Бесплатный фрагмент - ТРИЗ для «чайников» — 3

От автора

В начале 1990-х годов мне в руки попала книга У. Фостера «Атакующие выигрывают» [1]. Прекрасная книга с массой фактического материала, описывает истории успешных компаний, таких как «Хьюлетт- Паккард», «Проктер энд Гэмбл», «IBM», и  др.

Если отбросить лирику, то схема успеха вырисовывалась у автора практически одинаковая везде. Была загнивающая старая компания (компания 3-4-го этапа в терминологии ТРИЗ). В недрах ее бюрократии, по непонятным причинам появлялся  энергичный лидер, который долгое время прятался внутри структуры («серый кардинал», лидер второго этапа, в терминологии ТРИЗ). Затем он почему-то становился главным в компании и быстро стартовал эффективный новый продукт (пионерную систему в терминологии ТРИЗ). И…. УРА! Победа!

Все описывается очень красочно, с подчеркиванием благородных черт характеров всех успешных лидеров, но,… Черт возьми!  Так не бывает! А если бы этого лидера не было, так что? У нас не было бы, стирального порошка, персональных компьютеров, принтеров???

Дело в том, что У. Фостер ставит телегу впереди лошади. Действительно от лидера многое зависит. Плохой лидер может погубить Дело или надолго затормозит развитие системы или технологии. Но не Лидер первичен, а сама система! Создание новой пионерной системы определяется объективным уровнем развития техники. А ее развитие – объективными законами развития технических систем.

Хороший Лидер грамотно и быстро  развивает систему, если действует в соответствии с этими  законам. Именно поэтому и развивались быстро   «Хьюлетт-Паккард», «Проктер энд Гэмбл», «IBM». Их лидеры действовали в соответствие с законами развития технических систем. Правда, делали они это интуитивно.  Но надо понимать, что поскольку эти законы объективные – их можно изучить, и развивать любую систему осознанно с учетом этих законов.

В ТРИЗ изучены многие из  законов развития технических систем, закономерностей развития Дела. Есть и другие разработки, объясняющие смену  лидеров в процессе развития технической системы, правил управления коллективом на разных этапах ее развития (в частности,  в некоторых разработках Б. Злотина, Л. Каплана и И. Азидеса [ 7 ]).  Все это, в совокупности с великолепным инструментарием по решению технических проблем позволяет быстро и эффективно развивать техническую систему и Дело, на ее основе.

В этой книге не только описаны общее закономерности развития, но и даны конкретные рекомендации их применению, а также примеры и микростандарты, которые смогут послужить аналогами для Вашей ситуации. Именно этим рекомендациям (они изложены в Разделе 3 том 1 и в томе 2), нужно следовать в практической работе. Просто смотреть рекомендации, микростандарты, примеры и оценивать, как это можно их применить в качестве аналогов к системе и ситуации, которые Вы анализируете. Это позволит искать новые перспективные решения не случайным перебором вариантов, а направленным поиском в соответствие с законами развития технических систем.

Так сложилось, что с начала 1990-х я занимался и ТРИЗ, и бизнесом, работая директором по развитию разных промышленных компаний. И все, что описано в этой книге, во многом опробовано и подтверждено практическим опытом.

Введение

Как появляются новые технические системы? Есть ли правила создания изобретений или это является это актом озарения, творчества изобретателя? Можно ли создавать и развивать системы по правилам и алгоритмам? Существуют ли такие правила и алгоритмы?

Для всех, кто занимался ТРИЗ — это уже давно риторические вопросы. Весь мир развивается в соответствие с законами диалектики. И технические системы — как часть материального мира — развиваются по этим же законам, но только более частным, применимым к техническим системам. Значит эти законы можно изучить и использовать.

В ТРИЗ основные законы развития технических систем сформулировал  в конце XX века Г.С. Альтшуллер:

— Закон повышения степени идеальности;

— Закон S–образного развития системы;

— Закон перехода на микроуровень;

— Закон вытеснения человека из системы.

Это общие законы, которые определяют правила существования и развития технических систем. Они помогают нам понять, что и как происходит в мире техники. Эти законы позволяют оценивать техническую системой, степень ее развития и разрабатывать стратегию развития для нее и для Дела. Они определяют оптимальные черты характера Лидера-разработчика для успешного развития системы на разных этапах.

Кроме этого, на основании этих законов, учениками Г. С. Альтшуллера разработана группа более частных законов, тенденций и линий развития, которые дают возможность получать:

— прогнозы наиболее перспективных направлений развития технических систем;

— инструментальные рекомендации по их созданию и совершенствованию.

Среди наиболее серьезных работ в области исследования законов развития технических систем можно отметить исследования Б. Л. Злотина и А. В. Зусман в их работах и софтверах компании «Ideation International Inc.», В. М. Петрова [2], С. Литвина и А. Любомирского [3], Ю. П. Саломатова [4]. Есть немало и других исследований.

Отметим, что в основном эти исследования касались не алгоритмов создания пионерных систем, а законам развития уже созданных систем. Эти разработки позволяют эффективно совершенствовать технику без больших затрат времени на случайный поиск.

Перед тем как начать рассказ о законах развития техники, хотелось бы сделать несколько замечаний.

1. В отличие от законов физики и химии, законы развития технических систем, тенденции и линии развития не являются строго детерминированными. То есть, нет четких указаний по развитию систем, зато есть общие подходы и правила, которыми и надо руководствоваться в работе, чтобы правильно развивать систему. Справедливости ради скажем, что даже это происходит не всегда в полной мере. Но знание этих закономерностей помогает понять, в каком направлении нужно двигаться, предвидеть изменения в ней. А значит, эти законы подсказывают возможные технические решения.

2. Пункт 2 вытекает из п.1. В силу случайности процесса открытия, практически невозможно предсказать точно дату или сроки открытия, но можно достаточно уверенно прогнозировать тренды развития, типы ожидаемого развития технических систем, а так же оценить пределы их развития.

3. Нет отдельных законов развития технических систем — есть один общий ЗАКОН РАЗВИТИЯ технических систем, являющийся частным случаем общего диалектического закона развития материи. Традиционное разделение на различные законы развития технических систем — это условность, которая введена для удобства анализа. ЗАКОН РАЗВИТИЯ — как многогранный кристалл, где каждая грань дает свою картинку, свой срез. Рассматривая кристалл с разных сторон, мы способны лучше видеть и понимать его. Законы развития технических систем, которые мы рассмотрим ниже, тесно связаны между собой, и в каждое техническое решение видится через проявление того или иного частного закона (ну совсем как мы видим одну грань кристалла через другую его грань).

Например, появление самолетов с изменяющейся геометрией крыла — это проявление закона повышения динамичности и управляемости (появление шарнира), и закона согласования (динамическое согласование параметров скорости и устойчивости в разных условиях), и проявление перехода на микроуровень (дробление элемента), и повышение идеальности (улучшение потребительских качеств системы), и шаг по S-образной кривой…. Просто, с какой стороны посмотреть.

И если мы относим то или иное техническое решение к одному из законов, то это всего лишь, чтобы  лучше изучить и понять те приемы и шаги в законах развития технических систем, которые помогут Вам лучше работать со своей системой.

В первом томе мы подробно рассмотрим общие законы развития технических систем, упомянутые выше, а также некоторые  тенденции развития, которые вытекают из этих законов.

Во втором томе [5], будут рассмотрены три закона, определяющие тенденции развития технической системы в рамках одной S-кривой. Эта, более глубоко проработанная в ТРИЗ, и наиболее инструментальная группа законов, включает в себя:

— закон повышения динамичности и управляемости;

— закон развертывания-свертывания;

— закон согласования-рассогласования.

Для описания частных законов и алгоритмов я буду использовать некоторые термины, которые, как мне кажется, наиболее точно определяют суть описываемых явлений:

Тенденция — склонность технической системы развиваться в определенном направлении, по определенным правилам. Это значит, что движение в этом направлении не обязательно, но наиболее вероятно.

Линия развития – предполагаемая последовательность шагов в развитии технической системы, которая повышает ее идеальность и, которая наиболее вероятна при развитии системы.

Микростандарт – модель задачи-аналога, которая реализуется в рамках тенденции или линии развития. Микростандарт подсказывает возможные решения проблемы или шаги в развитии технической системы, в рамках определенной тенденции.

Миниалгоритм – последовательность из нескольких шагов, подсказывающая основные этапы анализа при поиске решения в конкретных условиях.

Раздел 1.  Классификация изобретений и потребностей

Изобретения бывают разные. Одни – маленький шаг в улучшении  системы, другие – радикально меняют общество.

В 1981 году мне пришлось решать проблему на Верх-Исетском металлургическом заводе.

При обрезке кромок стальной полосы на агрегате продольной резки, необходимо центрировать полосу (7), чтобы обрезать дисковыми ножами (2) достаточно широкие кромки, удаляя все трещины. Но полоса постоянно движется в сторону, поэтому специальный рабочий постоянно регулирует ее положение на агрегате резки рулонов. Чтобы автоматизировать работу агрегата, предложено пропускать обрезаемую кромку (6) через кольцо двух электрических контуров (4). Через один пропускается переменный ток, который наводит ток во второй обмотке. При этом, чем больше ширина обрезаемой кромки, тем больше сигнал. Сигналы, получаемые с двух сторон полосы, сравниваются, и их разность направляется в управляющее устройство (3), которое эффективно заменяет рабочего.

