Read the book: «ТРИЗ для «чайников» – 2. Ресурсы. Аварийный анализ. Исследовательские задачи»
© Лев Певзнер, 2018
ISBN 978-5-4493-3923-2
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Введение
Знакомая вам, дорогой читатель, народная мудрость: «голь на выдумки хитра», хорошо передаёт суть одного из сильных инструментов для решения изобретательских задач. В ТРИЗ этот инструмент называют «ресурсы». На первый взгляд, нет ничего проще! Просто постарайтесь решить задачу за счет того, что уже есть в системе или около неё. Если получится – максимально сократишь путь от решения до внедрения при минимальных затратах.
Однако на практике «просто постараться» – маловато будет. Уметь надо. А если уметь, то поможет и отыскать причину брака, и найти решение по устранению проблемы.
Ресурсы – универсальный инструмент. Проработав книгу, вы в этом убедитесь. Помощник в решении и сложных производственных задач, и сравнительно простых бытовых…
Пример
Эта история произошла совсем недавно. У меня на полу в кухне отпало несколько кафельных плиток. Закрепить их особой проблемы не было. Я купил в магазине строительных материалов специальную мастику для приклейки плитки и грунт (специальную сухую смесь с портландцементом), для заполнения швов. Работать я умею! Все не вызывало сомнений, кроме одной проблемы. Было невозможно четко подобрать цвет грунта для швов так, чтобы он не выделялся из остальных швов на полу, изрядно потертых и изменивших первоначальный цвет. Требование жены было неукоснительным. После ремонта новые швы не должны были выделяться!
В какой-то момент мне показалась задача невыполнимой, но… изобретатель я или не изобретатель!?
Налицо противоречие – новые швы должны быть того же цвета, что и старые и не должны быть, поскольку такого цвета в магазине в ассортименте нет. А какого цвета старые швы? Мы видим только поверхность шва – это оперативная зона. Цемент вытерся и поверх шва образовался серой слой грунта и грязи, прочно вцепившейся в цемент. Это и был цвет старых швов! То есть нам нужен не цвет грунта шва, а цвет оперативной зоны – то есть цвет грязного цемента. А где взять грязь? Ну, этого ресурса у нас более чем достаточно! Я взял немного земли около дома, высушил ее, просеял через тонкое сито. Затем приклеил плитку, заполнил швы грунтом, а сверху посыпал швы землей и немного утрамбовал ее! После того как цемент застыл, я смел лишнюю землю. Результат превзошел ожидания – жена не только не смогла отличить новые швы от старых, но даже не смогла определить место ремонта! А ведь самым важным ресурсом для «колеровки» была обычная земля (грязь!), которую я взял около дома.
Рис.1. «Жена не только не смогла отличить новые швы от старых, и даже не смогла определить место ремонта»
Откуда же берутся ресурсы и почему изобретатели их сразу не использовали при создании системы?
У ресурсов есть несколько источников.
Во-первых, часто разные части системы разрабатывают разные инженеры. При этом они не учитывают, что возможности одной системы могут вполне быть ресурсами для другой.
Пример
Работу по функционально-стоимостному анализу мы проводили на фабрике «Аямас» в Малайзии. Оно принадлежало филиалу известной американской компании «Кентукки фрайд чикен». Фабрика занималась переработкой цыплят-бройлеров, в полуфабрикаты для ресторанов. Вот одна из задач, которую поставили перед нами.
Чтобы удалить перья с тушек цыплят, их поливают водой, нагретой до 80 °С. Дня нагрева воды используют пар с температурой 110—120 °С. Задача была связана с тем, что на предприятии шла борьба за экономию энергии, и требовалось сократить расход пара.
С самого начала было очевидно, что сам пар не нужен, а нужна горячая вода. Проблемы раздобыть воду не было, она шла без ограничений. Но чем нагреть воду, чтобы не тратить энергию? Мы начали изучать энергетические ресурсы фабрики. Среди оборудования была большая машина для производства льда, который использовался при транспортировке продукции. По существу, это большой холодильник.
В бытовом холодильнике, который стоит у каждого из нас дома, имеется конденсатор, в котором охлаждается фреон. Это тонкая трубочка в форме змейки, которая расположена на задней стенке холодильника. Роль охладителя выполняет воздух.
Рис. 2. Конденсатор на задней стенке холодильника
В фабричной машине для производства льда трубки конденсатора были гораздо толще, а роль охладителя выполняла вода. При этом вода в конденсаторе нагревалась до 110 °С. Далее горячая вода поступала в градирню, расположенную на крыше завода, где охлаждалась воздухом, а также за счет испарения. Затем охлажденная вода снова поступала в теплообменник. Стоит отметить, что достаточно много воды терялось при испарении.
Мы сразу поняли, что этого водного ресурса нам хватит не только для уменьшения расхода пара, но и даже для полного исключения его использования. Достаточно просто было установить теплообменник, и перегретой водой от установки для производства льда нагревать воду, используемую для удаления перьев. Так мы и энергию сэкономим, да еще и сократим расход воды, которая испарялась в градирне.
Самым смешным было то, что машина по производству льда находилась в соседнем помещении с линией пропарки тушек!
Почему же это не сделали малазийские инженеры? Все очень просто – систему удаления перьев проектировали одни инженеры, а систему производства льда – другие. И каждый добросовестно выполнил свою работу.
/Из практической работы Л. Певзнера в компании KFC в Малайзии в 2000 году/
Во-вторых, постоянно появляются новые материалы и технологии, новые технические системы. Все это приводит к появлению новых ресурсов1.
Пример
Появление полиэтилена и полипропилена в середине прошлого века полностью изменило мир техники. Появилось множество приборов с использованием этих материалов. Например, многие элементы автомашин изготавливаются сейчас из пластиков, пластиковые окна, и многое другое.
Рис. 3. Одноразовые шприцы из пластика
И таких примеров – бесконечное множество. Так что, с развитием науки и техники, постоянно появляются все новые и новые ресурсы[1].
В-третьих, при разработке новых технических систем трудно все учесть, и некоторые ресурсы, имеющиеся при создании системы, не сразу удается использовать.
