***
Глава из книги "Деревья эволюции. Анализ технической информации и генерация новых идей"
***
В отличие от обыденного понимания противоречия как конфликта между желаниями человека и реальной ситуацией, в ТРИЗ выявлены и конкретизированы несколько типов противоречий, основными из которых являются техническое и физическое [1].
Традиционные методы проектирования предусматривают поиск компромисса между требованиями к различным частям проектируемой системы, т.е. нацелены на сглаживание возникающих противоречий. При улучшении одного параметра системы другие, как правило, ухудшаются - в этом случае выбирается оптимальное решение.
Если у скоростного самолета маленькие крылья, то для взлета и посадки ему требуется длинная полоса. Поэтому конструкторы стремятся к компромиссу и разрабатывают крылья, обеспечивающие оптимальное значение скорости, при котором полоса еще сохраняет приемлемые размеры.
ТРИЗ рекомендует, напротив, предельно обострить противоречие, что позволяет найти сильное решение.
Крыло с изменяемой геометрией может становиться маленьким на высоте и большим при взлете и посадке самолета. На высоте такой самолет имеет высокую скорость, а для посадки ему не нужна специальная длинная полоса (рис. 1).
Рис. 1
Самолет с изменяемой геометрией крыла
Техническое противоречие - ситуация, когда улучшение одного эксплуатационного параметра системы приводит к недопустимому ухудшению другого.
Именно изучение примеров сильных изобретений в патентном фонде и позволило выявить ряд специальных приемов разрешения технических противоречий. Приемы указывают лишь общее направление преобразований, направляя изобретателя в область сильных идей. Конкретные же решения можно найти по аналогии с приемом или примером, его иллюстрирующим. Один и тот же прием может применяться для решения задач из совершенно разных областей техники.
Вот два примера решения задач из гидротехники и двигателестроения.
Обкатка двигателя
Обкатка двигателя - важная операция его изготовления. Двигатель запускают без нагрузки, и все его трущиеся части начинают притираться, прирабатываться друг к другу. Процесс этот довольно длительный и требует значительного расхода топлива. Как ускорить приработку трущихся частей при обкатке двигателя?
Решить такую задачу, не зная специальных приемов, довольно сложно. Использование приема разрешения технических противоречий "Применить вред в пользу" дает мощную подсказку для решения этой задачи. Прием рекомендует:
а) использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта,
б) устранить вредный фактор за счет сложения с другим вредным фактором,
в) усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.
Решение, соответствующее рекомендации пункта а: приработка деталей ускоряется в несколько раз, если подавать в двигатель не очищенный воздух, а запыленный.
Уменьшение энергии потока
Поток воды, мчащийся с горы, обладает огромной разрушительной силой. Он может повредить гидротехнические сооружения. Как уменьшить энергию потока?
Здесь можно применить тот же прием "Применить вред в пользу".
Использовав рекомендацию пункта б, получили следующее решение: русло потока разделяют на несколько рукавов, которые направляют навстречу друг другу (рис. 4.59). Потоки сталкиваются и гасят энергию друг друга.
Для удобства выделения и разрешения технического противоречия Г.С. Альтшуллером была разработана таблица разрешения технических противоречий [1]. Она организована следующим образом (рис. 2).
По вертикали располагаются типовые параметры, которые по условию задачи необходимо улучшить. По горизонтали - параметры, которые при этом недопустимо ухудшаются. На пересечении строк и колонок таблицы указаны номера приемов, позволяющих с наибольшей вероятностью устранить техническое противоречие, возникшее между улучшаемым и ухудшающимся параметрами. Для построения этой таблицы Г.С. Альтшуллер использовал 40 наиболее эффективных приемов разрешения технических противоречий.
Предварительные концепции решения при помощи приемов можно получить и без использования Таблицы противоречий. Для этого нужно последовательно проанализировать возможность применения каждого из 40 приемов. Каждый изобретатель постепенно компонует список своих наиболее часто применяемых приемов.
Практическое применение приемов разрешения технических противоречий имеет следующую особенность: рекомендации, описанные в каждом из приемов, не следует понимать буквально. Наибольший эффект достигается, если их воспринимать как подсказку, исходный материал для размышлений.
