нам все новые направления движения мысли.

Отправной точкой для данной статьи послужили книги Генриха Сауловича Альтшуллера (в частности, "Творчество как точная наука", М.: Сов. Радио", 1979.), а иллюстративным материалом публикации в журналах "Изобретатель и рационализатор", "Наука и жизнь", "Знание-сила", "Химия и жизнь", "Юный техник", "Импакт Юнеско" и др. журналах, а также телевизионные программы.

Смирнов А.Н., Смирнова М.Г., авторское св-во 1528677 от 15.08.89, см. также комментарий в ж. 'Изобретатель и рационализатор' 1, 1991 в рубрике 'Изобретено в СССР'.

Комментарии: 2, последний от 14/05/2004. © Copyright Смирнова Марина (smirnov@hnt.ru) Размещен: 13/07/2003, изменен: 17/02/2009. 22k. Статистика. Статья: Изобретательство		Ваша оценка:
Аннотация: Так часто бывает, что задача перед изобретателем поставлена весьма расплывчато, какие недостатки у технической системы сразу не видно. Между тем, технические системы, как правило, проходят одни и те же основные этапы развития. Осознание этого может помочь изобретателю прийти к новым сильным решениям.

Смирнова Марина : другие произведения.

Переход На Микроуровень Как Этап Развития Систем