Пример
То, что жидкость, охлаждающая двигатель автомобиля, используется для подогрева воздуха в салоне зимой, знают все автолюбители. Но вероятно не все догадываются, что так было не всегда. Например, в автомобиле ЗАЗ-968 было специальное устройство – печка, которая использовала бензин, чтобы подогревать зимой воздух в салоне автомобиля. Ну не сразу догадались советские инженеры использовать охлаждающую жидкость двигателя в качестве ресурса для отопления салона!
Итак, ресурсы.
Определение: Под ресурсами понимаются все вещества, поля2 и другие свойства и возможности, которыми располагает техническая система и ее элементы, а также находящиеся рядом с ней системы или внешняя среда, и которые могут быть использованы для улучшения системы, или для решения поставленной задачи.
_________________________________________
1 Подробно закон возрастания ресурсов изложен в Приложении 1.
2 Понятие поле в ТРИЗ отличается от общепринятого. Поля в ТРИЗ – это любые энергетические взаимодействия между элементами технической системы, а также воздействия на систему со стороны надсистемы или внешней среды. Полями являются – гравитационное, акустическое, электромагнитное, тепловое, поле центробежных сил, механические силы, химические, и любые другие воздействия.
Специалисты ТРИЗ используют два подхода в поиске ресурсов:
1. паспортизация ресурсов (используется при совершенствовании технических систем и проведении функционально-стоимостного анализа);
2. направленный поиск ресурсов (используется при решении проблемных ситуаций и поиске причин брака или аварийных ситуаций).
В данной книге мы рассмотрим оба эти подхода, а также методы решения исследовательских задач и поиска причин брака, основанные на использовании ресурсов.
А чтобы говорить с Вами на одном языке, мы сначала познакомимся с классификацией ресурсов, разработанной исследователями компании Ideation International Incorporation (США) Светланой Вишнепольской и Борисом Злотиным.
Глава 1. Классификация ресурсов по Злотину-Вишнепольской
К основным характеристикам любого ресурса относятся:
– вид ресурса;
– источник ресурса;
– количество ресурса;
– ценность ресурса;
– готовность ресурса к использованию.
1.1. Основные виды ресурсов
К основным видам ресурсов относятся – вещественные, энергетические, пространственные, временные и функциональные ресурсы. Специалисты выделяют и другие виды ресурсов – ресурс изменения, системный ресурс, информационный ресурс и многие другие, но мы их пока рассматривать не будем.
Вещественный ресурс
Определение: под вещественными ресурсами понимаются все вещества, которые есть в технической системе или около нее.
Пример
Все живые организмы, переработав пищу, выделяют экскременты. Рыбы не являются исключением, поэтому на дне бассейнов в рыбоводческих хозяйствах скапливается так называемый активный ил, который утилизируют, или, проще говоря, вывозят на свалку – и тратят на это деньги.
На Верх-Исетском металлургическом заводе в подсобном хозяйстве, организованном в бывших очистных сооружениях, выращивали рыбу. Там и образовывался этот активных ил, причинявший хлопоты. А если рассмотреть ил как ресурс – как его использовать? Во-первых, он применим для биоочистки сточных вод городского водного хозяйства. А, во-вторых, он применим в самом рыбоводческом хозяйстве. Для выкармливания мальков не годится комбикорм, которым кормят подрастающую рыбу. Они едят только живой корм, а его надо специально выращивать. Выяснилось, если смешать активный ил с обрывками сетей, в которых выращивают рыбу, то на этой массе активно размножается трубочник, который и является живым кормом для мальков.
Так что в рыбоводческом хозяйстве теперь ничего не пропадает.
/Из опыта работы автора на Верх-Исетском металлургическом заводе/
Рис.4. Рыбоводство в бывших очистных сооружениях
Пример-анекдот
Как-то Наполеон беседовал с актрисой, и она окончательно осмелев, попросила у Наполеона его портрет на память.
– Нет ничего проще, – ответил император, и дал ей золотую монету со своим изображением.
Рис. 5. Наполеондер. Золотая монет 20 франков 1812 год.
Энергетический ресурс
Определение: под энергетическим ресурсом понимается любая энергия, которая не подводится извне и не вырабатывается специальной новой системой, а уже есть в совершенствуемой системе или около нее.
Пример
Самые опасные места на дорогах – перекрестки. Особенно в период зимы, когда на дорогах возникает гололед.
Как избежать гололеда? Как обогреть хотя бы наиболее опасные участки дорог? Именно над этим задумались инженеры из автомобильной компании «Даймлер-Бенц». Они предложили обогревать перекрестки устройством, которое использует подземное тепло! Как это работает? Очень просто!
Под асфальтом в землю вертикально вкопаны длинные (около 10 метров) тепловые трубы. На глубине 8—10 метров в мягком климате южной Германии температура не опускается ниже 10 °С. Жидкость, находящаяся в трубе стекает на дно и выкипает. Пары поднимаются поднимаются вверх и конденсируются на верхней торцевой поверхности тепловой трубы. Эта поверхность подогревается, нагервая асфальт, находящийся над ней на перекрестке.
Этого тепла хватает, чтобы обогревать перекрестки и не допустить обледенения. Устройство очень надежно (в нем нечему ломаться!), хотя и дорогое [2].
Рис. 6. Схема работы тепловой трубы при обогреве перекрестка
Пример-анекдот
Не знаю, что за люстру повесили соседи снизу, но благодаря им у меня на кухне теперь есть теплый пол!
Рис. 7. Благодаря им у меня на кухне теперь есть теплый пол!
Пример-анекдот
Две блохи выходят из ресторана
– Так что, – говорит одна, – пешком пойдем или подождем собаку?
Рис. 8. Пешком пойдем или подождем собаку?
Пространственный ресурс
Определение: пространственные ресурсы – свободное пространство в технической системе или около нее, которое можно использовать для размещения элементов данной системы или для решения поставленной задачи.