Рис.2. Таблица разрешения противоречий, разработанная Г.С. Альтшуллером
Например, прием 25: изменение окраски. Если понимать эту рекомендацию буквально, то поле действий резко сужается. Если же трактовать этот прием как изменение свойств поверхности вообще, то возможности получения новых идей неизмеримо вырастают. В данном случае речь может идти об изменении оптических свойств поверхности, ее шероховатости, температуры, о нанесении какого-то дополнительного вещества и т.п.
Физическое противоречие - это ситуация, при которой к некоторому элементу технической системы или его части предъявляются взаимоисключающие в физическом смысле требования.
В отличие от технического физическое противоречие возникает не между параметрами технической системы, а описывает противоречивые требования к одному ее элементу или, даже, какой-то его части. Формулируется физическое противоречие следующим образом: "Чтобы удовлетворять требованиям задачи, данная зона должна обладать свойством "X" (например, быть подвижной), чтобы выполнять какую-то функцию и обладать свойством "не-Х" (например, быть неподвижной)".
Пример физического противоречия: лобовое стекло автомобиля должно быть твердым, жестким, чтобы сопротивляться встречному потоку воздуха, и должно быть гибким, эластичным, чтобы не поранить водителя при разрушении. Такое противоречие разрешается применением триплексных стекол, когда между двумя наружными стеклами располагается внутренний мягкий слой.
Основные приемы разрешения физических противоречий:
1. Если от элемента требуется проявление противоположных свойств в одно и то же время, то такое противоречие разрешается разнесением этих свойств в пространстве.
2. Если от элемента требуется проявление противоположных свойств в одном и том же месте, то такое противоречие разрешается разнесением этих свойств во времени.
3. Если от элемента требуется проявление противоположных свойств в одно и то же время и в одном и том же месте, то такое противоречие разрешается в надсистеме.
Перекресток
Как организовано дорожное движение, например проезд автомобилями перекрестков? Если не соблюдать никаких правил, то все автомобили будут пытаться проехать перекресток одновременно. Это касается и тех автомобилей, которые должны ехать в первую очередь (например, скорая помощь).
При этом неизбежны столкновения, поскольку возникает физическое противоречие: два или больше автомобилей пытаются оказаться в одном и том же месте пространства в одно и то же время.
Как разрешается это противоречие в пространстве?
Одна дорога располагается над другой. Автомобили пересекают перекресток на разных уровнях и не мешают друг другу (рис. 3).
Как разрешается это противоречие во времени?
Применяется светофор. Автомобили проезжают перекресток в соответствии с сигналом светофора.
Как разрешается это противоречие в надсистеме?
Специальные машины с включенными сигналами, например, скорая помощь, имеют право первоочередного проезда перекрестка. Этот порядок устанавливается в надсистеме, определяется специальными правилами дорожного движения и действует на всех дорогах.
Рис. 3.
Разрешение противоречия перекрестка в пространстве
Дисплей
Экран любого дисплея составлен из множества мельчайших квадратиков - пикселей. Изображение получается за счет того, что каждый пиксель может становиться то светлее, то темнее и генерировать свет любого желаемого цвета. Чтобы получить движущуюся картинку, кадры изображения на экране меняются 24 раза в секунду, яркость и цвет пикселей должны меняться с такой же частотой.
Таким образом, для цветного дисплея возникает следующее противоречие: цвет пикселя должен постоянно изменяться, в то время, как технические ограничения позволяют получить пиксель только одного цвета.
Как разрешается это противоречие в пространстве?
Пиксель разделяется на некоторое число подпикселей, в минимальном случае - на три, каждый из которых дает только один цвет - или красный, или зеленый, или синий. Это основные цвета спектра, и их смешение в определенных пропорциях воспринимается глазом как требуемый цвет (рис. 4, а). Здесь соблюдается правило: "один показанный кадр - один световой импульс".
Рис. 4.
Разрешение противоречия при получении цветного изображения
Как разрешается это противоречие во времени?
Специалистами компании Samsung разработана специальная технология работы жидкокристаллического экрана, называющаяся UFS, что можно расшифровать как "дисплей очень высокого качества изображения". Согласно этой технологии не нужно делить пиксель на три подпикселя. Необходимые яркость и цвет пикселя обеспечиваются за счет установки сзади жидкокристаллического фильтра трех ламп подсветки: красной, зеленой и синей, которые мигают поочередно множество раз за время показа одного кадра изображения (рис. 4, б). Далее формированием нужного цвета управляет жидко-кристаллический фильтр, который может открывать окошечко перед пикселем.