В этом примере, в системе выполнено небольшое изменение — введена управляющая система. Но это изобретение и на него выдано А. С. N 958 047. И таких изобретений каждый инженер может сделать много. Эти небольшие изобретения мало влияют на развитие общества в целом, хотя и решают нужные задачи в определенных условиях.

Наряду с этим, есть изобретения, которые радикально меняют общество. В 1938 году инженеры Эрик Фосет и Реджинальд Гипсон разработали промышленное производство полиэтилена. Первое назначение нового материала — покрытие телефонного кабеля. Теперь мы понимаем, что это было крайне узкое применение полиэтилена, но даже его было достаточно для организации экономически оправданного массового производства.

В  годы Второй мировой войны англичане применяли полиэтилен для производства радаров. А в 1950-х годах началось массовое применение полиэтилена в самых разных областях:

— упаковка (тара, емкости и пакеты),

— трубы для строительства,

— различные детали оборудования и многое другое.

Вскоре, в середине 1950-х  был разработан аналогичный материал – полипропилен. У него были еще больше возможностей – это детали автомобилей, оконные рамы, обшивка домов…

Фактически применение этих материалов радикально изменили многие технологии в строительстве, упаковке, химию, электротехники и других отраслях.

Чем же отличаются эти изобретения?

Г. С. Альтшуллер предложил ввести 5 уровней для оценки качества изобретений, в зависимости от того,

1. Разрешают ли они противоречия,

2. Насколько серьезные изменения происходят в системе, и как влияют они на общество.

И главным критерием является оценка того, сколько вариантов, по мнению экспертов, надо перебрать, чтобы найти решение.

Итак, классификация изобретений Г. С. Альтшуллера:

1-й уровень – Мельчайшие изобретения не связанные с устранением противоречий (до 10 вариантов).

2-й уровень - Мелкие изобретения, полученные в результате устранения противоречия способами, известными в данной отрасли (до 100 вариантов).

3-й уровень - Средние изобретения. Противоречие преодолевается способами, известными в пределах одной науки. Например, «механическая» задача решается «механически»,  «химическая» - «химически» и т.д. (до 1000 вариантов).

4-й уровень - Крупные изобретения. Создается новая техническая система. Поскольку она не содержит противоречий, иногда создается впечатление, что изобретение сделано без их преодоления. На самом же деле противоречия были, но они относились к прототипу - старой технической системе (до 10 000 вариантов).

5-й уровень - Крупнейшие изобретения – пионерные изобретения, порождающие новые отрасли техники. Создается принципиально новая техническая система. Противоречий нет, поскольку еще нет и самой системы; противоречия могут появиться лишь в процессе синтеза системы.  Для создания изобретения пятого уровня нужно предварительно сделать новое открытие (более 10 000 вариантов).

В этой классификации все кажется простым и понятным, но остаются вопросы.

Любая классификация создается, чтобы затем ее использовать для работы. А что дает эта классификация? Деление изобретений на сложные и простые? Так это и так очевидно! И еще, в книге Г. С. Альтшуллер пишет, что изобретений 5-го уровня, создающих новые отрасли промышленности — 0,3% от общего числа изобретений. Но если учесть, что сейчас ежегодно в мире создается около 3 миллионов изобретений, то это означает, что создается около 10 000 изобретений 5-го уровня. Это 10 000 новых отраслей промышленности! Явно нереально! Но почему Генрих Саулович не заметил этой нелепости? Не мог не заметить! Просто в то время ему важно было обосновать необходимость ТРИЗ для решения сложных задач. Для этого и была сделана такая 5-уровневая классификация.

Но для активной работы нужна другая классификация изобретений, которая будет направлять работу специалиста, определять те инструменты ТРИЗ, которые будут наиболее эффективны для решения каждой группы задач.

Глава 1. Классификация изобретений

Предлагается новая классификация. В ее основе — происхождении изобретения. Она не только разделяет изобретения на группы, но и позволяет рекомендовать для каждой группы наиболее эффективные рабочие инструменты (законы и линии развития технических систем и другие инструменты ТРИЗ).

1.1. Первый уровень — пионерные изобретения

Определение: Под пионерным изобретением понимается создание технических систем и технологий, которые:

— реализуют новые функции, которые ранее не существовали; это позволяет создать и удовлетворять новые потребности, которых ранее не было;

или

- реализуют известные функции, но на основе нового принципа действия, что позволяет удовлетворять известные потребности, но на качественно более высоком уровне.

Создание таких систем всегда является основой для появления новых направлений в технике, и даже новых отраслей промышленности. Зачастую они вызывают существенные изменения в обществе. Такие изобретения всегда открывают новые S-кривые.

Пример

Рентгеноскопия

Главное открытие в своей жизни Конрад Рентген сделал 8 ноября 1895 года. Работая в своей лаборатории, он обратил внимание на то, что после включения тока в катодной трубке, почему-то начинает светиться покрытый слоем платиноцианистого бария бумажный экран. Причем происходило это вопреки «здравому смыслу», поскольку трубка была полностью закрыта плотным черным картоном, а значит, свет не мог проходить через него. Он выключил ток — свечение прекратилось, включил — экран снова засветился! И тогда он сделал вывод, что в трубке возникают икс-лучи, которые способны проходить через плотный материал, и заставляют флуоресцировать особые вещества. Причем в зависимости от вида материала и его толщины, преграда пропускала больше или меньше лучей. Как следствие, стало возможным анализировать структуру различных объектов. Установка, разработанная Рентгеном, выполняла совершенно новую функцию — неразрушающий анализ структуры непрозрачного объекта.

Пример

Создание LED-светильников. До этого функция освещения, путем преобразования электричества в световое излучение через нагрев вольфрамовой спирали, выполнялась лампами накаливания. Но использование светодиодов для освещения — новый принцип освещения. Это привело к развитию не только новых систем освещения, но и породило новые направления в других

отраслях, например, новых способов выращивание овощей в многоуровневых теплицах и многие другие.

Основой пионерных изобретений  являются:

— открытия, то есть новое знание в науке и технике;

- усовершенствование одной из подсистем (или технологии) до настолько высокого качественного уровня (скачек в развитии некоторой системы), который обеспечит создание системы с новой функцией.

В рассмотренных примерах:

Рентгеновский аппарат не смог бы быть создан без открытия Рентгеном икс-лучей (за которое он, кстати, получил Нобелевскую премию по физике за 1901 год и право на дворянский титул!).

Появление LED-светильников не могло быть сделано раньше открытия в 1960-1970-х годах желтого, белого и синего светодиодов. В свою очередь, открытия не могли бы появиться без высокого уровня развития техники и технологии выращивания кристаллов оксидов редкоземельных элементов высокой чистоты.

1.2. Второй уровень — не пионерные системы, являющиеся основой новых S-кривых

К не пионерным системам относятся системы, выполняющие известные функции, и в которых используются только известные подсистемы и элементы, но объединение, которых позволяет создать новую систему. В ряде случаев, эта новая система обладает преимуществами, позволяющими преодолеть качественные ограничения, не позволяющие развиваться предыдущим системам, то есть порождает новые S-кривые. Именно такие изобретения относятся ко второму уровню.

Есть три пути создания изобретений второго уровня:

- замена одной из ключевых подсистем на другую, качественно превосходящую предыдущую;

- объединение двух (и более) различных систем в полисистему с образованием нового качества;

— применение системы по новому назначению.

В зависимости потребности, которую удовлетворяет новая система,  от ее рынка, такие системы могут стать основой для создания целых новых отраслей техники.

Замечание: А могут и не стать! Если рынок ограниченный или специфический! Но все равно это будут изобретения второго уровня.

1.2.1. Создание новых систем, через замену одной из подсистем, на подсистему с новым принципом действия, или добавление новой подсистемы (гибридизация 1).

Новые, не пионерные системы, порождающие новые S-кривые, могут появляться, в результате того, что в известной системе одна из значимых подсистем заменяется на новую, позволяющую получить новое качество. Как правило, заменяется наименее эффективная в настоящий момент для данной системы подсистема. Или подсистема, исчерпавшая ресурс развития. Новая подсистема работает на ином (хотя уже известном ранее и используемом в других системах) принципе действия, позволяющем получить новое качество.

Примеры

Автомобиль — немного измененная карета, в которую устанавливается двигатель внутреннего сгорания (или электрический двигатель). Обратим внимание на то, что и карета была известна, и двигатель внутреннего сгорания вышел на второй этап развития. Но новая система обладала более высокими потребительскими качествами по сравнению с обычной каретой. Именно поэтому и появилась новая величайшая S-кривая — автомобили.

Пример

Беспилотные летательные аппараты — это оснащение самолетов системами управления на расстоянии; первоначально — установка системы телеметрии и замена системы управления. Однако впоследствии произошло полное изменение конструкции. Современные беспилотники совершенно не похожи на обычные самолеты — это новая S-кривая.

