скачать книгу бесплатно
Противоречие свойств (ПС): необходимоиспользоватьсинтетический наполнитель, чтобы не вызывать аллергическую реакцию человека, и не нужно использовать синтетический наполнитель, чтобы верхняя одежда получилась достаточно теплой.
Приведем примеры того, как было разрешено это противоречие.
Пример 1.3. Аэрогель
Вместо пуха стали использовать аэрогель[5 - URL: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2018/cg_5.html], который является очень хорошим изолятором. Он не впитывает влагу, и является чрезвычайно легким материалом, так как его структура состоит на 95—99% из воздуха. В связи с этим аэрогель обладает наилучшими теплоизоляционными свойствами. Использование аэрогеля позволяет создавать более легкие и более теплые изделия. Даже тонкий слой аэрогеля создает хорошие теплоизоляционные свойства. В связи с этим верхняя одежда получается легкой с тонким утепляющим слоем и очень теплой.
Пример 1.4. Куртка с регулируемой температурой
Используя передовые технологии, изобрели куртки с подогревом. В настоящее время такие куртки уже доступны массовому потребителю (рис. 1.4). Подогрев происходит благодаря системе безопасных гибких нагревательных элементов из углеродных волокон, питание обеспечивают перезаряжаемые аккумуляторы. Компания ORORO располагает аккумуляторы в изделиях в зависимости от их стиля, чтобы обеспечить оптимальный нагрев изделия. Зарядка аккумулятора ведется через блок питания с использованием USB-кабеля. Аккумулятор подсоединяется к куртке и хранится в кармане. Можно выбрать один из трех уровней нагрева. Чем ниже уровень нагрева, тем дольше прослужит батарея, затем ее нужно подзаряжать. На низком уровне нагрева аккумулятор прослужит примерно 10 часов, поэтому производитель рекомендует иметь с собой запасной аккумулятор.
Рис. 1.4. Куртка ORORO с регулируемой температурой.[6 - URL: https://www.ororowear.com/collections/mens]
Пример 1.5. Куртка с подогревом на основе графена
Белорусские ученые создали одежду с подогревом для метростроевцев, используя наноматериалы, такие как графен – модификация углерода, который превосходит медь в десятки раз по электро – и теплопроводности, а его прочность в сотни раз больше, чем у стальной проволоки. Это более простая и дешевая технология, чем у существующих аналогов курток с подогревом (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Куртка с подогревом для метростроевцев.[7 - URL: https://minsknews.by/belorusskie-uchenye-razrabotali-odezhdu-s-podogrevom-dlya-stroitelej-metro/]
Пример 1.6. Саморазогревающаяся куртка
В компании «Ministry of Supply» разработали саморазогревающуюся куртку «Mercury», которая создает индивидуальный микроклимат для пользователя, постоянно адаптируя и оптимизируя температуру до комфортной для человека в зависимости от погодных условий (рис. 1.6). В этой куртке используются провода из углеродного волокна, идущие вверх по спине и рукавам, для автоматического нагрева одежды за счет резистивного нагрева.
В отличие от других обогреваемых курток, которые необходимо предварительно запрограммировать на определенную температуру, куртка «Mercury» может постоянно адаптировать и оптимизировать свою тепловую мощность в соответствии с температурой тела пользователя. Эту куртку можно нагреть с помощью голосового помощника Amazon Alexa перед тем, как надеть ее. Пользователи также могут ввести свои предпочтения в соответствующее приложение. Затем куртка использует искусственный интеллект, чтобы изучать и предсказывать предпочтения пользователей с течением времени. «Mercury» – это первая куртка, которая использует данные для фактического изменения и улучшения своей функции.
Рис. 1.6. Куртка с регулируемым нагревом, которая работает автоматически.[8 - URL: https://www.ministryofsupply.com/technologies/mercury]
Во всех куртках, показанных на рис. 1.4 – 1.6, используются аккумуляторы, заряда, которых хватает на несколько часов, а затем их нужно подзаряжать.