Пример
Есть старая легенда о строительстве синагоги в Вильно. В 1630 году евреям с большим трудом удалось получить разрешение на ее постройку. И непременным было условие: она не должна быть выше ратуши. Однако евреям не хотелось уступать. Через некоторое время синагога была построена – и действительно ее высота снаружи была немного ниже ратуши. Условие властей было соблюдено. Но это только снаружи! А внутри пол синагоги находился намного ниже уровня земли, поэтому зал внутри синагоги был выше зала ратуши.
Рис.9. Старая синагога в Вильно (1934 год)
Пример-анекдот
Двое заключенных разговаривают в маленькой камере
– Вы не поверите, если скажу, сколько я платил за такую же комнату в Нью-Йорке.
Рис.10. Вы не поверите…
Временной ресурс
Определение: временные ресурсы – время до выполнения производственного процесса, время самого процесса, а также время после него, если это время возможно использовать для решения возникающих проблем или совершенствования технической системы.
Пример
Чтобы подавать клиенту холодное пиво, бармены в пивных барах держат массивные стеклянные кружки в морозильниках. Когда клиенту наливают пиво, оно дополнительно охлаждается.
Пример
Обычно для стерилизации молока применяют пар или кипяток. Это требует специального оборудования, занимающего производственную площадь, и связано с потерями тепла при подаче энергоносителей к оборудованию.
Фирма Туомо Халонен пропустила по трубам молокопровода электрический ток, который нагревает их и стерилизует молоко. Для повышения эффективности нагрева трубы выполнены из сплава, плохо проводящего электрический ток [3].
Пример
Простым и очень знакомым примером использования временного ресурса является использование рассады. Короткого лета недостаточно, чтобы капуста, помидоры и огурцы созрели, поэтому в теплице или на окне выращивают рассаду. А весной она высаживается на поля.
Рис.11. Рассада на окне и в теплице
Пример-шутка
Судья: – Чем вы можете доказать свою невиновность? – Можно подумать?
– Хорошо у вас есть на это 5 лет!
Рис. 12. Хорошо у вас есть на это 5 лет!
Функциональный ресурс
Определение: функциональные ресурсы – способность технической системы и ее подсистем выполнять, кроме основной функции, некоторые другие функции, которые не использовались ранее.
Пример
При работе процессора выделяется большое количество тепла, а при перегреве он быстро выходит из строя. Поэтому эффективный отвод тепла от процессора – одна из важнейших задач изготовителей современных компьютеров. Особенно сложно это в ноутбуках, где пространство ограничено. Красивое решение связано с использованием тепловых труб, которые быстро и эффективно переносят тепло, выделяемое процессором, на корпус ноутбука. Корпус начинает выполнять функцию радиатора.
Рис.13. Тепловая труба в ноутбуке отводит тепло от процессора на корпус
Замечание: возможно, для эффективного использования Вам придется изменить форму элементов системы.
Пример
Неожиданный функциональный ресурс нашелся у пчел. Кроме основной функции сбора меда, они активно используются для опыления растений, как на полях, так и в теплицах. В каждой теплице устанавливается 1—2 улья. И пчелы не только мед собирают, но и опыляют растения.
Пример-шутка
Девочка с пирсингом, купаясь в реке, поймала судака на пупок!
1.2. Источник ресурса
Как это ни парадоксально, но ресурсы находятся везде. Можно сказать, что мы живем среди ресурсов. Но, для удобства, дальнейшего анализа мы разделим зоны поиска ресурсов на три группы:
– в самой технической системе;
– в надсистемах, в которые входит данная техническая система, или системах, находящихся рядом;
– во внешней среде.
Определение: ресурсы, находящиеся в самой технической системе, с которой мы работаем, называются ресурсами системы.
Это наиболее доступные для использования ресурсы, применение которых вызывает минимальные изменения в системе и, что важно, как правило, не затрагивают надсистему. Это существенно упрощает внедрение решений по совершенствованию технической системы.
Пример
Проблема приживаемости тканей при трансплантации связана с работой иммунной системы человека. Иммунная система отторгает все чужеродные клетки, поэтому, если человеку пересаживают ткани, то ему необходимо принимать специальные препараты. Но эти препараты вредны для организма.
Избежать приема препаратов можно, если при пересадке тканей использовать ресурс самого человека – его ткани. Например, для пересадки кожи на лицо можно использовать кожу с живота, а для шунтирования сосудов сердца – сосуды из бедра.
Пример
Эта история произошла у берегов Ирландии в 1917 году. Немецкие подводные лодки ночью ставили морские мины, а английские тральщики утром их обезвреживали. На следующую ночь немцы опять ставили мины, а англичане снова их вылавливали, и так несколько дней подряд. Наконец, англичане не протралили фарватер, но сделали вид, что тралили! Очередной ночью немецкая подводная лодка UC-44, по хорошей традиции, пошла ставить мины, и подорвалась на своей же мине, поставленной накануне! В живых остался только ее командир Курт Теппенджоханнс, который был возмущен «безответственной» работой английских тральщиков и все высказал подобравшим его англичанам.
Рис.14. Немецкая подводная лодка времен Первой Мировой войны
Определение: ресурсами внешней среды называются ресурсы, которые могут быть найдены в окружающей техническую систему природе, то есть земля, вода, воздух и др.
Пример
Проект «Makai Ocean Engineering» предполагает получение электроэнергии в районе Гавайских островов за счет перепада температуры между прогретыми (часто до 25 °С) верхними слоями воды в океане, и температурой холодной воды на глубине (там температура около 5 °С).
Находящаяся в верхних слоях океана теплая вода используется для того, чтобы испарить рабочую жидкость. В качестве жидкости используется аммиак. Аммиак кипит при достаточно низких температурах (равной температуре теплых слоев). При кипении получается пар аммиака, который затем приводит в движение турбину, вырабатывающую электроэнергию. Холодная морская вода, поднимается насосом с глубины нескольких сотен метров и охлаждает отработанный пар, что приводит к его конденсации. Далее процесс повторяется.
Пример
Внешними ресурсами умело пользуются орлы и грифы, которые часами могут парить в воздух, ловя восходящие потоки воздуха.