Как это ни парадоксально, но такие значимые с точки зрения человечества новые технические системы, как автомобиль, реактивная авиация, не что иное как «простая» удачная замена одной из важных подсистем в технической системе, на качественно более совершенную. И эта замена выполнена в соответствие с известными законами развития технических систем. Они не являются пионерными системами! То есть в классификации ТРИЗ — это ГИБРИДИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

Обычно, первоначальная конструкция таких гибридов — довольно механистичная замена одной системы другой или дополнение системы отсутствующим элементом (например, системы автоматического управления вместо человека, соответствие с законом вытеснения человека из системы), При этом все остальные части системы сохраняются. Однако, со временем, эта замена становится основой для радикального совершенствования всей системы. Но происходит это уже в рамках новой S-кривой (см. Раздел 2, глава 3).

Замечание: Стоит отметить, что значимость изобретения для этой группы часто определяется не только (и не столько) самим изобретением, но, в большей степени, рынком системы, и его значимостью для развития общества, то есть Потребностью, которую оно удовлетворяет (см. Раздел 1, глава 2).

Пример

Казалось бы, керосиновая лампа — это всего лишь модернизация масляной лампы, известной еще со времен Древнего Египта, которая стала использовать новое топливо — промышленно производимый керосин (неограниченный ресурс), вместо животного масла (весьма ограниченный ресурс). То есть система совсем не пионерная, и изменения не очень значительные, но изменение доступности топлива позволило резко расширить рынки. Ее появление радикально изменило общества. Клерки смогли увеличить рабочий день (особенно в зимнее время), повысились возможности образования (студенты и учёные получили возможность читать в вечернее время), работники получили возможность работать на предприятиях и мануфактурах в темное время суток, продавцы — продавать товары и т. д.

Важное замечание — гибридизация, в отличие от создания пионерных систем, вполне алгоритмизируемый процесс, а значит, может быть поставлен «на поток».

Поиск таких изобретений может быть выполнен, например, с использованием обычного морфологического ящика. Стоит отметить, что при работе с таким ящиком важную роль играет понимание «тенденции удешевления продуктов». Это существенно снизит психологическую инерцию при создании новых, достаточно дорогих на первом этапе, но пока неэффективных систем. В классификации Г.С. Альтшуллера это позволяет создавать изобретения четвертого-пятого уровней.

1.2.2. Простое объединение двух и более разнородных систем с последующим свертыванием (гибридизация 2).

Объединение разнородных систем позволяет создавать новые объекты.

Пример

В современном комбайне объединены две системы — косилка и молотилка. Но у них общий двигатель, шасси с колесами и многое другое. А технология такова, что одновременно выполняются две операции. И все это делает один человек!

Техника гибридизации хорошо разработана в исследованиях В. М. Герасимова и В. О. Прушинского, и может, после приобретения небольшого опыта, быть использована рядовыми инженерами [12, 13].

Инструментами для гибридизации могут быть, хорошо проработанные на сегодня, функционально-стоимостной анализ и законы развития технических систем. Такой подход позволяет быстро и эффективно создавать изобретения второго-четвертого уровня по классификации Г.С. Альтшуллера.

1.2.3. Использование известных материалов, технических систем и технологий по новому применению

Часто применение известных технологий порождает новые технические системы (новые S-кривые), отличающиеся от тех, которые использовали эти технологии ранее.

Наиболее ярким примером этого являются современные компьютеры. Первоначально компьютеры разрабатывались для выполнения сложных математических расчетов.

Но, в какой-то момент, программисты начали использовать компьютеры для печати картинок символами. Идея была подхвачена и вскоре на компьютере стали печатать тексты, а еще через некоторое время у компьютеров появилась масса новых применений. Теперь математические вычисления — один из узких рынков из всех применений компьютеров. Разумеется, и сама система при этом претерпела существенные изменения.

Грамотные изобретатели, анализируя систему, всегда будут искать ресурсные функции, специфические свойства и характеристики системы, которые пока никак не используются, и которые удовлетворяют новые потребности. Затем они постараются создать новые системы, в которых эти функции будут гипертрофированно развиты, и постараются подобрать для них новые рынки.

Пример

В марте 1853 года сестра Леви Страусса пригласила его погостить в Калифорнию. В это время Сан-Франциско была знаменитая золотая лихорадка, и массы старателей стремились в Калифорнию в надежде обогатиться. Шурин Страусса решил подзаработать, и попросил Леви прихватить с собой парусины, которую хотел использовать для шитья палаток. Благо, в то время, в связи с переходом флота от парусников к пароходам, парусина резко подешевела. Однако, когда Леви приехал в Калифорнию, выяснилось, что спроса на палатки нет, зато у старателей большая проблема с одеждой, которая быстро протиралась и портилась. Предприимчивый Страусс сообразил, что парусина может быть использована по другому назначению, и начал шить из привезенной парусины штаны. Это и были первые джинсы! Неожиданно новая одежда стала пользоваться большим спросом. В 1873 году он с Джекобом Девисом получил патент на «Комбинезон без верха», и учредил компанию «Леви Страусс».

Пример

Первоначально магнетрон, изобретение британских физиков Джона Рэндалл и Гарри Бута, созданный в 1940 году, был применен в радарах, способных эффективно наблюдать за небом в поисках самолетов. Этими разработками занималась во время Второй Мировой войны, и сразу после нее, американская компания Рэйтеон.

Но, вскоре после войны, финансирование оборонных разработок сократилось, и перед инженерами была поставлена задача — найти новые рынки для продукции компании. Тут инженер компании Пэрси Спенсор вспомнил, что как-то, когда он работал с магнетроном, у него в кармане расплавился шоколадный батончик. Он повторил эксперимент и понял, что магнетрон можно использовать для нагрева предметов. Так появилась идея создания микроволновых печей. Первая печь весила около 340 килограмм, стоила около 3 000 долларов (в то время колоссальные деньги; например, это была стоимость среднего дома или элитного «Кадиллака»! ). Поэтому новые печи использовались только в ресторанах. Но, после ряда усовершенствований и удешевлений, ее вес уменьшился до 10—15 килограмм, а цена снизилась к настоящему времени до 20—150 долларов. Рынок стал массовым, а микроволновая печь стала обязательным предметом почти в каждом американском доме.

Традиционно новое применение находят различным материалам, если неожиданно выявляется, что они обладают свойствами, полезными для других целей…

Пример

Ванилин — известная специя, применяемая в кондитерской промышленности. Но он же замечательный и единственный безопасный репеллент от комаров и гнуса для грудных детей.

Пример (быль)

В аптеку заходит прапорщик и просит продать ему 100 презервативов. На вопросительно-восторженный взгляд продавщицы он поясняет:

— Рота едет на полевые учения без стрельб. А презерватив одеваем на ствол автомата, чтобы грязь не попала. Потом чистить ствол не надо будет!

1.3. Третий уровень — изобретения, созданные в рамках одной S-кривой (в соответствие с законами развития, с разрешением противоречия)

Если пионерные и крупные не пионерный изобретения, связаны с появлением систем, открывающих новые S-кривые, то менее значимые по уровню изобретения (но часто расширяющими возможности применения системы, ее рынки) связаны с решениями, развивающими систему в рамках одной S-кривой.

К таким решениям могут относиться;

— динамизация элементов системы и технологии (часто с преодолением противоречий);

Пример

Динамизация фар позволяет спрятать их, когда они не нужны, чтобы не повредить их и не испачкать.

— согласование ритмики работы системы, ее характеристик и т. п.

.

Пример

Размер конфорок электроплиты согласовывается с диаметром дна кастрюлек, в которых готовится пища.

- добавление в систему дополнительных и вспомогательных подсистем, расширяющих возможности ее  и улучшающих качество функций, которые она выполняет.

Пример

В израильских танках «Меркава» установлены кондиционеры. Эта система позволяет воевать более эффективно в условиях жаркого климата Ближнего Востока.

Подробно об использовании законов динамизации элементов системы и технологии, согласования-рассогласования, развертывания-свертывания при совершенствовании систем можно прочитать в книге серии «ТРИЗ для чайников» «Законы развития технических систем», том 2 [5]. Мощным инструментом для таких изобретений становятся микростандарты, описанные в законах развития технических систем [5, 15].

1.4. Четвертый уровень — конструкторско-технологическая оптимизация

Часто значительное повышение степени идеальности системы обеспечивается простой инженерной работой, в рамках известных инженерных знаний.

Определение: Конструкторско-технологическая оптимизация — это улучшение системы за счет изменения материалов, оптимизации конструкции системы и ее элементов, без разрешения противоречий.

Этот уровень, в понимании многих тризовцев, не является изобретательским, поскольку не разрешается техническое противоречие, или разрешается примитивное противоречие очевидными способами. Часто это уровень рационализаторского предложения. Но иногда даже эти решения могут быть защищены патентами, а главное, они могут быть  очень эффективными с экономической точки зрения. Реализуются же они в рамках известных тенденций развития в рамках закона повышения степени идеальности.