Пример 1.7. Куртка, использующая солнечную энергию
Уже появились в продаже куртки использующие для подогрева гибкие солнечные батареи. А куртка ThermalTech[9 - URL: https://www.digitaltrends.com/cool-tech/thermal-tech-jacket/] (рис. 1.7) является первой «умной» курткой, превращающей солнечную энергию в тепло для обогрева. Между наружным слоем этой куртки и ее подкладкой расположен слой «умной» ткани, состоящей из легких стальных нитей. Эта ткань поглощает ультрафиолетовые лучи, получаемые от солнца, и превращает их в тепло. Куртка также улавливает энергию от искусственных источников света и использует естественное тепло тела, когда солнце садится.
Рис. 1.7. Первая «умная» куртка, использующая солнечное тепло для подогрева.
1.1.4. Способы разрешения противоречия свойств (ПС)
Существует несколько основных способов разрешения противоречия свойств (ПС). Противоположные свойства разделяют:
– в пространстве;
– во времени;
– в структуре;
– по условию.
Под разрешением противоречия свойств (ПС) в структуре авторы понимают:
1. Непосредственное изменение структуры системы таким образом, чтобы требуемые противоположные свойства не мешали нормальному функционированию системы;
2. Объединение нескольких систем;
3. Разъединение системы;
4. Переход в надсистему;
5. Переход на микроуровень;
6. Фазовые изменения (изменение агрегатного состояния) хотя бы части системы;
7. Одно противоречивое свойство системы выполняет одна ее часть, а противоположное – другая;
8. Вся система обладает одним свойством, а ее часть (или части), обладают противоположным свойством;
9. Переход к другому принципу действия.
1.1.5. Анализ противоречия требований (ПТ) и противоречия свойств (ПС)
Иногда для разрешения противоречия свойств (ПС) достаточно воспользоваться способами, приведенными выше (в пространстве, во времени, в структуре и по условию), а иногда нужно продолжить анализ противоречий. Главное, чтобы решение удовлетворяло требованиям идеального конечного результата (ИКР).
До разделения противоречивых свойств в противоречии свойств (ПС) желательно проделать анализ на возможность изменения требований в противоречии требований (ПТ) и свойств в противоречии свойств (ПС). Назовем это «Анализ ПТ и ПС».
Такой анализ проводится следующим способом:
1. Необходимо выяснить какое из требований в противоречии требований (ПТ) более важное и его нежелательно или невозможно менять, а какое может быть изменено. Желательно разрешать противоречивые свойства, чтобы удовлетворить требования идеального конечного результата (ИКР) (см. раздел 1.2), используя только свойства, которые можно менять.
1.1. Если действие должно происходить в одно и то же время, то противоречивые свойства, можно разделить в пространстве или в структуре.
1.2. Если действие должно происходить в одном и том же пространстве, то противоречивые свойства, можно разделить во времени или в структуре.
1.3. Создают условия, при которых более важное требование в противоречии требований будет обязательно выполнено.
2. В случае одинаковой важности обоих требований в противоречии требований стоит проверить, не включает ли оно в себя хотя бы одно из несколько признаков:
2.1. Нельзя ли одно из требований разделить на составные части и определить, насколько обязательна каждая из частей этих требований. Возможно, какая-то из частей может быть необязательной. Тогда, вероятно, за счет изменения этой части можно получить решение, используя все имеющиеся способы разрешения противоречий.
2.2. Желательно проверить, как связан каждый из признаков (составная часть требования) с улучшением и ухудшением сторон системы (положительным и нежелательным эффектами).
3. Можно выявить функцию системы и определить, каким другим, наиболее простым способом может быть осуществлена эта функция. В частности, может быть выбран другой принцип действия системы.
4. Можно выявить функцию надсистемы, и найти способ осуществить эту функцию без осуществления функции системы.
5. Противоречивые свойства можно разрешить, если перенести какое-то свойство системы, ее часть или всю систему в надсистему.