Каждая техническая система работает в рамках надсистемы (или нескольких надсистем), то есть большей по размерам, и, как правило, по ресурсным возможностям, технической системы.
Определение: ресурсы всех надсистем, в рамках которых работает исследуемая система, называются ресурсами надсистем. Условно, к ресурсам надсистем можно отнести и ресурсы систем, находящихся рядом, хотя и не работающих в надсистеме.
Пример
Уникальную коллекцию почтовых марок и других знаков земской почты сумел собрать Агафон Карлович Фаберже – внук основателя знаменитой ювелирной фирмы Фаберже. Сложность коллекционирования этих марок состояла в том, что марки земской почты имели крайне ограниченное хождение и выпускались местными властями небольшими тиражами. Найти их было очень трудно. А у Агафона Фаберже было одно из самых полных собраний этих редких марок. Получил он эту коллекцию благодаря использованию ресурса находящейся рядом другой системы.
Агафон Карлович воспользовался тем, что находящееся по соседству представительство фирмы «Зингер» задумало переезд в новое помещение. Знакомые рассказали ему о том, что заказы это представительство получало по почте. Весь архив в виде писем, получаемых изо всех российских городов, хранился в подвалах, хотя был уже никому не нужен. Просто письма (естественно с марками!) не выбрасывали, а складывали там. Перевозить их в новое здание никто не собирался, но и тратить силы на вывоз архива никто не хотел. Вот Агафон Карлович и предложил представительству компании «Зингер» вывезти этот архив совершенно бесплатно. А уж снять редкие марки с конвертов было делом техники.
Рис. 15. Марки земской почты России
Примеры
Активно используют надсистемные ресурсы и представители живого мира.
Рыбы прилипалы с удовольствием путешествуют на акулах, используя энергетический ресурс для передвижения.
А раки-отшельники используют пустые раковины в качестве жилья, получая вещественный ресурс в виде «дома».
Рис. 16. Рак-отшельник
1.3. Количество ресурса
Количество ресурсов в системе, по отношению к потребности в их, может быть достаточным для решения данной проблемы или недостаточным. Для оценки количества ресурса, мы пользуемся тремя категориями:
– неограниченный,
– достаточный,
– недостаточный.
Определение: Неограниченным называется ресурс, запасы которого многократно превышают потребности в нем.
Чем больше имеется ресурса, тем лучше, так как это означает, что у нас, при необходимости, есть резерв для развития системы.
Пример
На дне Тихого океана скопилось около 100 миллиардов тонн железомарганцевых конкреций – руды, в составе которой около 50% марганца и 27% железа. Это практически неограниченный ресурс руды для будущих поколений.
Рис.17. Железо-марганцовые конкреции
Пример-шутка
Работа не деньги – она никогда не заканчивается!
Определение: Если количество ресурса соответствует потребности в нем, то ресурс называют достаточным.
Пример
В садах или огородах, чтобы не носить воду из реки или колодца для полива растений и деревьев, часто бурят скважину, и из нее качают воду. Производительность такой скважины не очень большая, но ее вполне хватает, чтобы обеспечить садовый участок водой для хозяйственных нужд и полива огорода.
То есть ресурс достаточный.
Рис.18. Скважина с ручным насосом
Пример-шутка
Туристы идут по уссурийской тайге. Из чащи выскакивает тигр. – Без паники, тигр сыт! – спокойно говорит проводник. – Откуда вы знаете?!
– Вы что, не заметили? Туриста Иванова уже полчаса нет!
Рис.19. Туриста Иванова уже полчаса нет
Определение: Ресурс, который по своим свойствам, функциям, назначению подходит для решения поставленной задачи, но его количества не хватает, чтобы полностью решить задачу, называется недостаточным.
Пример
В США активно развивается использование солнечных батарей, которые устанавливаются на крышах домов. Площади крыши вполне достаточно для установки 10—20 солнечных панелей, способных обеспечить электричеством дом, но… только летом, и только в солнечную погоду.
Ресурс недостаточный, поэтому зимой или в пасмурную погоду приходится «добирать» электроэнергию из сети. Но даже та энергия, которую получает хозяин дома, позволяет ему существенно сократить затраты на электричество.
Рис.20. Дома с солнечными панелями
Пример-шутка
На совещании в Госавтоинспекции:
– Квартальный план по штрафованию пьяных велосипедистов сорван! За 3 месяца, вместо запланированных трех тысяч, оштрафован всего один пьяный велосипедист! Это удар по бюджету!
– Тык зима же, февраль месяц, мы в Мурманске…
Рис. 21. Так зима же, февраль месяц, мы в Мурманске…
Пример-шутка
Греция кричала – приезжай загорать!
Париж кричал – приезжай фоткаться!
А зарплата сказала – иди за грибами, фантазерка!
Использование недостаточного ресурса менее желательно, чем других, поскольку или нет возможности полностью решить поставленную задачу, или необходимо создавать условия для накопления ресурса. То есть использовать дополнительное устройство.
Пример-шутка
Памятка автомобилисту! Водитель, запомни: личный ангел хранитель летает со скоростью не более 100 км/час.
Рис.22. Ангел хранитель летает со скоростью не более 100 км/час.
1.4. Ценность ресурса
Ресурсы для с технической системы имеют определенную ценность.
По ценности/стоимости для системы и пользователя – ресурсы делятся на полезные, нейтральные и вредные.
В каждой технической системе есть вредные отходы вещества и энергии. В самой системе могут оказаться вредно действующие на нее вещества и поля. Все это плохо влияет на работу системы и требует дополнительных затрат. Но если придумать, как эти вредные по отношению к системе вещества/поля/возможности использовать – они из вредных становятся полезными для технической системы ресурсами.
Таким образом, по отношению к системе потенциальные ресурсы изначально могут быть вредными, нейтральными и полезными. Разумеется, выгоднее всего использовать вредные ресурсы. С них и следует начинать анализ.
1.4.1. Вредные ресурсы.