Если нужно показать красную точку, то фильтр открывает пиксель только тогда, когда мигает красная лампа, и держит закрытым, когда мигают синяя и зеленая. Чтобы получить белый цвет, пиксель остается открытым на все время показа одного кадра изображения. Управляя количеством пульсаций разных цветов, можно получить любой желаемый цвет пикселя.
Здесь соблюдается правило: "один показанный кадр - много световых импульсов".
Как разрешается это противоречие в надсистеме?
Поскольку размер пикселя ограничен, то для повышения четкости изображения нужно увеличить число пикселей на экране дисплея, а сам экран отодвинуть от наблюдателя. Тогда видимый размер пикселя будет меньше.
Одно из возможных решений - использование принципов, заложенных в Seamless Technology, в соответствии с которой несколько экранов обычного размера и разрешения объединяются в один большой суперэкран высокой четкости. Поскольку размер пикселя сохраняется прежним, а размер экрана увеличивается, то четкость изображения для наблюдателя повышается (рис. 4, в).
Лыжи
Ходить на лыжах на первый взгляд совсем просто. Лыжник отталкивается одной ногой и скользит, затем отталкивается другой ногой и опять скользит. При этом возникает следующее противоречие:
- Чтобы хорошо скользить, надо, чтобы трение поверхности лыжи о снег было низким.
- Чтобы лыжник мог отталкиваться, поверхность лыжи должна иметь хорошее сцепление с лыжней.
Рис. 5.
Resolving the contradiction arising during skiing
Как разрешается это противоречие в пространстве?
Современные беговые лыжи имеют прогиб в средней части. Когда человек просто стоит на лыжах, то часть лыжи под ногой не касается снега (рис. 5, а). Средняя часть лыжи покрывается смазкой на основе воска, обладающей тормозящими свойствами, а начало и конец лыжи пропитываются жировой смазкой, которая обеспечивает хорошее скольжение.
Тогда при толчке, когда средняя часть лыжи прижата к снегу, она тормозится, а при свободном скольжении приподнимается и лыжа касается снега только в местах, которые покрыты "скользкой" смазкой [2].
Как разрешается это противоречие во времени?
Когда лыжа скользит, она имеет малое сопротивление, когда лыжник отталкивается - большое.
Одна из конструкций - лыжи, обитые камусом - мехом с наклонным расположением ворса. Такая лыжа хорошо скользит, но не проскальзывает назад при отталкивании или движении в гору.
Подобный эффект можно получить, используя явление, открытое В. Петренко [3] . Если на скользящей поверхности лыжи закрепить тонкие электроды и подать на них небольшой отрицательный заряд, скольжение заметно улучшается. Если же заряд будет положительный, то резко увеличивается сцепление лыжи со снегом (рис. 5, б). Лыжнику нужно надеть на пояс легкую батарею и управляющее устройство, а на лыжах закрепить датчики давления. При толчке устройство должно подать на лыжу положительный заряд, при скольжении - отрицательный.
Как разрешается это противоречие в надсистеме?
Заставить лыжи двигаться, не отталкиваясь, можно, если просто ехать с горки. Можно использовать какой-то буксировщик и двигаться за мотоциклом или снегоходом, воздушным змеем или парашютом, использовать лошадь или собаку и т.п.
Выделение и разрешение противоречий - очень сильный инструмент решения изобретательских задач. Он дает возможность не сглаживать проблемы, а, наоборот, предельно обострять их и разрешать, устраняя нежелательные эффекты в ситуации.
Литература:
1. Альтшуллер Г.С. Найти идею. - Новосибирск: Наука, 1986.
2. Пентти Содерлин. Лыжи - превосходный пример для ТРИЗ.
http://www.gnrtr.com/problems/ru/p08.html
4. Виктор Петренко: Электричество уберет лед с дорог и ускорит лыжи. // Веб-сайт МЕМБРАНА.
http://www. membrana.ru/articles/interview/2002/02/25/160100.html