6. Противоречивые свойства можно разрешить, если уточнить условия выполнения требований противоречия требований. Это могут быть, например физические или другие свойства.
7. Выявить более глубинные противоречия, т. е. углубить противоречие свойств (ПС).
8. Использовать имеющиеся ресурсы.
Такой анализ не всегда дает положительный результат, но тем не менее он помогает глубже разобраться в причинно-следственных связях и упрощает процедуру разделения противоречивых свойств для удовлетворения требованиям идеального конечного результата (ИКР).
1.2. Идеальный конечный результат (ИКР)
Далеко не всегда сразу легко сформулировать противоречие свойств (ПС). Нам необходимо определить свойства, которыми должна обладать система, чтобы выполнить требования, описанные в противоречии требований (ПТ). Это было бы легко сделать, если бы мы уже знали решение, тогда было бы понятно какими свойствами должна обладать система. Однако, мы имеем дело с еще не решенной задачей.
В связи с этим в ТРИЗ предлагается представить себе, какое должно быть идеальное решение. Г. С. Альтшуллер его назвал идеальный конечный результат – ИКР.
ИКР – это маяк, к которому следует стремиться при решении задачи. Близость полученного решения к идеальному определяет уровень и качество решения.
ИКР – это решение, которое мы хотели бы видеть в своих мечтах, выполняемое фантастическими существами или средствами («волшебная палочка»). Например, куртка очень легкая (практически невесомая) и обладает обогревающими свойствами.
Основные свойства ИКР:
1. Улучшить плохой параметр, не ухудшая хороший.
2. Улучшить параметры, не усложняя систему.
3. Улучшить параметры, не вызывая вредных действий.
4. Улучшить параметры в нужный момент.
5. Улучшить параметры в нужном месте.
6. Улучшить параметры по необходимому условию.
7. Все действия должны выполняться самостоятельно (сами собой).
В ТРИЗ любой объект рассматривается, как система. Любая система нужна, чтобы выполнять какую-то полезную для человека функцию. Именно эта функция, выполняемая системой, является важной. Введем понятие «идеальной системы».
Идеальная система – это система, которой не существует – ее нет, а ее функции выполняются в нужный момент времени, в необходимом месте (причем в это время система несет 100% нагрузку), не затрачивая на это вещества, энергии, времени и финансов. [7]
Любая система развивается в направлении увеличения своей идеальности. Условно можно выделить две степени идеализации системы:
1. Идеальная система должна появляться в нужный момент в нужном месте;
2. Необходимая функция должна выполняться сама собой.
Таким образом, идеальная система должна выполнять полезные функции в нужный момент времени, в необходимом месте, иметь нулевые затраты и не иметь нежелательных эффектов.
Важно точно сформулировать функцию, ради которой нужна система, а затем представить себе, что реальной системы нет, а ее функция выполняется. Так, например, в современном мире материальные системы заменяются виртуальными.
Задача 1.1. Верхняя одежда (продолжение)
Идеальный конечный результат (ИКР): верхняя одежда должна быть теплой, удобной и не вызывать аллергическую реакцию.
Согласно ИКР, одежда должна сама собой создавать комфортные условия в зависимости от температуры окружающей среды.
Пример 1.8. Термоодеяло
В 60-х годах 20 века NASA создало термоодеяло («космическое одеяло»), представляющее собой пленку на основе синтетического полиэфирного волокна (полиэтилентерефталата), на которую нанесен тончайший слой алюминия. Тонкий слой металла на поверхности пленки превращает ее в гибкое зеркало, возвращающее тепло телу (рис. 1.8). Такое одеяло отражает до 97% тепла, которое излучает завернутое в него тело. Кроме этого, одеяло является водонепроницаемым. Использование такого одеяла препятствует гипотермии и обморожению, поэтому его также называют «спасательным одеялом».