Определение: потенциальные ресурсы называются вредными, если они вредно действуют на систему, или являются отходами системы, которые приходится утилизировать и нести из-за этого затраты.
Использование вредных потенциальных ресурсов очень эффективно, поскольку позволяет не только решить поставленную задачу или улучшить работу системы, но и снизить затраты на утилизацию отходов и борьбу с вредными факторами.
Пример
Американские исследователи обратили внимание на то, что свиной навоз богат маслами, похожими на нефть. Этого, к сожалению, недостаточно, чтобы получать бензин, но такое «сырье» подходит для производства асфальта. Расчеты показали, что стоимость получения битума из навоза будет составлять меньше 15 центов за литр. Такое сырье намного дешевле и экологичнее, чем вяжущие на основе нефти. Сейчас новый биоасфальт проходит испытания. Разработка имеет большое практическое значение, поскольку позволяет не только получать дешевый битум, но и нейтрализовать очень вредные отходы. По оценкам ученых ежегодно в мире производится 163 миллиарда (!) литров свиного навоза, оказывающего очень негативное влияние на природу. Это достаточно большие ресурсы.
В данном случае, речь идет об использовании «вредного» ресурса для получения полезного продукта.
Рис.23. Свинья и горы свиного навоза
Пример
Каналы и пруды быстро зарастают травой, что совершенно недопустимо. Для борьбы с этим используют карпа и толстолобика. Их запускают в каналы и пруды, зарастающие травой. И рыбы быстро очищают водоемы и каналы, используя «вредный» ресурс, чтобы набрать товарный вес [4].
Пример
Это произошло в 1944 году. Фашисты, препятствуя действию советского флота, начали минировать порты Прибалтики. Со сторожевого катера наши моряки видели, как немецкие эсминцы, после установки очередной партии мин, ушли за следующей. Границу минного поля они отметили специальным буем. Но вооружение у катера слабое, воевать с эсминцами он, конечно, не может. Как быть? Просто сообщить разведданные командованию? И тогда командир катера Григорий Давиденко придумал, как использовать вредный ресурс – вражеские мины. Он передвинул буй, а когда эсминцы вернулись, то они подорвались на своих же минах [5].
Пример-шутка
После собеседования
– К себе на работу мы Вас точно не возьмем. Но будем платить тройной оклад, если вы устроитесь на работу к нашим конкурентам!
1.4.2. Нейтральные ресурсы.
Определение: ресурсы, использование которых не влияет на экономические и технические характеристики системы, называются нейтральными.
Пример
В зоне ветров используются ветрогенераторы. Это природный ресурс, использование которого никак не влияет на природу. То есть это нейтральный ресурс.
Рис.24. Ветрогенератор на крыше
1.4.3. Полезные ресурсы.
Определение: ресурс называется полезным, если он нужен самой системе, но его часть может быть использована для дальнейшего развития системы или решения новой задачи.
Пример
Все современные автомобили оснащены кондиционерами. Это создает дополнительный комфорт водителю и пассажирам. Но при этом, кондиционер использует полезный ресурс – часть энергии двигателя автомобиля.
1.5. Готовность ресурса к использованию
По степени готовности ресурса к использованию они могут быть готовыми и производными.
Определение: ресурсы, которые могут быть использованы сразу и без изменений, называются готовыми. В большинстве случаев изобретатели используют готовые ресурсы.
Пример
Старая шина – готовый ресурс для изготовления клумбы. Достаточно покрасить снаружи, засыпать внутрь землю и можно сажать цветы!
Рис.25. Клумба из старых шин.
Пример-шутка
– У вас есть лыжные ботинки 52 размера?
– А лыжи Вам зачем?
Определение: ресурсы, которые получаются из имеющихся после некоторых преобразований, называются производными.
Пример
Давление газа в магистральных трубопроводах – 75 атмосфер. В городские сетях используется газ с давлением 6 атмосфер. Для понижения давления, используют специальные устройства на основе эффекта Ранка. Газ поступает в специальную трубку по спиральной траектории и закручивается. После этого в одну сторону направляется нагретая часть газа, а в другую – охлаждённая. Причем охлаждение достигает 40 °С по сравнению с температурой входящего газа. Этот холод и используют. Рядом со станциями отбора газа из магистральных трубопроводов часто строят большие склады-холодильники.
Рис.26. Вихревой эффект Ранка
1.6. Предпочтения при использовании ресурсов
Часто бывает, что в Вашем распоряжении может оказаться много различных ресурсов. Использовать можно любые ресурсы, но если у Вас есть выбор, то рекомендуется следующая последовательность при использовании ресурсов:
а. В первую очередь старайтесь использовать готовые ресурсы. Если готовых ресурсов нет, постарайтесь получить необходимый ресурс на основе тех, что находятся в вашем распоряжении, то есть получите производный ресурс.
Пример-шутка
– Папа, расскажи мне на ночь сказку!
– А ты слышала, о чём мы с мамой в кухне говорили?
– Нет.
– Ну, тогда слушай. «Сказка том, как я на работе задержался»
б. Поиски ресурса следует начинать в системе, затем расширить зону поисков до внешней среды, и, в крайнем случае, искать ресурсы в надсистеме.
Пример-шутка
– А я своей любимой на Новый год подарок под елку положил!
– А она что?
– А она его до сих пор ищет: тайга-то большая!
в. Старайтесь использовать в первую очередь неограниченные ресурсы, которые у Вас имеются в избытке. Вдруг Вам понадобится еще! Если их нет – используйте достаточные ресурсы. Если и это не получается, то воспользуйтесь недостаточными ресурсами, для частичного решения задачи, или постарайтесь найти способ их накопления.
Пример-шутка
– Богато живете – икра на столе!
– Так ведь кабачковая!
– Зато целое ведро!
г. Старайтесь использовать вредные или нейтральные ресурсы. Их использование позволит сократить затраты до минимума или даже получить дополнительный положительный эффект. Если же это невозможно, то воспользуйтесь полезными ресурсами.
д. Постарайтесь не пользоваться дорогими ресурсами.
