МЕХАНИЗМЫ СВЕРТЫВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Понятие идеальной системы занимает одно из центральных мест в ТРИЗ, потому, что идеальная система - это конечный пункт развития технической системы (ТС). Однако на практике мы редко встречаемся с абсолютно идеальными ТС; чаще, это частично идеальные системы.

Один из основных путей повышения степени идеальности - это свертывание системы. Свертывание означает выполнение системой своих функций меньшим числом элементов, чем это обычно принято. Для количественной оценки степени свернутости системы можно ввести специальный коэффициент:

Для обыкновенного веполя К=1/3 (простой веполь состоит из изделия В₁, инструмента В₂ и поля взаимодействия П, - все три элемента). Чем больше этот коэффициент, тем идеальнее система. Коэффициент "К" позволяет сравнивать между собой абсолютно разные ТС, - как по выполняемым функциям (например, теплицу и систему для термомеханической обработки деталей), так и по масштабу (систему, состоящую из одного веполя и из сотни), - сравнивать по общему для всех систем признаку, по степени идеальности. Кроме того, "К" позволяет в цифрах оценить выигрыш от предлагаемого решения (или его цену), сравнив с прототипом.

Как можно увеличить "К"?

• либо уменьшением знаменателя (числа искусственно введенных элементов в систему),
• либо увеличением числителя (числа выполняемых системой функций).

Рассмотрим ПЕРВЫЙ ПУТЬ.
При свертывании системы мы сталкиваемся с противоречием: элементы в системе должны быть, чтобы она работала, но их не должно быть, чтобы система была идеальной. Самый простой механизм разрешения этого противоречия заключается в использовании бесплатных элементов в системе: элементы есть, мы их все-таки вводим и система, поэтому работает, но система становится идеальной, т.к. элементы бесплатные, т.е. их практически нет. Рассмотрим конкретные механизмы "добычи" бесплатных элементов.

К=1/2

ПРИМЕР. А.с.№ 534221 1. Способ обработки растений химикатами, включающий взрыв капсул с химикатами, отличающийся тем, что с целью (ОТЧЦ) снижения загрязнения окружающей среды и обеспечения безопасности работы, в капсулы с химикатами дополнительно введен сжиженный газ, давление паров которого при температуре окружающей среды выше предела прочности материала капсул, причем последние охлаждают до температуры заведомо меньшей температуры окружающей среды.
2. Способ по п.1, ОТЧ в качестве сжиженного газа используют фреоны или их смеси, давление которых при изменении температуры от 10 до 50°С изменяется соответственно от 1,5 до 20 кгс/см²."

ПРИМЕР. А.с. № 686676 "Теплица, содержащая трубчатый каркас и светопроницаемое покрытие с герметичной внутренней полостью, ОТЧЦ упрощения конструкции и предотвращения перегрева внутреннего объёма теплицы, полость трубчатого каркаса заполнена легкорасширяющейся светоотражающей жидкостью и соединена с полостью светопроницаемого покрытия."

Ещё примеры: а.с. №№ 703748, 748014, 1047603.

К=1/2

ПРИМЕР. А.с.№ 225992 "Электромагнитный насос для перекачки расплавленного металла или жидкого электропроводного теплоносителя, включающий электромагнит и электрический контур, ОТЧЦ исключения внешнего источника электрического питания, в нем в качестве источника питания применен замкнутый контур, состоящий из двух полупроводниковых термоэлементов, имеющих форму пластин и расположенных между холодной коммутационной пластиной термоэлемента и горячей коммутационной пластиной, имеющей полость, по которой протекает горячий перекачиваемый жидкий теплоноситель и которая расположена между полюсами электромагнита."

ПРИМЕР. А.с.№ 597502 "Форма для отливки чугунных валков, включающая корпус с размещенным в нем кольцами из алюминиевых сплавов, ОТЧЦ повышения тепловой стойкости колец из алюминиевых сплавов, она снабжена промежуточными кольцами, установленными между корпусом и кольцами из алюминиевых сплавов и выполненными из материала с большим коэффициентом термо-ЭДС по отношению к алюминию, например из копели."

Ещё примеры: а.с.№№ 631604, 358689, 108625; патент США №3437415

К=1/2

ПРИМЕР. А.с.№ 242845 "Способ бункерного сухого тушения кокса, ОТЧЦ повышения эффективности использования тепла, в качестве охлаждающего агента используют смесь углеводородов, подлежащих пиролизу".