Замечание: Часто бывает, что эти «не изобретения» настолько существенно меняют стоимость и эффективность системы, что это радикальное меняет ее положение на рынке.

К традиционным путям конструкторско-технологической оптимизации относятся:

- замена материалов;

- оптимизация параметров и формы деталей на основе стандартных инженерных расчетов;

- использование серийных элементов из других областей техники;

- переход к крупноблочным конструкциям;

- компромиссные решения.

Пример

Замена стальных труб в системах водоснабжения домов на пластиковые и металлопластиковые не только существенно снизила стоимость материала и сборки, но и повысила их долговечность.

Пример

В сущности современная газонокосилка принципиально не отличается от первой бензиновой газонокосилки 1918 года полковника Эдвина Джорджа. Обычное конструкторское совершенствование всех элементов, без прорывных пионерных решений. Но, черт возьми, есть разница! Если желающих покупать первые газонокосилки было немного (дорогие, тяжелые, шумные…), то теперь почти каждый владелец дома в США имеет свою газонокосилку.

Для выращивания защитных рифов используют старые корабли. В нужных местах их затапливают. Со временем на них нарастают ракушки и кораллы. Так образуются рифы для защиты берегов и городов на берегу.

.

На сегодня в ТРИЗ разработано множество инструментов, позволяющих эффективно развивать систему в рамках одной S-кривой и получать великолепные результаты за счет решений третьего и четвертого уровня.

Глава 2. Потребности. Значение изобретения для общества.

В цирке ходила легенда о трюке, который придумал один жонглер. Год он готовил номер с жонглированием тремя спичками! С точки зрения мастерства — это сложнейший трюк! Он показал номер профессионалам, и они были в восторге, но… в цирке номер не пошел. Зрители не могли увидеть этот номер даже с ближних рядов в огромном здании цирка!

Так и в изобретательстве. Есть великолепные изобретения, которые практически не влияют на развитие общества, а есть простенькие решения, которые совершают переворот в обществе.

Что же значимо при внедрении изобретения? Что делает его важным для общества?

Как то ни странно, но значение изобретения для общества не всегда связано с его уровнем. Более важны:

— Своевременность появления изобретения (готовность общества, науки, техники и технологий); под этим мы понимаем, позволяет ли уровень развития техники быстро и безболезненно внедрять новую техническую систему?

— Широта применения системы, рынок внедряемой системы; то есть насколько широкие слои населения могут использовать новую техническую систему или технологию?

- Значение для пользователя; важность потребности человека или общества, которую оно удовлетворяет?

- Значение для надсистемы, и влияние инновации на ее развитие.

Важными оказываются некоторые другие параметры.

Итак, уровень сложности найденного технического решения совсем не тождественен его значению для общества. Часто бывает, что одинаковые по уровню изобретения имеют для общества совершенно разное значение.

2.1. Уровень изобретения и потребность в нем

Рассмотрим три изобретения первого уровня. В основе каждого из них — открытие. Каждое из них стало началом новой S-кривой, новым направлением в своей области.

2.1.1. Пенициллин

Пенициллин — первый антибиотик - антимикробный препарат, полученный на основе продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

По легенде, его случайно открыл в 1928 году Александр Флеминг. Он занимался исследованиями борьбы с бактериями, и как-то обратил внимание на то, что плесень Penicillium, которая выросла в обычной колбе, угнетает рост колонии бактерий.

Флеминг сделал правильный вывод — плесень Penicillium notatum обладает бактерицидным действием.

Его результаты стали основой работ, Говарда Флори (Howard Florey, 1898–1968) и Эрнста Чейна (Ernst Chain, 1906–79), Оксфордского университета, которые в 1938 году выделили чистую форму пенициллина. А уже в 1941 году была получена первая доза пенициллина, которая спасла жизнь 15-летнему подростку с заражением крови.

Надо понимать, что еще в 1930-х годах десятки тысяч людей умирали от дизентерии, воспаления лёгких, тифа, лёгочной чумы, а сепсис был смертным приговором.

С началом Второй Мировой войны резко возросла потребность антибиотиках, способных защитить тысячи раненых от заражения крови. Работы над получением пенициллина резко ускорились, и в 1943 году впервые началось промышленное производство пенициллина. Грибок выращивали на курином бульоне, а затем из него получали лекарство.

Раскачиваться времени не было и технология массового выпуска пенициллина, сразу же была передана на предприятия Pfizer и Merck. В середине Второй мировой войны в США производство пенициллина было поставлено на конвейер, что спасло от гангрены и ампутации конечностей десятки тысяч американских и английских солдат.

В 1945 году Флемингу, Флори и Чейну была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытие пенициллина и его целебного воздействия при различных инфекционных болезнях».

Однако технология выращивания грибка на курином бульоне была крайне дорогостоящей и громоздкой. Нужна была другая технология.

И она появилась! В 1946 г. удалось осуществить синтез пенициллина, который был идентичен природному, полученному биологическим путем. Технология биосинтеза пенициллина позволила многократно снизить стоимость препарата, а главное – она стала основой для получения многих других антибиотиков.

Пенициллин, а затем и другие антибиотики стали доступными во всех странах мира, что спасает жизнь и здоровье миллионам людей.

2.1.2. Имплантирование в стоматологии

Как это ни странно, но зубным протезированием люди занимались еще две тысячи лет назад. Следы протезирования находят в египетских захоронениях.  Правда, успехи были крайне сомнительны.

Настоящее протезирование началось с XIX века. И основными правилами протезирования  были:

- хорошая подготовка ложа для протеза, чтобы не вызывать воспаления,

— защита от отторжения тканей.

Наиболее эффективным материалом для протезов стало золото. Именно оно было достаточно инертным, чтобы не вызывать воспаление в агрессивной среде рта.

Прорывом в протезировании стало имплантирование, разработанное шведом Ингмаром Бранемарком (P. Branemark) в Университете Гетеборга (Швеция). Основывается оно на открытии:

В костном ложе, которое атравматично подготовлено и точно соответствует по форме устанавливаемой титановой конструкции, происходит прочное «сращение» поверхности металла с костью.

Первоначально Бранемарк пытался применить изобретение не в стоматологии, но особых успехов не достиг. Лишь спустя 13 лет он обратил внимание на разработки многих стоматологов по установке имплантатов.

Активные исследования по новой технологии имплантирования начались с 1960-х годов итальянским врачом Стефано Трамонте (S. Tramonte), французским врачом Рафаэль Шершеве (R. Chercheve), американским стоматологом Линьковым (L. Linkow) и другими исследователями. Они начали экспериментальное внедрение имплантатов с широкими исследованиями в области оптимизации формы имплантата и согласования ее с костными тканями челюсти. Это минимизировало отторжение тканей, но не снимало проблемы плохого соединения имплантата и костной ткани.

В 1965 Бранемарк разработал имплантаты, состоящие из двух частей — внутрикостной и прикручиваемой к ней опоры для коронковой части — абатмента. В качестве материала он использовал титан.

Использование имплантата из двух частей позволило разделить процесс на два этапа:

— этап установки и сращивания основы с костью (когда на только что установленную основу нет воздействия, и процесс сращивания идет быстрее);

— этап установки протеза на основу, надежно вросшую в кость.

Медицина – наука консервативная, поэтому исследования заняли около 30 лет до того времени, когда в конце 1990-х годов началось массовое внедрение этой методики в практику стоматологии. В настоящее время имплантирование протезов из титана стало основной методикой протезирования в современной стоматологии.

2.1.3. Лазерный измеритель расстояния

Как часто бывает, внедрение нового оборудования начинается в военной технике. Измерение расстояния — одна из важных задач в военном деле. Лазерный дальномер был разработан спустя несколько лет после открытия лазера (1954 год).

Через некоторое время прибор перешел в мирное использование и получил довольно широкое распространение у строителей и других профессионалов.

Итак, три изобретения приблизительно одного уровня, но… о пенициллине знают все, и он сыграл выдающуюся роль в развитии человечества, об имплантатах знают многие, и многие используют их, а лазерные измерители почти неизвестны для широкого круга лиц.

В чем же отличие? От чего зависят традиционные представления о значимости изобретения?

Дело в том, что основное значение для общества имеет не столько уровень изобретения, как важность потребности, которую удовлетворяет новая системе или технология.

2.2. Значение характеристик Потребности при создании и внедрении изобретений

О потребностях написано много книг и проведено много исследований. Но нам, с точки зрения оценки перспектив внедрение и оценки изобретений, интересны только некоторые аспекты этого.

2.2.1. Влияние значимости потребности для человека и общества

Можно предложить много вариантов разделения потребностей по важности для человека и общества. В этой книге предлагается один из них:

— Жизненно необходимые потребности (потребности существования)

К этой категории относится то, что обеспечивает жизнь и здоровья человека – лекарства, полноценное питание и другие потребности, относящиеся к группе потребностей первого уровня по Маслоу.