Как правило, в распоряжении исследователя всегда имеется большое количество бесплатных или очень дешевых ресурсов, среди которых:
– отходы;
– обрабатываемый продукт, особенно если он затем повторно используется;
– отводимое тепло;
– ресурсы внешней среды, если они под рукой или все равно используются.
Возможность использования этих ресурсов рекомендуется проверить в первую очередь, и лишь затем перейти к анализу более дорогих ресурсов.
Краткие итоги главы 1
К основным видам ресурсов относятся – вещественные, энергетические, пространственные, временные и функциональные ресурсы.
Вещественными ресурсами являются все вещества, которые есть в системе или около нее, и их не надо вносить специально.
При этом под веществом понимается и материал системы, и элементы системы в целом, если они использутся, как вещество.
Энергетическими ресурсами являются любая энергия, которая не подводится извне и не вырабатывается специально, а уже есть в совершенствуемой системе или около нее.
Пространственными ресурсами являются пространство в системе или около нее, которое можно использовать для размещения элементов системы или для решения проблемы.
Временными ресурсами являются время до выполнения производственного процесса, время самого процесса, а также время после него, если это время возможно использовать для решения возникающих проблем или совершенствования технической системы.
Функциональными ресурсами является способность системы и ее подсистем выполнять, кроме уже используемых функций, некоторые другие, которые могут быть использованы для развития системы или решения новой задачи. Это могут быть как известные функции системы, примененные в новых местах или по новому назначению, так и новые функции – сверхэффекты 2.
Ресурсы можно найти повсюду: в системе, надсистеме, около системы. Ресурсы, находящиеся в самой технической системе, с которой мы работаем, называются ресурсами системы. Ресурсами внешней среды называются ресурсы, которые могут быть найдены в окружающей техническую систему природе, то есть земля, вода, воздух и др. Ресурсы всех надсистем, в рамках которых работает исследуемая система, называются ресурсами надсистемы.
Количество ресурса в системе, по отношению к потребности в нем, может быть много или мало, поэтому условно мы можем сказать, что ресурс бывает неограниченный, достаточный или недостаточный. Неограниченным называется ресурс, запасы которого многократно превышают потребности в нем. Если количество ресурса соответствует потребности в нем, то ресурс называют достаточным. Ресурс, который по своим свойствам, функциям, назначению подходит для решения поставленной задачи, но его количества не хватает, чтобы полностью решить задачу, называется недостаточным.
____________________________________
2 Сверхэффект – появление неожиданного, в том числе и для разработчика, преимущества сверх ожидаемого результата от внедрения полученного решения задачи.
По ценности/стоимости для системы и пользователя – ресурсы делятся на вредные, нейтральные и полезные.
Ресурсы называются вредными, если они вредно действуют на систему, или являются отходами системы, которые приходится утилизировать. Ресурс, использование которого не влияет на экономические и технические характеристики системы, называется нейтральным. Ресурс называется полезным, если он нужен самой системе, но часть которого может быть использована для выполнения поставленной задачи или развития системы, при условии, что полезный эффект от этого будет превышать ущерб, наносимый системе.
По степени готовности ресурсов к использованию они могут быть готовыми и производными.
Ресурсы, которые могут быть использованы сразу и без изменений, называются готовыми.
Ресурсы, которые получаются из имеющихся после некоторых преобразований, называются производными.
Использовать можно все ресурсы, но если у Вас есть выбор, то рекомендуются следующие правила выбора ресурсов при выборе возможности их использования:
а. в первую очередь старайтесь использовать готовые ресурсы;
б. поиски ресурса следует начинать в системе;
в. старайтесь использовать в первую очередь неограниченные ресурсы;
г. старайтесь использовать только вредные или нейтральные ресурсы;
д. постарайтесь не пользоваться дорогими ресурсами.
Возможность использования перечисленных ресурсов рекомендуется проверить в первую очередь, и лишь затем перейти к анализу других ресурсов.
А главное, помните – Вас окружают ресурсы и у Вас всегда есть большой выбор!
Пример-анекдот
Сельская учительница никак не могла решить, за кого выходить замуж – за тракториста или директора школы.
– С одной стороны – быстрый карьерный рост, с другой – без трактора к школе не подберешься….
Пример-анекдот
Доктор, посоветуйте, что мне делать: муж не любит мою собаку!
– У вас есть выбор – отравить или утопить…
– Кого?!
– Ну, я же говорил, у вас есть выбор…..
Глава 2. Основные приемы использования ресурсов
Как мы уже говорили, ресурсный подход – сильнейший инструмент в руках профессионала, но и начинающие пользователи ТРИЗ могут его успешно использовать. В данной главе я привожу типовые алгоритмы поиска ресурсов, а также примеры их применения.
Каждый из нижеописанных приемов имеет достаточно узкое применение, однако эти приемы позволяют найти близкие аналоги при поиске решений большого числа различных задач. Именно такой подход позволяет эффективно работать с данным материалом начинающим пользователям ТРИЗ!
2.1. Вещественные ресурсы
Вещественные ресурсы – любые материалы, из которых состоит система и ее окружение (надсистема и внешняя среда). Сначала мы рассмотрим наиболее простой вариант использования вещественного ресурса – использование этих веществ без изменений, то есть применение готовых ресурсов.
Однако надо помнить, что Ваши возможности многократно возрастают при использовании преобразованных ресурсов (производных ресурсов). Например, из воды можно получить еще лед, пар, кислород, водород и использовать их.
2.1.1. Анализ доступных готовых вещественных ресурсов
Определите имеющиеся в системе готовые вещественные ресурсы. В их число входят:
– основные элементы системы (детали, корпус и др.) – как правило, эти ресурсы могут дать возможность получить новые функции. Постарайтесь «нагрузить» основные элементы системы дополнительными функциями.
Пример.
В старых марганцево-цинковых батарейках корпус батарейки изготавливался из цинка. Этот корпус служил отрицательным электродом и постепенно растворялся в химической реакции генерирования электрического тока.
Рис. 27. Марганцево-цинковая батарейка; (1) – металлический колпачок, (2) – графитовый электрод (»+»), (3) – цинковый стакан (» – »),
(4) – оксид марганца, (5) – электролит, (6) – металлический контакт.