ПРИМЕР. Патент США № 3430602 "Дыхательный и двигательный аппарат для подводных пловцов работает на закиси азота. Сначала закись азота реагирует с водой, образуется парогазовая смесь, которая приводит в действие турбинку. Затем пар конденсируется, а кислород и азот поступают в дыхательную систему".

Ещё примеры: а.с.№№ 437839, 155782, патент США № 2858240.

К=1/2

ПРИМЕР. А.с.№ 859229 "1. Способ создания ледяных причалов, включающий установку на льду ограждения и последующее послойное намораживание огражденного участка, ОТЧЦ создания ледяного причала с повышенной несущей способностью, до намораживания лед перед ограждением со стороны подхода судов покрывают теплоизоляционным материалов, а после создания плавучего сооружения его разрушают.
2. Способ по п.1, ОТЧ в качестве теплоизоляционного материала используют водовоздушную пену".

ПРИМЕР. А.с.№ 779514 "Способ исправления положения здания, сооружения путем подъёма его осевшей части, ОТЧЦ повышения эффективности производства работ в условиях пучинистых грунтов, подъём осевшей части осуществляется путем поочередного замораживания и оттаивания грунта под ней с фиксацией положения здания, сооружения после каждого замораживания".

Ещё примеры: а.с.№№ 857369, 197160.

К=1/2

ПРИМЕР. А.с.№ 111144 "Аппарат для индивидуальной газо-тепловой защиты, состоящий из герметизированного комбинезона, шлема, соединительного кольца, дыхательного мешка, маски и размещенного в подкостюмном пространстве резервуара жидкого кислорода, ОТЧ для устранения необходимости в специальных респираторах; отработанный в холодильной системе газ используется для дыхания".

ПРИМЕР. А.с.№ 738645 "Способ очистки отходящих газов от кислых компонентов путем адсорбции сточными водами, ОТЧЦ повышения степени очистки от сернистого ангидрида адсорбцию производят щелочными сточными водами гидрошлакозолоудалений тепловых электрических станций".

ПРИМЕР. А.с.№ 1007638 "Способ обработки соломы на корм, включающий смачивание соломы щелочным агентом и пропаривание смеси, ОТЧЦ сокращение затрат, в качестве щелочного агента используют отходы цементного производства - цементную пыль из электрофильтров при весовом соотношении цементной пыли и соломы 1:5-20".

Ещё примеры: а.с.№№ 252262, 163162, 641045, 506282.

К=1/2

ПРИМЕР: решение задачи об опалубке; а.с.№№ 308172, 628266.

К=1/1=1

ПРИМЕР. А.с.№ 282238 "Способ предупреждения взрывов угольной пыли в шахтах районов вечной мерзлоты, основанный на применении флегматизаторов, ОТЧЦ повышение надежности способа, в качестве флегматизатора применяют снег".

ПРИМЕР. А.с.№ 517422 "Способ автоматической дуговой сварки угольным электродом в защитной окислительной атмосфере, ОТЧЦ автоматизации заточки электрода и обеспечения непрерывности процесса сварки, струю защитного окислительного газа, преимущественно воздуха принудительно подают в дугу под углом 10-15° к оси электрода".

Ещё примеры: а.с.№№ 601192, 234124, ИР-3,1968, с.26 (вода из системы охлаждения двигателя обогревает кабину водителя).

Второй механизм преодоления противоречия (элемент системы, например, инструмент должен быть и инструмента быть не должно) состоит в активизации изделия. Если заставить каким-то образом изделие обрабатывать само себя, то отпадет необходимость в инструменте: инструмент есть, т.к. обработка изделия все же происходит, но и его нет, т.к. изделие обрабатывает само изделие. Для такой обработки необходимо, прежде всего, разделить изделие на две части. Деление это можно производить на одном уровне и на разных. В первом случае происходит взаимная обработка этих частей, во втором, - изменение структуры вещества меняет "макро-вид" изделия.

8. Деление изделия на равноуровневые части:

К=1/2

ПРИМЕР. А.с.№ 749571 "Способ дробления стружки при токарной обработке заготовок со снятием больших припусков, заключающийся в разделении снимаемого припуска с последующим получением направленных в независимых друг от друга потоков стружки, ОТЧЦ расширения диапазона дробления стружки и уменьшения усилий резания, независимые потоки стружки направляют навстречу друг другу с последующим их столкновением между собой и дроблением на элементы за счет взаимодействия сил сталкивающихся потоков стружки".