— Важные потребности

К этой категории относятся потребности, оказывающие существенное влияние на качество жизни человека, но не являющиеся жизненно необходимыми. Например, протезирование зубов, обладание автомобилем, наличие собственного комфортного жилья. К важным общественным потребностям относятся обеспечение обороноспособности, охраны общественного порядка, поддержания работоспособной инфраструктуры на базовом уровне (связь, стратегические дороги, системы энергоснабжения, коммунальные сети  и т.п.).

— Избыточные платежеспособные потребности

К этой категории относится значительная часть духовных потребностей, которые люди готовы оплачивать из доходов, превышающих необходимые для обеспечения жизненно важных потребностей. К таким потребностям относятся путешествия, спорт, театр, социальные сети (которые, к слову, для некоторых людей становятся важными потребностями).

— Вспомогательные потребности общества

К вспомогательным потребностям общества можно отнести потребности, которые обеспечивают повышение качества жизни, но не являются жизненно важными. Например, меры по улучшению экологии, улучшение содержания национальных парков, дополнительные меры в области образования и здравоохранения, не относящиеся к базовой структуре. То есть то, что финансируется из избыточных доходов общества по остаточному принципу.

Локальность и относительность понятия важности потребности

Понятие важности потребности локально и зависит от конкретных условий. Например,  вопросы водоснабжения в России имеют большое значение, но источников воды достаточно. В Израиле, Сирии, Иордании  вопрос водоснабжения – жизненно важный вопрос для этих государств. Вопросы защиты экологии становятся жизненно важными для Китая, где загрязнения во многих местах становятся критически опасными для населения, но не являются важными для большей части стран Африки.

Изобретение дешевой и надежной установки миниГЭС для генерации электроэнергии в удаленных от электрических сетей домах — важное изобретение для владельцев таких домов, но совершенно бесполезное в больших мегаполисах.

В зависимости от важности и актуальности проблемы можно оценить, какие ресурсы и кем могут быть выделены для ее решения, а значит выбирать стратегию работы по развитию новой системы.

2.2.2. Роль области распространения потребности на влияние изобретения в обществе

Сфера применения технической системы, зависит от потребности, которую она удовлетворяет. Чем шире применение, тем больше рынок и, как следствие, заинтересованность во внедрении новой технической системы.

По сфере распространения потребности можно классифицировать как:

- потребности для ограниченного круга пользователей, которые возникают в узкой области;

Пример

У некоторых людей возникает аритмия, то есть сердце бьется неравномерно (учащенно или неритмично). Это опасно для здоровья и жизни этих людей. Для борьбы с этой болезнью с 1958 года больным стали вшивать имплантируемый кардиостимулятор, который стабилизирует работу сердца. К счастью, потребность в этом хоть и важная, но возникает нечасто.

— потребности для широкого круга пользователей;

Пример

Свежевыжатые соки очень полезны. С этим никто не спорит, но не все готовы тратить время и силы на их домашнее приготовление. И все же потребность в свежем соке (особенно для детей) можно отнести к потребности для широкого круга пользователей.

— массовые потребности;

Пример

Есть легенда, что когда изобретатель принес проект пулемета, один из генералов спросил: «А, зачем так много пуль, чтобы убить одного человека?».

Достаточно быстро выяснилось, что плотность огня – важнейший фактор на поле боя. За годы Великой Отечественной войны советская армия израсходовала 17 миллиардов  патронов. Каждый солдат, каждый офицер имел личное оружие.

Потребность в патронах — массовая.

— массовые потребности, приводящие к изменениям в смежных областях;

Пример

Потребность в доступных транспортных средствах привела к созданию Генри Фордом конвейерного производства.

Создание конвейерного производства автомобилей радикально изменило американское общество. Автомобиль стал доступен массовому потребителю. Форд начал давать кредиты на покупку автомобилей своим рабочим, сформировав для себя значительный рынок. Рабочие, купив автомобиль, перестали быть территориально привязанными к заводу. Они могли поселяться на значительном расстоянии от заводов. Это позволило начать массовое строительство городов-спутников, что стимулировало строительную отрасль. Банки начали финансировать ипотечное строительство, что развило целое направление в банковском секторе.

Будучи завязанными на собственности, рабочие более ответственно подходили к своей работе (кредиты то надо выплачивать!). Начала меняться ментальность общества.

Радикальные изменения произошли в сельском хозяйстве. Если раньше фермеры могли обслуживать магазины в радиусе не более 15-20 километров (лошадь больше проходить не могла, и продукты портились в дороге!), то автомобили позволили существенно расширить радиус возможного ведения сельского хозяйства. Снизившаяся стоимость машин позволяла доставлять быстро продукты в магазины с более дальнего расстояния.

Итак, появление конвейерного производства в автомобилестроении привнесло радикальные изменения в общество.

Стоит отметить, что оценка широты области реализации потребности может изменяться. С удешевлением технической системы, доступ к ее использованию расширяется, и круг пользователей возрастает. На широту применения новой системы или технологии влияют и другие факторы.

Пример

Экзоскелеты — новые устройства, которые сейчас проходят испытания. Рынок для экзоскелетов (устройств, способных помогать человеку, повторяя биомеханику человека для пропорционального увеличения усилий при движениях) — инвалиды-колясочники, солдаты и рабочие, поднимающие тяжести на производстве.

Сегодня изобретение находится в начале второго этапа S-образной кривой. Компания «Ekso Bionics»,  разработавшая экзоскелет EksoVest,  проводит полупромышленные испытания 75 экзоскелетов на 15 фабриках компании Ford.

По оценке компании рабочие на конвейере поднимают руки около миллиона раз в год. Часто это приводит к травмам плечевого пояса. Испытания покажут эффективность инновации.

Напомним, что сегодня эта система находится в начало развития, и она достаточно дорогая. Однако со временем, когда система станет дешевле, рынок обещает стать массовым. Речь идет не только о экзоскелетах рабочих, но и о экзоскелетах для пожилых людей.

Не секрет, что самая массовая травма для таких людей — перелом шейки бедра, которая может даже привести к смерти человека (именно так погибла великая российская актриса Людмила Гурченко.) В будущем все пожилые люди смогут носить экзоскелеты, которые защитят их от падения. А это уже массовый рынок для десятков и сотен миллионов.

Оценивая значение изобретения для общества надо понимать, что чем шире оно применяется, тем большее значение для

общества оно имеет. Если оно к тому же позволяет проводить изменения в смежных областях, то роль изобретения существенно возрастает.

2.2.3. Новизна потребности

Быстрота внедрения изобретений зависит как от объективных факторов, так и от субъективных. Одним из таких субъективных факторов является новизна потребности, которую удовлетворяет изобретение. Психологическая инерция часто становится существенным барьером для внедрения таких изобретений. Часто задержки при внедрении связаны с тем, что люди не осознают или не полностью осознают наличие потребности. Срабатывает принцип «А нам и без этого неплохо!».

По новизне потребности условно делятся на:

— Известные потребности; например, потребность в освещении жилища. Люди освещали еще свою пещеру кострами, затем появились лучины, свечи, керосиновые лампы, электрический свет. Проблем при внедрении таких изобретений, как правило, не возникает (разве, что трудности реализации при нынешнем уровне развития техники, см. п.2.3.). Люди готовы принимать новые решения, если они удовлетворяют знакомую им потребность и экономически оправданы.

Следует отметить, что чем более известна и понятна потребность для широких кругов общества, тем легче будет проходить внедрение изобретения или новой системы. Тем большие средства будут выделены на их реализацию. Достаточно вспомнить какие огромные средства выделяются на зеленую энергетику и электромобили. Зачастую гораздо большие, чем это было бы рационально делать на момент внедрения.

Замечание. Традиционным основанием (аргументом) для торможения внедрения новых систем и технологий, реализующих известную потребность,  является их более высокая стоимость по сравнению с имеющимися. Но и оно преодолевается со временем.

Пример

Самое дешевая система отопление квартиры – печка или камин, отапливаемые дровами. Она использовалась многие века. Но сейчас мало кто использует ее, поскольку она неудобная. Все остальные системы – газовая, солярка, центральное отопление – более дорогие, хотя и создают больший комфорт. Правда, для того, чтобы это произошло, понадобилось существенное снижение стоимости всех этих систем, чтобы они стали доступными для значительной части населения.

Самой удобной системой отопления является электрическая, хотя, на сегодня, это самый дорогой вид отопления. Впрочем, нет сомнений, что со временем, электрическое отопление станет основным видом обогрева помещений.

— Недооцененные потребности, то есть понимание потребности есть, но люди не понимают важности этой потребности, ее перспективы. Например, сначала самолеты были забавной игрушкой для цирковых аттракционов на ипподроме, и только спустя несколько лет после начала эры авиации, их стали использовать военные. Да и то, только в разведывательных целях. Теперь же без авиации не обходится ни один человек.

Как правило, недооценка потребности связана с:

— Высокой стоимостью ее реализации на первом этапе (это вынуждает нас подходить к изобретению по принципу «да зелен виноград еще»). Человек отказывается от реализации потребности, подсознательно занижая ее значение (или не понимая ее значение).

- Низкой эффективностью системы, реализующей потребность, в силу несовершенства конструкции или технологии на первом этапе.