– потоки вещества как внутри системы, так и проходящие через техническую систему, например изделия, обрабатываемые данной системой. Эти вещества (изделия) могут частично быть использованы для разных целей.
Пример
При перекачке природного газа, часть его используется как топливо для компрессоров и других устройств, обеспечивающих энергоснабжение системы.
Рис.28. Газоперекачивающая станция магистрального газопровода
– доступные вещества внешней среды: воздух, вода (рек, озер, водоемов), земля, камни;
Пример
Лед, замерзший на реке, разрезается на блоки и становится прекрасным бесплатным материалом для строительства новогодних ледяных городков.
Рис.29. Ледовый городок. Ангарск-2014
– элементы надсистем, в которых работает данная система3.
Замечание: На этапе знакомства с системой или экспресс-анализа не рекомендуется проводить глубокий анализ. Достаточно проанализировать первый уровень, в который войдут основные элементы систем, потоки вещества в технической системе, отходы, а также элементы надсистемы и внешней среды, имеющие неограниченный ресурс.
Если желаемый результат не достигнут, то можно провести расширенный анализ ресурсов. При этом в рассмотрение войдет более широкий круг элементов системы и надсистемы, а также менее доступные элементы внешней среды.
Уважаемый читатель! Если Вы хотите сразу использовать материал, с которым сейчас знакомитесь, каждый раз, причитав описание того или иного приема (и примеров к нему), постарайтесь увидеть аналогию с Вашими задачами и оцените, можно ли использовать этот прием в Вашей текущей практике.
2.1.2. Анализ производных вещественных ресурсов
Анализ начинается с определения наиболее доступных производных вещественных ресурсов. Для этого рекомендуется проанализировать, как могут быть преобразованы имеющиеся вещества.
Самыми распространенными приемами получения производных ресурсов являются:
_______________________________
3 Это не очень удобный ресурс, но в работе всегда надо помнить, что рядом есть много источников полезных ресурсов – это то, что находится рядом, например, в соседних цехах.
– химическое разложение имеющихся веществ с получением производных веществ;
– фазовые переходы имеющихся веществ.
Наиболее известные фазовые переходы – это переходы из жидкого состояния в твердое или в газообразное состояние и обратно.
Пример 1
Затонувшие суда поднимают с помощью понтонов. Понтоны заполняют водой, опускают на дно и прикрепляют к затонувшему судну. Затем воду из понтонов выдавливают, накачивая в них воздух. Но доставить воздух на большую глубину сложно и дорого. Взять его на глубине негде. Предложено использовать производный ресурс – взять воду и нагреть ее до кипения, или же разложить воду электрическим током на кислород и водород. Пар или газ вытеснят воду из понтонов, и они поднимут судно.
/а.с. 638 506/
Рис.30. Понтоны, при спасении подводной лодки USS F-4
Пример
Прибрежные горы Чили – засушливый район. Однако ветер часто заносит туман с моря. Канадский физик Роберт Меменауэр установил в горах сети, наподобие рыбацких. С приходом тумана на сетях остаются капли воды. 50 сетей размером 13х4 метра достаточно, чтобы за сутки собрать до 10 000 литров питьевой воды [6].
2.1.3. Использование вещественных отходов системы
При анализе особое внимание следует уделить отходам технической системы. Их использование может значительно повысить эффективность работы системы. Среди типовых способов применения отходов:
– возврат отходов в реализуемый системой процесс
Наиболее простой способ утилизации и использования отходов – использовать их как сырье; хотя для этого могут требоваться некоторые изменения системы (часто – совсем небольшие).
Пример
При шлифовании древесно-стружечных плит образуется много пыли, выбрасывать которую в атмосферу запрещено.
Предложено решение: образовавшуюся пыль добавлять в исходное сырье. Таким образом, процесс становится безотходным [7].
Примеры
При производстве пластиковых пакетов, все отходы перерабатываются в гранулы и снова направляются на изготовление пленки для пакетов.
На металлургических заводах вся обрезь и брак отправляется в переплавку.
– использование специфических свойств отходов
Если отходы имеют специфические свойства, которые могут быть использованы в технической системе или вне ее, то можно попытаться применить их. Надо только тщательно проанализировать свойства отходов и оценить, где их можно эффективно использовать.
Пример
Переплавлять металлическую стружку – значить потерять до 50% металла.
Предложено: наваривать стружку на арматурное железо. Для этого в цилиндрическую форму из кварцевого стекла засыпают стружку и помещают в магнитное поле высокочастотного индуктора мощностью не менее 55 кВт. Форму подвергают вибрации, и арматурный стержень протаскивают сквозь стружку, которая к нему приваривается индукционной сваркой. Стержни с наваренной стружкой обеспечивают более надежное соединение арматуры с бетоном [8].
– переработка отходов для получения полезного продукта или полезного результата
К таким ресурсам относятся
а. выхлопные газы;
б. отходящие газы котельных и ТЭЦ;
в. зола;
г. вывозимые на свалку или утилизацию твердые отходы;
д. сливаемые в канализацию жидкие отходы.
Это наиболее привлекательные ресурсы, поскольку их использование не только бесплатно, но даже позволяет сократить непроизводительные расходы.
Пример
Отходы деревопереработки могут загрязнять природу.
Рис.31. Отходы деревообработки, стружки и опилки
Но они могут перерабатываться в пеллеты4 и использоваться для отопления или для пиролиза.
Рис.32. Пеллеты для систем отопления
или в прессованные дрова
____________________________________________
4 Топливные пеллеты – цилиндрические гранулы из древесных отходов.
Рис.33. Прессованные дрова
Пример
На фабрике «Аямас» по переработке кур в Малайзии все отходы производства перерабатываются в органические удобрения и продаются фермерам.
Рис.34. Компост из переработанных куриных отходов
При грамотной работе практически любые отходы могут быть использованы как ресурсы. Известна знаменитая фраза американского бизнесмена, владельца мясоперерабатывающего завода – «У нас на фабрике от коровы пропадает только мычание!».