ПРИМЕР. А.с.№ 259019 "Способы электрической коагуляции аэрозоля в шахтах при очистке воздуха сухим пылеосаждением, ОТЧЦ повышения эффективности пылеулавливания, пылевой поток разделяют на части, каждую из которых заряжают разноименно и направляют затем навстречу друг другу".

ПРИМЕР. А.с.№ 742316 "Способ предупреждения смерзания кусковых грузов при их перевозке, заключающийся в том, что груз смешивают с гидрофобным веществом, ОТЧЦ предупреждения смерзания кусковых грузов при температуре ниже 20°С без ухудшения технологических свойств этих грузов, груз и гидрофобное вещество укладывают в транспортные емкости чередующимися слоями и после загрузки подвергают вибрации, причем первым слоем укладывают кусковой груз, а в качестве гидрофобного вещества используют измельченный в порошок транспортируемый груз в количестве 5-8% от общего веса груза".

ПРИМЕР. А.с.№ 783154 "Способ транспортирования пульпы по трубопроводу, включающий подачу пульпы в трубопровод и перемещение по нему, ОТЧЦ снижение износа трубопровода, наружную стенку последнего охлаждают до образования на внутренней его поверхности слоя замороженной пульпы".

Ещё примеры: а.с. №№ 266982, 312642, 175825, 713653, 261207, 591253, 757305, 766953.

К=1/2

ПРИМЕР. А.с.№ 414027 "Способ правки деталей путем изменения температуры в зоне правки, ОТЧЦ улучшения свойств стальных закаленных деталей, содержащих остаточный аустенит, детали в зоне правки с вогнутой стороны охлаждают до температуры, вызывающей мартенситные превращения и лежащей в пределах отрицательных температур".

ПРИМЕР. А.с.№ 637214 "Способ диффузионной сварки, при котором сварочное давление создают за счет разницы в коэффициентах теплового расширения материала сварочного приспособления с оправкой и свариваемых материалов, ОТЧЦ повышения качества сварного соединения за счет создания дополнительного давления при расширении оправки, сварку осуществляют при температуре полиморфного превращения материала оправки".

Теперь рассмотрим ВТОРОЙ ПУТЬ ПОВЫШЕНИЯ ИДЕАЛЬНОСТИ систем путем увеличения числителя - числа веполей, входящих в систему, т.е. числа выполняемых системой функций. Это также возможно различными механизмами.

К=2/4=1/2

ПРИМЕР. А.с.№ 783030 "Устройство для продольной распиловки бревен, содержащее станину, пильную рамку с пилами, верхние и нижние направляющие пильной рамки и несущую раму, связанные с кривошипно-шатунным механизмом, ОТЧЦ повышения производительности, путем обеспечения рабочего хода пил в обе стороны, несущая рама закреплена на станине центральной осью, связана с кривошипно-шатунным механизмом посредством тяги и двуплечего рычага, а с направляющей пильной рамки - посредством осей, причем направляющие пильной рамки шарнирно соединены упорами со станиной".

ПРИМЕР. А.с.№ 268226 "Способ транспортировки сахара-сырца на судах, ОТЧЦ снижение стоимости транспортировки путем утилизации свободных пробегов нефтеналивных судов (танкеров), для транспортировки сахара-сырца используют танкеры, которые после разгрузки от нефтепродуктов или других жидких грузов, зачистки и обработки моющими средствами, загружают сахаром-сырцом в таком состоянии, чтобы температура сахара-сырца не превышала температуры окружающего воздуха более чем на 12°С, а влажность сахара-сырца была не более 0,7%, причем в процессе перевозки его водным путем в грузовом танке поддерживается режим равновесия влажности путем изоляции танка, его герметизации и периодической вентиляции".

Ещё примеры: а.с.№№ 79885, 262582, 183339.

К=2/4=1/2

ПРИМЕР. А.с.№ 711126 "Способ термомеханической обработки стальных изделий, включающий нагрев и охлаждение, совмещенное с пластической деформацией дробью, ОТЧЦ повышения физико-механических свойств изделий, охлаждение и пластическую деформацию осуществляют ледяными шариками или дробью с оболочкой из льда".