Пример

Нефть — жидкая смесь углеводородов разного состава. В зависимости длины молекул, при ректификации получаются разные фракции — бензин, керосин, газойль, мазут.

Основным продуктом нефтеперегонки в XIX веке был керосин, который активно использовался в керосиновых лампах для освещения. Остальные продукты нефтепереработки спросом

не пользовались и просто сжигались, или сливались в реки и овраги. Поэтому процесс крекинга — разложения тяжелых углеводородов на более легкие фракции — изобретенный В. Г. Шуховым и С. П. Гавриловым в 1891 году особого интереса не вызвал. Ситуация радикально изменилась в начале XX века с развитием автомобилестроения и авиации. Потребность в бензине с 1900 до 1912 раз выросла в 115 раз и продолжала стремительно расти. Вот тогда-то и вспомнили российское изобретение. Уже в 1913 году американец У. Бартон получил американский патент, а в 1916 году запустил первую установку крекинга. К 1920 году работали уже 800 установок. На них выход бензина из нефти увеличивался в несколько раз.

Алгоритм поиска изобретений для реализации таких потребностей включает:

— допущение того, что цена (затраты на систему, вещество или технологию) может быть резко снижена; оценка того, что дает повышение реализации потребности (см. раздел 3, тенденция удешевления);

— появление дополнительной информации о важности реализации этой потребности, после получения которой начинается активный поиск новых систем.

Обычно изобретения, реализующие эти виды потребности, являются изобретениями первого и второго уровня, которые позволяют выйти на новый принцип действия, новую S-кривую.

— Неосознанные потребности; например, еще 200 лет назад потребности в генерации электричества, и в электрических сетях не было. Просто никто не знал, что такое электричество, и как его можно использовать.

Пример

Середина XIX века. В просвещенной Европе свирепствует родильная лихорадка. В родильных домах смертность достигает 50%. Акушер из Вены Игнац Земмельвейс выдвинул гипотезу, что ее причина — инфекция, которую заносят врачи, которые принимают роды. В то время врачи принимали роды вернувшись из морга после вскрытия, наспех вытерев руки платком. Он предложил простую технологию — перед манипуляциями с роженицами обеззараживать руки в растворе хлорной извести. Несмотря на статистику в его больнице (снижение смертности в 7 раз!), врачи не могли поверить в то, что они являются причиной смерти тысяч рожениц. Открытие Земмельвейса и технология антисептирования были признаны и внедрены уже после его смерти.

Зависимость сложности внедрения изобретений от его новизны

Разумеется, легче всего внедряются изобретения, реализующие осознанные потребности. Тут преимущества, которые дает изобретение понятно всем, и нет необходимости что-либо доказывать. Поэтому изобретения любого уровня внедряются с большим энтузиазмом.

Изобретения, удовлетворяющие недооцененные потребности, внедряются гораздо труднее. Как правило, их внедрению способствует:

- снижение цены на удовлетворение потребности (что обеспечивает удешевление системы и расширение рынка);

- появление возможности  удовлетворения других потребностей, и качественное улучшение свойств системы.

Труднее всего внедряются изобретения с неосознанными потребностями. Обычно это изобретения:

— созданные на основе открытий, то есть изобретения первого уровня;

— изобретения второго уровня, связанных с использованием системы или технологии по новому назначению.

Именно это определяет подход к внедрению этих изобретений. Поиск начинается с определения функциональных ресурсов открытий и известных технических систем. То есть с попыток придумать, как могут быть использованы их разные свойства, чтобы создать новые, неизвестные ранее потребности у человека или общества.

Пример

Первоначально суть беспилотников сводилась к тому, чтобы обезопасить пилотов боевых самолетов при  разведке или бомбардировке объектов противника. Именно поэтому первые серийные беспилотники были сделаны на основе истребителя-бомбардировщика F-4.

Однако анализ новых функций и возможностей беспилотника показал еще три серьезные ресурсные функции, которыми обладает новая система:

а. Беспилотные аппараты намного дешевле управляемых, и как следствие их можно поставить в серийное производство. Не опасаясь потерь «дорогостоящих» пилотов,  можно создавать  большие армады беспилотников, затрудняя работу систем ПВО – системы «стая»;

б. Поскольку нет потерь «дорогого» летчика, можно создавать беспилотники-камикадзе, которые гораздо эффективнее выполняют функцию бомбометания, чем возвращаемые аппараты;

в. У пилотируемого самолета есть серьезное ограничение при маневрировании. При маневре, вызывающем перегрузку в 10G, пилот теряет сознание. Отсутствие пилота резко повышает возможности маневрирования беспилотника-истребителя. Это существенно улучшает его боевые качества.

Все эти возможности сейчас учитываются при разработке беспилотников во многих странах. Меняется и тактика использования беспилотников.

2.3. Готовность уровня науки и техники к внедрению изобретения

К сожалению, новая потребность не всегда может быть реализована. Часто для ее реализации необходимо создания новой системы первого или второго уровня новизны. А для этого требуется уровень развития науки и техники, который еще не достигнут.

Еще в 1927 году писатель-фантаст Алексей Толстой предложил использовать световой луч, как оружие, способное разрезать толстый металл на расстоянии в десятки километров. Несколько десятилетий спустя были открыты лазеры. Они быстро совершенствовались, но даже спустя 100 лет техника не достигла того уровня, чтобы разрезать металл на расстоянии несколько километров.

Пример

Идея заряжать ружья не с дула, а с казенной части была разработана и запатентована французским инженером Маршалом Саксом еще 1731 году. В 1775—1776 года британец Фергюсон упростил конструкцию, изготовил и продемонстрировал образец казеннозаряжаемого ружья высокопоставленным военным чинам Великобритании. В то время, скорострельность 6 выстрелов в минуту, казалась фантастической. Ружье показали в 1776 году королю Генриху III, и Фергюссон получил патент N 1139. А на следующий год он погиб в боях с американскими повстанцами. Ружье отправили в музей и… забыли о нем!

В 1812 году изобретатель Жан Паули предложил революционную для своего времени конструкцию казеннозарядного ружья. Для заряжания предлагалось поднять подвижный затвор, вставить патрон и закрыть затвор. После чего можно было осуществлять выстрел. Новое оружие, более безопасное и скорострельное показали Наполеону. Но оно показалось ему слишком дорогим в изготовлении и эксплуатации. И внедрение было отложено… на 50 лет!

Что же происходило? Все просто! И ружье Фергюссона, и ружье Паули опережали свое время. Технологии того времени не могли обеспечить массовое производство ружей для переоснащения армии. 4 известные британские оружейные фирмы изготавливали 100 ружей Фергюссона 6 месяцев! В этих условиях, о полном перевооружении армии не могло быть и речи.

К новой конструкции вернулись во второй половине XIX века, когда техника шагнула далеко вперед, а Самуэль Кольт придумал новую технологию сборки оружия.

Пример

Создание термоядерного реактора могло бы обеспечить дешевой электрической энергией, и решить проблему изменения

климата. Но уровень современной науки и техники не могут обеспечить стабильную и безопасную термоядерную реакцию.

Оценка готовности уровня развития науки, технике и технологий при внедрении изобретения — необходимый шаг при его реализации.

Иногда бывает, что изобретение запаздывает, и уровень техники для его реализации давно достигнут. Тогда внедрение идет легко.

Бывает, что современный уровень науки недостаточен, и тогда внедрение откладывается на некоторое время, иногда на столетия. Например, идею вертолета предложил еще Леонардо да Винчи, но реализовать ее смогли только пять столетий спустя.

Но наиболее распространена ситуация, когда уровень техники соответствует необходимым требованиям к внедрению изобретения. И тогда идет нормальная рутинная работа по его внедрению.

2.4. Необходимость проводить изменения в надсистеме

Быстрота внедрения новой системы в значительной степени зависит от того, насколько радикальные изменения потребуются в надсистеме, при ее внедрении. Серьезные изменения надсистемы всегда будут тормозить внедрение изобретения.

Пример

Для массового использования электромобилей предстоит построить сеть электрозаправочных станций или адаптировать имеющиеся электрические сети. Сама по себе электрозаправочная станция сложности не представляет, но для создания сети таких станций нужны достаточно значительные инвестиции.

Если при продвижении новых систем элементы надсистем не меняются, то внедрение идет гораздо быстрее.

Пример

Экономичные лампы ворвались в нашу жизнь в конце XX века, хотя они — всего лишь модификация газоразрядных ламп (в простонародье «ламп дневного света»). Но для того, чтобы их стало возможно широко использовать (создания массового рынка) пришлось создать малогабаритные пусковые устройства, размещаемые в специальном цоколе. Изготовление таких устройств стало возможным только в конце XX века. Зато такой цоколь позволил устанавливать новые лампы в обычные патроны, используемые для ламп накаливания (то есть без изменений в существующей надсистеме). Это обеспечило быстрое внедрение новой системы.

Аналогично были решены вопросы внедрения светодиодных ламп. Микроэлектронная начинка и система охлаждения светодиодов были встроены в корпус лампы и ее цоколь. Форма самого цоколя и контакты, были сохранены, и не требовали изменений в надсистеме.