2.1.4. Вещество и пустота в интересах ТС
Любое вещество имеет разные фазовые состояния и в этих состояниях обладает различными свойствами, которые могут оказаться полезными для системы.
Таким образом, изменяя фазовое состояние веществ, мы можем получить большое количество полезных ресурсов.
Другим важным ресурсом является «пустота», то есть полости в веществе 5.
С учетом сказанного, можно рекомендовать следующие приемы использования вещественных ресурсов:
«Защити себя сам»
Если в системе есть вещество, вредно действующее на техническую систему, проверьте – возможно ли, изменив это вещество, создать защитный слой из него же. Этот слой защитит элементы системы от вредного действия.
Типовые приемы модификации: разложение и синтез веществ; выпаривание жидкой фазы; использование фазовых переходов.
Пример
На Новосибирском оловянном комбинате возникла проблема. Олово, нагреваемое факелом сверху, плавилось
______________________________________
5 В ТРИЗ под пустотой понимаются любые полости, в сплошном элементе или материале (при это они могут быть, например воздухом).
в ванне, становилось в жидком состоянии агрессивным. Оно быстро разъедало стенки ванны, изготавливаемые из дорогого коррозионностойкого металла.
Предложено решение: охлаждать стенки ванны для формирования на них постоянно существующего слоя твердого олова.
(Пример мастера ТРИЗ Виссариона Сибирякова)
– Прием «Модификация поверхности элемента»
Если поверхность какого-либо элемента подвергается износу, то следует проверить возможность изготовления этого элемента с модифицированной поверхностью. Такая поверхность часто бывает более устойчивой по отношению к износу.
Замечание: Как сверхэффект, модифицированная поверхность часто улучшает товарный вид продукта или придает ему новые свойства.
Модификация может быть геометрической, химической, структурной.
Пример
Прокатные валки должны быть твердыми и прочными, чтобы прокатывать металл и не изнашиваться. Это можно достичь с помощью закалки. Но при закалке металл становится хрупким и возникает опасность, что при ударах во время прокатки валок может треснуть и сломаться.
Предложено решение: осуществлять поверхностную закалку валков. Токами высокой частоты нагревается лишь несколько миллиметров поверхности валка и проводится его закалка.
Поверхностные слои при этом получаются прочными и твердыми – это обеспечивает износостойкость валка. В то же время, его сердцевина остается мягкой и пластичной, а значит, при ударах валок не треснет и не разрушится.
Рис. 35. Валок прокатного стана
Пример
Для повышения прочности поверхности валков существуют и другие способы, например, накатка валков – когда поверхность валка обжимают твердосплавным роликом, упрочняя поверхностные слои валка.
– Прием «Защита пустотой»
При сильном негативном воздействии поля на среду системы, введение «пустоты» может существенно ослабить негативное воздействие.
Пример
Долгое время считалось, что гидроэлектростанции – экологически чистое производство электроэнергии. Но это не так. Исследования показали, что при прохождении воды через винт гидрогенератора в ней возникает кавитационный эффект. Из-за этого в воде, при прохождении через ГЭС, гибнет до 98% планктона. По существу, после прохождения ГЭС вниз сбрасывается «мертвая вода», в которой начинает гнить эта погибшая органика.
Каскад из нескольких ГЭС – и река становится мертвой на всем протяжении, а в море сбрасывается вода, отравляющая все живое на многие километры.
Рис.36. Схема гидроэлектростанции
Предложено решение: в воду добавлять пузырьки воздуха. На них и будут высаживаться кавитационные пузырьки, становясь намного безопаснее для планктона.
При использовании такого метода выживает около половины планктона, а значит, он сумеет быстро восстановиться [9].
Пример
Чтобы защититься от ударной волны при взрывах в ограниченном пространстве используется… пена. Место установки взрывчатого вещества покрывается монтажной пеной, которая гасит ударную волну.
– Прием «Пустота – защита от трещин»
Иногда, в процессе работы в элементе системы появляется трещина, которая развивается неуправляемо в произвольном направлении. Чтобы избежать нежелательного неконтролируемого разрушения, рекомендуется сделать надрезы так, чтобы при возникновении трещин они достигали надрезов. После этого трещины идут по наиболее слабому направлению, то есть по надрезу, и уходят в безопасном направлении или останавливаются, попав в пустотную ловушку.
Пример
Инженеры из Германии разработали новый керамический материал на основе окиси циркония и окиси алюминия. Изготовленные из него турбинные лопатки обладают уникальными прочностными свойствами. Хитрость в технологии изготовления лопаток. Их прессуют из порошка, после чего выдерживают при температуре 1500 °С, при этом частички порошка спекаются. После быстрого охлаждения в материале образуются микротрещины размером в тысячные доли микрона. При такой технологии трещины располагаются в шахматном порядке, что обеспечивает торможение одних трещин другими. Этим предотвращается образование и развитие трещин [10].
Рис.37. Турбинная лопатка
– Прием «Вес из внешней среды»
Если по условиям работы техническая система должна быть в одно время тяжелой, а в другое легкой, то решение состоит в использовании сразу двух ресурсов – пространственного ресурса системы и вещества из внешней среды.
Для этого в системе создаются специальные емкости, которые пустые в одно время, и заполнены, например водой, в другое время.
Отметим, что использование такого доступного внешнесистемного ресурса, как вода, резко повышает реализуемость предлагаемых решений.
Пример
У асфальтового катка передняя бочка – полая. При транспортировке катка с одного места на другое полость пустая, то есть легкая. А перед трамбовкой в полость заливается вода, и тяжелый каток хорошо уплотняет асфальт или землю.
Рис. 38. Асфальтовый каток
.
Пример
Рис. 39. Подставка для пляжного зонта
Подставка для зонта от Солнца в виде емкости из полипропилена. Она в базовом состоянии (когда пустая) очень легкая, и это удобно при транспортировке. При этом подставка становится достаточно устойчивой (тяжелой) после заполнения ее водой или песком.
The free sample has ended.