ПРИМЕР. А.с.№ 715295 "Способ обработки деталей ледяными гранулами, заключающийся в том, что гранулы направляют на деталь рабочим потоком газа, ОТЧЦ повышения качества обработки путем совмещения процессов образования ледяных гранул с их подачей в зону обработки, ледяные гранулы получают путем подачи капель жидкости непосредственно в рабочий поток газа, который охлаждают до температуры, обеспечивающей заданную твердость гранулам".

К=2/5

ПРИМЕР. А.с.№ 837789 "Способ шлифования деталей абразивной лентой с применением смазочно-охлаждающей жидкости, при котором ленте сообщают вращение и натяжение, ОТЧЦ повышения стойкости ленты, её натяжение производят давлением потока смазочно-охлаждающей жидкости на свободную ветвь".

ПРИМЕР. А.с.№ 140338 "Рама мотоцикла, ОТЧЦ выполнения основных деталей рамы несущими..., уменьшения веса и количества деталей мотоцикла, переднюю часть рамы образует бензобак, выполненный в виде щитка для защиты водителя от грязи, к которому прикреплены две трубы, соединенные с задним кронштейном, являющимся одновременно передней частью грязевого щитка заднего колеса".

К=2/5

ПРИМЕР. А.с.№ 475585 "Оптическое волокно, содержащее жилу с показателем преломления более высоким, чем показатель преломления оболочки, ОТЧЦ расширения диапазона спектрального пропускания, жила выполнена из вещества, находящегося в жидком состоянии в интервале эксплуатационных температур.
2. Волокно по п.1, ОТЧЦ получения эффекта генерации без резонаторов, жилой служит активированная жидкость".

ПРИМЕР. А.с.№ 518614 "1.Тепловой диод, содержащий входной и выходной тепловоды, имеющие узел теплового контакта, ОТЧЦ упрощения конструкции, узел теплового контакта выполнен по типу "вилка-розетка" и вилка выполнена в теле входного, а розетка - в теле выходного теплопроводов.
2. Диод по п.1, ОТЧ входной теплопровод выполнен из материала с высоким коэффициентом линейного удлинения, например меди, а выходной - из материала с малым коэффициентом линейного удлинения, например инвара".

К=2/5

ПРИМЕР. А.с.№ 189 281 "Способ автоматической наладки положения рабочих органов станков путем перераспределения внутренних деформаций, ОТЧ корпусные элементы, несущие рабочие органы подвергаются нагреву или охлаждению, последовательность и степень которых выбирают в зависимости от величины отклонения рабочего органа".

ПРИМЕР. А.с.№ 715838 "Подшипник скольжения, содержащий антифрикционный вкладыш, установленный в токопроводящей обойме, контактирующей с токопроводящим корпусом, и подключенную к блоку аварийной защиты термопару, ОТЧЦ повышения быстродействия защиты от перегрева, термопара образована обоймой и корпусом".

ПРИМЕР. А.с.№ 264466 "Элемент памяти на тонкой цилиндрической пленке, нанесенной на диэлектрическую подложку, ОТЧЦ упрощения элемента, сама пленка служит шиной записи-считывания".

ПРИМЕР. А.с.№ 703343 "Дорн для гибки пластмассовых труб, содержащий составной сердечник из пакета пластин, две пластины по оси которого выполнены в виде встречно направленных клиньев, ОТЧЦ сокращения производственного цикла путем совмещения операции гибки и нагрева, пластины дорна выполнены из металла с различным коэффициентом температурного расширения и расположены в пакете в направлении от наружного радиуса гиба к внутреннему".

Ещё примеры: а.с.№№ 752832, 266853, 712218, 531587, 513537, 859783, 640781, 263969, 508550.

Кроме "чистых" случаев возможны и их сочетания:

ПРИМЕР. А.с.№ 383430 "Рама для теплиц и парников, состоящая из прямоугольного каркаса и пленочного покрытия, ОТЧЦ автоматического проветривания и поддержания заданной температуры в теплице или парнике, две противоположные стороны каркаса рамы выполнены из наложенных одна на другую пластин из материалов, имеющих разность коэффициентов линейного расширения".

В этом примере один веполь выполняет функции трех веполей: рамы крыши парника, "измерялки" температуры внутри парника и регулятора открытия крыши, т.о., здесь К=3/3=1.

04 Feb 2001