Итак, если мы хотим обеспечить быстрое внедрение новой системы, то необходимо создать условия, при которых не придется вносить существенные изменения в надсистемах, в которых она работает.  В ТРИЗ предстоит разработать механизмы (алгоритмы) адаптации новых систем к существующим надсистемам, с минимизацией изменений в последних.

В Ы В О Д Ы

Предложенная классификация является весьма инструментальной, поскольку позволяет инженеру понимать, как создавать изобретения (используя уже разработанные инструменты ТРИЗ), и как их внедрять и продвигать на рынок, создавая для этого необходимые условия.

Эта классификация изобретений позволяет управлять созданием изобретений разного уровня, в зависимости от желания инженера, используя уже известные законы развития технических систем.

Стратегия работы создания изобретений будет определяться следующим:

а. Чтобы создавать пионерные изобретения необходимо отталкиваться от:

- открытий;

или

- принципиально нового, прорывного  уровня развития  технологий;

и искать в них возможности получить:

- новые функции, которых раньше не было;

или

— новые принципы действия для известных функций.

При оценке перспектив таких изобретений, необходимо оценивать:

- какие потребности будут удовлетворяться при этом, и какова их массовость, значение для общества;

— готовность общества, уровня науки и техники для реализации изобретения.

б. Чтобы создавать новые прорывные высокоэффективные технические системы на базе известных технических решений, возможно применение гибридизации, как основной методики создания изобретений, дающих начало новым S-кривым, новым направлениям в развитии техники.

В этом случае, нет необходимости доказывать перспективность системы, с точки зрения полезности для общества, поскольку потребность уже обозначена. При этом нет необходимости доказывать готовность науки и техники для внедрения изобретения, поскольку все основные подсистемы уже существуют и доказали свою работоспособность.

в. Если идти наиболее простым путем — совершенствовать систему, повышать ее идеальность без выдающихся инноваций — можно создавать изобретения третьего-четвертого уровней.

Для всех четырех уровней изобретений в ТРИЗ разработаны сильные инструменты — законы и линии развития технических систем, которые будут направлять Вас в своей работе.

Значение изобретения для общества в большой степени будет зависеть от широты области потребности, которую оно удовлетворяет, а быстрота внедрения — от осознания обществом этой потребности и наличия необходимого уровня науки и техники для его внедрения.

Итак, все изобретения можно условно разделить на четыре основных группы (уровня), и для каждого из них в ТРИЗ разработаны свои инструменты, которые можно эффективно использовать. А далее, как в песне из известного кинофильма фильма — «Думайте сами, решайте сами…»:

- Вы хотите славы первооткрывателей пионерной системы – изучайте открытия и делайте пионерные системы, но будьте готовы к тому, что слава может прийти, но не при Вашей жизни;

- Вы хотите создать стар-ап, основать новую S-кривую, оставить след в технике и заработать большие деньги – создавайте новые не пионерные системы, но будьте готовы к длительной и трудной борьбе;

- Вы хотите жить спокойной жизнью инженера,  быстро совершенствовать свою систему или технологию – не заморачивайтесь, а просто используйте известные подходы ТРИЗ к развитию систем.

РАЗДЕЛ 2. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ, БАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ  РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Эти законы имеют в основном концептуальное значение и объясняют, как и по каким принципам развиваются технические системы. Хотя иногда их применение позволяет решать и конкретные изобретательские задачи.

Глава 1. Закон повышения степени идеальности

Многие специалисты ТРИЗ уделяет большое значение закону повышения степени идеальности. Считается, что это ГЛАВНЫЙ ЗАКОН, который позволяет дать ориентир в поисках решений, оценивать их качество, а иногда и напрямую выводит на решение некоторых задач. Некоторые тризовцы в азарте утверждают, что только с помощью одного этого закона они и решают задачи! Возможно! Но в моей практике я редко сталкивался с ситуацией, когда формулировка идеальности позволяла сразу решить задача. Хотя, справедливости ради, должен отметить, что решения в этих случаях всегда оказывались сильными.

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

Каждая система создается для выполнения какой-либо полезной функции (или нескольких функций).

За то, что мы получаем эту функцию, нам приходится платить тем, что мы:

- несем определенные затраты на создание технической системы, которая  ее выполняет;

- обслуживаем техническую систему, неся эксплуатационные затраты (энергия, материалы, оплата персонала);

-  получаем отходы, которые приходится утилизировать,  вредные выбросы и иные вредные воздействия (шум, вибрации).

Все это — функция расплаты.

Идеальность системы оценивается таким показателем, как отношение суммы полезных функций к сумме функций расплаты. Выглядит это как дробь, в числителе которой совокупность полезных функций, а в знаменателе — совокупность функций расплаты.

Замечание. Показатель «Идеальность» — качественный, и часто не имеет абсолютного значения. С одной стороны, это связано и с тем, что хотя часть показателей, по которым выполняется оценка, могут быть вполне объективными и измеряемыми — коэффициент полезного действия, расходный коэффициент, мощность, вес и другие. Но они имеют разные размерности, а значит, обобщенного значения у этого показателя быть не может. С другой стороны, многие показатели качественные, и остаются на усмотрение человека, то есть на его экспертную оценку.

Пример

Однажды американского астронавта Уолтера Ширра спросили:

— Скажите, о чём вы думали, когда вы сидели в кресле капсулы космического корабля в момент старта?

— Я смотрел на приборную доску с массой индикаторов и кнопок, и думал — ведь этот космический корабль построил тот, кто на тендере дал правительству минимальную цену за её конструирование и изготовление!»

Пример-шутка

Идеальность в налогообложении это искусство ощипывать гуся так, чтобы получить максимум перьев с минимумом писка.

Со временем любая техническая система совершенствуется. При этом:

а. Повышается качество выполнения полезных функций и их количество — то есть растет числитель дроби.

В автомобиле, например, повышается КПД работы двигателя внутреннего сгорания, или возрастает грузоподъемность автомобиля, или его скорость.

Для легковых автомобилей повышается мощность двигателя и возрастает комфортность. Появляется фары, радио, измеритель количества бензина, кондиционер и другие приборы.

б. Снижаются функции расплаты — то есть уменьшается знаменатель дроби.

В автомобиле это:

- уменьшение расхода топлива (энергии);

- снижение шума, вибрации, устранение запаха бензина и др.

Закон повышения степени идеальности гласит:

С развитием технической системы постоянно происходит повышение степени ее идеальности.

Справедливости ради, отметим очевидность этого закона на уровне здравого смысла. Ведь никто не будет менять лучшее на худшее. Новая система должна быть более эффективной, чем старая.

Но к какому пределу стремится  идеальность?

1.1. Идеальная система (ИКР)

Ни одна техническая система нам не нужна как набор элементов — болтов, гаек, и разных деталей. Нам нужна функция, которая выполняет система. Именно поэтому для нас идеальной системой является система, которой нет, но которая обеспечивает выполнение своей функции.

За такую систему не надо платить, ее не надо обслуживать, от нее нет отходов или вредных проявлений! Эдакая волшебная палочка для исполнения одного желания – функции, которую она должна выполнять.

По аналогии с идеальной системой, под идеальным решением в ТРИЗ понимается такое решение, при котором, без изменений (в крайнем случае, при минимальных изменениях) системы мы получаем требуемый результат.

Стандартная формулировка идеального конечного результата решения задачи (ИКР) выглядит следующим образом — техническая система САМА, не усложняя себя, выполняет требуемое действие или обеспечивает требуемую функцию.

То есть мы ничего (или почти ничего) не меняем в системе, а она преобразуется так, как нам надо. Или мы создаем новую подсистему, которой нет, но которая выполняет в системе нужную нам функцию.

Пример-шутка

Мечта (ИКР) официантки:

Клиенты обедают у себя дома, а чаевые присылали по почте;

Мечта (ИКР) правительства:

– Население само себя учит, лечит, защищает и регулярно платит налоги.

Выглядит такое требование почти фантастическим, однако, практика показывает, что именно формулирование ИКР иногда позволяет найти сильное решение, подсказывает его. Разумеется, что совсем ничего не менять не получается, но зато решение получается с минимальными затратами, в основном, за счет уже имеющихся в системе и около нее ресурсов [14].

1.2. Примеры решения задач с помощью формулировки ИКР

Говорят правильно поставленная задача – уже наполовину решенная задача.  Давайте посмотрим, как работает правильная постановка задачи с помощью ИКР.

Пример 1

Дорога, которая будит засыпающего водителя.

Монотонное движение на дороге усыпляет водителя, и он может съехать в кювет. При патентном поиске вы найдете немало электронных устройств, которые определяют момент засыпания водителя, и будят его. Например, есть такое изобретение — специальный датчик следит да пульсом человека и другими параметрами и, в случае необходимости, бьет его электрическим разрядом. А можно ли обойтись без таких устройств?

Как сделать так, чтобы водитель просыпался, если машина уходит с дороги в кювет?

Формулируем ИКР: Дорога сама будит водителя в тот момент, когда машина начнет уходить в кювет.