Рис. 1.8. Космическое одеяло.[10 - URL: http://www.surv24.ru/product/izotermicheskoe-pokryvalo-apollo-spasatelnoe-termoodeyalo/]
Пример 1.9. Кожа кальмара
В настоящее время появляются и активно разрабатываются новые, так называемые, «умные» ткани, которые обладают терморегулирующей способностью. Так, например, ведется разработка легкого теплорегулирующего материала в результате изучения кожи кальмара. Кожа кальмара состоит из нескольких слоев. Верхний слой содержит пигментсодержащие и светоотражающие органы красного, желтого, коричневого и оранжевого оттенков. Они открываются и закрываются в течение доли секунды, вызывая быстрое изменение цвета кожи кальмара. Динамикой изменений управляют клетки мышц. Под верхним слоем находится слой, который отражает все цвета видимого света или поглощает инфракрасный спектр.
Используя эти свойства кожи кальмара, ученым из Калифорнийского университета удалось создать суперлегкий терморегулирующий материал, который можно растягивать и возвращать в исходное состояние тысячи раз. Этот материал обладает теплоизоляционными свойствами, превышающими теплоизоляционные свойства «космических одеял», и подходит для создания «настраиваемой» одежды. На рис. 1.9 показана схема создания этого материала – нано-структурированная пленка меди соединяется с полимером, прозрачным для инфракрасного излучения.
Рис. 1.9. Теплорегулирующий материал.[11 - URL: https://www.nature.com/articles/s41467-019-09589-w]
1.3. Путь к идее решения
Выявление противоречия свойств (ПС) при решении изобретательских задач требует определенной направленности поиска, что возможно только при знании ответа. В реальной задаче ответ, безусловно, не известен.
Направленность в решении может быть достигнута ориентацией на идеальный результат – идеальный конечный результат (ИКР).
Рассмотрев поверхностное противоречие (ПП), противоречие требований (ПТ), идеальный конечный результат (ИКР) и противоречие свойств (ПС), мы легко можем представить этапы точной формулировки задачи.
Основную линию решения нестандартных задач можно представить в виде следующей последовательности шагов:
Рис.1.10. Последовательность решения изобретательской задачи.
С точки зрения ТРИЗ, задача точно сформулирована, когда выявлены ПП, ПТ, ИКР и ПС, согласно схеме, приведенной на рис.1.10.
1. Для формулировки всех звеньев цепочки прежде всего выявляют, чем не устраивает какая-либо система (определяют поверхностное противоречие – ПП) и что именно плохо в данной системе (находят нежелательный эффект).
2. Далее определяют требования, которые необходимо предъявить к системе. Так определяется противоречие требований (ПТ).
3. Затем систему представляют таким образом, что в ней отсутствует нежелательный эффект, но сохраняются имеющиеся положительные качества. Результатом такого представления системы является формулировка идеального конечного результата – ИКР.
4. После сравнения противоречия требований с ИКР выявляют помехи к получению идеального результата, ищутся причины возникновения помех и определяются противоречивые свойства, требуемые для определенных частей системы и не удовлетворяющие требованиям идеального конечного результата (ИКР). Таким образом, формулируется противоречие свойств (ПС), которое и представляет собой точную формулировку задачи.
5. Разрешая противоречивые свойства, указанные в противоречии свойств (ПС), получают решение без недостатков.
Способы разрешения противоречия свойств были описаны выше (пп. 1.1.4—1.1.5).
1.4. Логика решения нестандартных задач
Логика решения нестандартных задач показывает взаимосвязь элементов в последовательности шагов (рис. 1.10), описанной ранее.
Поверхностное противоречие (ПП) формулируется в виде потребности в появлении нового требования «A» (положительного эффекта – ПЭ) или в виде недостатка (нежелательного эффекта – НЭ) «анти-Б», который необходимо устранить. Причем, поверхностное противоречие (ПП) – это только одно требование (хорошее или плохое).
Схематически изобразим это так:
ПП (ПЭ): А или ПП (НЭ): анти-Б