Оказалось, что сделать это совсем нетрудно! Достаточно сделать надавы на асфальте вдоль боковой стороны дороги.

Подобное решение позволило сократить аварии, возникающие вследствие усталости водителей. Если водитель засыпает за рулем, и автомобиль начинает уходить с дороги, то такая асфальтовая гребенка быстро разбудит водителя. Когда колесо попадает на участок с гребенкой, машина начинает вибрировать и шуметь. Водитель сразу просыпается и возвращает машину на дорогу.

Это изобретение активно используется на всех  автострадах США.

Пример 2

Закалка швейных игл.

Закалка швейных игл - сложный процесс. При недогреве игла не приобретает нужной твердости, при перегреве становится хрупкой и быстро ломается. При этом если иглу опустить в воду не строго вертикально, то она искривляется.

Разработан способ закалки игл, при котором иглы падают из питателя через вертикально расположенный индуктор вихревых токов. За время падения иглы нагреваются, ориентируются и вертикально падают в установленную внизу ванну. Недостаток заключается в том, что малейшие отклонения мощности индуктора приводят к перегреву или недогреву иглы. Контролировать температуру нагрева сложно.

Как обеспечить точный контроль температуры нагрева?

Формулируем ИКР: Игла сама, при достижении заданной температуры сбрасывается в ванну.

Предложен способ обеспечения качественной закалки с использованием эффекта Кюри: индуктор установили в постоянный магнит. Игла, попавшая в его поле, повисает внутри соленоида и нагревается вихревыми токами до точки Кюри (для стали это около 780 С). Потеряв магнитные свойства, игла падает в охлаждающую ванну. Отпала необходимость точной регулировки мощности индуктора — игла находится в индукторе столько времени, сколько необходимо для достижения точки Кюри.

Пример 3

Хирургическая нить.

Хирургическая нить должна удерживать сшиваемые ткани после операции до момента их срастания. После этого, приходится приходить к хирургу, и он удаляет нити, чтобы избежать воспаления. Если швы на поверхности тела не вызывают больших затруднений, то проблема становится серьезнее при полостных операциях. Приходится делать мини операцию, чтобы удалить швы, наложенные внутри организма.

Формулируем ИКР – Хирургические нити сами удаляются после заживления тканей.

Это решение реализовано. «МедПГА-Р» — синтетический рассасывающийся хирургический материал на основе полиглиглактина-910. Хирургические нити из этого материала, разлагаются в организме за 2—3 недели. Такие нити можно не извлекать из организма после операции, что снижает травмируемость пациентов.

1.3. Взаимосвязь закона повышения степени идеальности с другими законами

Закон повышения степени идеальности и понятие ИКР имеют большое эвристическое значение. Но еще большую роль этот закон имеет в плане понимания тенденций (линий) развития в прогнозе новых направлений при совершенствовании технических систем.

Ряд тенденций  проявления этого закона описан в Главе 1 Раздела 3:

- тенденция удешевления продукции;

- тенденция перехода от штучной заготовки к непрерывной, и снова штучной (мерной);

- тенденция укрупнения неразборных блоков в системе;

- тенденция перехода к одноразовым изделиям;

- тенденции перехода от потребления сырья к его выращиванию;

- тенденция развития накопителей энергии;

- тенденция использования более дорогих, но более качественных материалов;

- тенденция повышение эффективности использования сырья.

Все эти тенденции соответствуют закону повышения степени идеальности. Кроме этого, закон повышения степени идеальности проявляется во всех других законах, описанных ниже и имеющих вполне прикладное значение.

1.4. Локальная идеальность

Всем хочется получить идеальное решение – никаких затрат, а функция выполняется, потребность удовлетворяется. ИКР – хороший ориентир для решения, но достичь его удается не всегда. Какое же изобретательское решение нужно искать, если не достигается ИКР?

Куда покатится шарик, если его бросить? Ну, разумеется, в самую нижнюю точку, скажете вы. И будете правы и неправы! Он покатится в самую низкую точку… в своей окрестности. Так и изобретательские решения. Они могут быть идеальными, но очень дорогими, а могут улучшать систему настолько, что это удовлетворит хозяина задачи, но будут они достаточно дешевыми. Они будут оптимальными («локально идеальными») для определенной окрестности, или при определенных условиях и ограничениях.

Именно на основании ресурсов задачи и ее владельца можно определить тот уровень локальной идеальности, с которым следует ее решать.

Пример

Накопитель-нейтрализатор сточных гипсовых вод производства Норильского горно-металлургического комбината представляет собой большую емкость, в которую поступают жидкие стоки комбината. Высота нейтрализатора — около 20 метров и диаметр 15 метров. В емкость поступают опасные химические стоки, которые после нейтрализации превращаются в безопасный гипс (в основном, в виде мелкой взвеси в объеме жидкости). Гипс вместе с нейтрализованной, но грязной водой сливается в отвалы. К сожалению, не весь гипс уходит с водой. Часть его оседает на стенках, и за 2—3 месяца на стенках накапливается прочный осадок толщиной 2—4 метра. Это существенно снижает производительность нейтрализатора. Приходится останавливать процесс, в емкость спускается рабочий, который отбойным молотком снимает осадок гипса. Это тяжелая работа, которая к тому же нарушает непрерывность процесса нейтрализации. Необходимо улучшить процесс.

Решение

Разумеется, идеальное решение (ИКР) – это разработать технологию, полностью исключающую осаждение гипса, но это очень сложно и дорого.

Было предложено перенацелить образование гипса со стенок на другой, безопасный элемент (прием «Посредник»). Для этого рекомендовано вводить в стоки порошок — концентратор, на который будет высаживаться гипс из раствора. Таким порошком стала зола местной ТЭЦ — готовый ресурс для этого. Теперь большая часть осаждаемого гипса будет оседать не на стенках, а на мельчайших частицах золы, являющихся центрами коагуляции. Полностью исключить осаждение гипса на стенки не удалось, но зато почти бесплатно удалось в несколько раз замедлить процесс зарастания накопителя-нейтрализатора.

Замечание: дополнительным эффектом оказалось ускорение процесса нейтрализации, поскольку сразу появилось много концентраторов для высаживания гипса из раствора.

Пример

После приезда в США в 2001 году я был крайне поражен американскими лампочками. Они перегорали через 2—3 месяца. В России такие лампочки служили по несколько лет. Во мне взыграла конспирология — гады-капиталисты специально делают так, чтобы я чаще покупал лампочки! Но все оказалось не совсем так. Дело в том, что американские лампочки служат меньше из-за того, что у них тоньше вольфрамовая нить. Но делается это не ради экономии вольфрама или чтобы заставить меня покупать лампочки чаще. При тонкой нити лампочка ярче горит, и ее КПД вдвое выше (вы в этом легко убедитесь, просмотрев в Интернете зависимость КПД и срока службы от яркости), а значит, она экономит электроэнергию. Простой расчет — 100-ваттная американская лампа стоимостью 1 доллар (аналогичная российская) служит 1000 часов. За это время она расходует около 100 квт-часов энергии по цене около 20 центов за киловатт-час, то есть 20 долларов. Если бы КПД был вдвое меньше, я потратил бы на 20 долларов больше, сэкономив 1 доллар на более долговечной лампочке!

Дома выгоднее использовать такие лампы, хотя их и придется чаще менять.

Рассмотрим другую ситуацию. На входе в наш кондоминиум  (небольшая деревня из домов на два хозяина) горят такие же лампы. Вроде бы выгодно, но за замену лампы электромонтер берет, как за час работы, то есть 75 долларов! Теперь ситуация зеркальная, экономя 20 долларов на электроэнергии мы платим 75 долларов электрику. В этих условиях выгоднее становится использовать более надежные лампы.

То есть в разных ситуациях локальная идеальность оказалась  разной.

Продолжим рассмотрение примера.

В начале 2010 годов появились LED-светильники. Стоимость их была около 5 долларов, но они позволяли втрое снизить затраты на электроэнергию, а главное – имели в 20-30 больший срок службы. По расчетам, каждая такая лампа экономила до 100 долларов электроэнергии. Я быстро заменил все лампы в доме и очень ощутимо снизил потребление электричества в доме. Не заменил я только лампочку на чердаке! Туда я ходил 2-3 раза в год. И даже обычная лампочка накаливания служила там… вечно. А о расходе электроэнергии и говорить не стоит. За 15-20 минут, которые там я находился, каждый раз расход энергии был мизерным. Так зачем тратить 5 долларов на новую лампу? Для чердака идеальней оказалась старая лампа!

1.5. Применение построения ИКР в нетехнических областях

Оказалось, что построение идеального конечного результата является великолепным приемом при решении нетехнических задач. То есть предлагается заменить задачу, в которой нам необходимо получить «некоторый результат», чтобы улучшить ситуацию, на задачу, в которой объект сам выполняет действие, обеспечивающее нужный результат.

Пример 1

Перед созданием Израиля, британское правительство заранее объявило об этом.  Для местных  евреев стало очевидно, что сразу после этого начнется война с арабами. Нужно было оружие.