Развертывание и свертывание объектов техники

Для получения новых технических решений и обхода патентов полезно иметь представление о закономерностях развития объектов техники. По существу это наиболее вероятные сценарии, по которым развиваются объекты техники. С некоторыми сценариями мы уже ознакомились, в частности, линии развития структуры системы были показаны на рис. 5.10.

В этом разделе мы рассмотрим характерные признаки процессов развертывания и свертывания систем и покажем, как с их помощью получать новые технические решения. Они уже упоминались ранее, теперь детализируем наше представление.

С общесистемных позиций развертывание системы состоит в увеличении ее кибернетической степени сложности за счет появления в ней новых элементов и связей между ними. Согласно линейке Винера, развертывание последовательно приводит к повышению ее устойчивости, помехозащищенности и управляемости. Согласно элементному и средовому представлениям развертывание формирует структуру системы, дает возможность выделения границы (условной или реальной) между системой и внешней средой (см. рис. 5.2, г). Согласно ТРИЗ, развертывание сопровождается увеличением качества и количества выполняемых системой функций за счет усложнения системы и (или) за счет объединения нескольких систем [5.57, с. 51—56].

Свертывание (термин предложил И. М. Верткин) — обратный процесс. С общесистемных позиций он состоит в уменьшении кибернетической степени сложности системы с сохранением ее целостности и эмерджентности. Согласно элементному и средовому представлениям свертывание создает сетевые структуры (см. рис. 5.10, IV), в которые входят элементы внешней среды и элементы других систем. При этом происходит обобществление ряда элементов, что, в частности позволяет убрать дублирующие элементы [5.58]. Согласно ТРИЗ, свертывание сопровождается упрощением системы при сохранении ее полезных функций, в т. ч. за счет передачи ряда служебных функций надсистеме.

Процессы развертывания и свертывания в РТС-представлении

Возьмем простой объект техники — столовую вилку — и рассмотрим процессы развертывания и свертывания на этом примере. В РТСпредставлении вилка состоит из двух функциональных элементов: рабочего органа (на который накалывается пища) и трансмиссии (ручки). Сегодня не все знают, что первые вилки были… однозубыми. Значительную часть своей истории люди ели исключительно руками, не используя столовых приборов, либо, в крайнем случае, применяли нож. На гравюрах раннего Средневековья, изображающих трапезы, мы не увидим никаких столовых приборов. Однако так можно есть лишь сравнительно холодные блюда, а вот брать горячую пищу прямо из котла или с жаровни пальцами уже не получится. Чтобы обойти этот W_b стали применять первые однозубые «вилки» — именно такими пользовались в Древнем Риме.

Считается, что двузубую вилку придумали аристократы. По одной из легенд ее изобрела византийская принцесса Мария Иверская в 1072 г. Жирная пища пачкала дорогую одежду (W₂), а есть с ножа, как это делали простолюдины, по мнению Марии, было неприлично (W^). Добавим и то, что однозубая вилка не позволяла надежно фиксировать кусок пищи (W₄). Отсюда и техническое решение — сделать вилку двузубой (рис. 5.15). Теперь это уже не нож, и не «однозубка». Впоследствии появились и ее многозубые сестры.

Эта история — классический пример развертывания системы по линии «моно» —" «би» —> «поли», когда какой-то элемент (или связь) вначале дублируется однократно, а затем многократно. В нашем случае

дублированию подвергается рабочий орган — зубец, а трансмиссия остается без изменений. При развертывании обычно дублируются отдельные элементы, значительно реже дублируется вся система целиком.

Рис. 5.15. Старинные вилки, использовавшиеся русскими аристократами [5.59, с. 90]

Как происходит свертка? Весьма распространенный сценарий состоит в том, что тот или иной объект техники объединяют с другим. Что и было сделано в патенте RU 2 275 832 на вилку, которая «содержит ручку, рабочую часть и зубья, причем боковая кромка крайнего зуба заострена с образованием режущей поверхности» [5.60]. Другими словами, если ранее для еды использовали отдельно вилку (накалывание) и нож (резание), то теперь предлагается оба эти функциональных элемента объединить в одном столовом приборе. В новом исполнении у накалывающего и режущего элементов одна трансмиссия. К полученному новому объекту можно вновь применить линию «моно» —" «би» —" «поли». Например, сделать режущими не только кромку одного крайнего зуба, но и вторую кромку другого крайнего зуба. В этом случае, как справедливо указывает изобретатель [5.60], ее одинаково эффективно смогут использовать и правша, и левша.

Би-гвоздъ был предложен в патенте [5.61]. Классический гвоздь — это одиночный заостренный стержень с головкой. Обычно такой гвоздь удовлетворяет требованиям практики. Тем не менее известно, что при длительном сроке эксплуатации в условиях S механических и климатических воздействий (вибрации, влага, перепады температур) гвоздевое соединение деталей деревянных конструкций ослабевает. Этот недостаток устраняется при переходе к бисистеме — гвоздю, имеющему два стержня. Такое решение снижает вероятность «вылезания» гвоздя из изделия в процессе эксплуатации. В патенте RU 2 373 435 [5.62] би-гвоздь подвергнут дополнительному изменению (рис. 5.16): каждый стержень имеет односторонний скос на конце, оба стержня касаются друг друга по всей длине, каждый скос развернут так, что скосы стержней и их острия направлены в разные стороны относительно плоскости, проходящей через стержни гвоздя. Что это дает? Поскольку между остриями нет зазора, то при забивании нет сминания древесины и, соответственно, увеличивается качество крепления.

Развертывание объекта техники начинается с момента появления первых элементов и связей между ними, обеспечивающих достижение цели Z антропотехнической системы. Такая «новорожденная» система называется в теории целеустремленных систем — ЦСД 1-го рода¹.

Рис. 5.16. Би-гвоздь Федосова:

I — головка; 2 — стержни; 3 — скосы (восстановлено по [5.62]).

В РТС-представлении развертывание системы начинается с момента ее появления. Признаком развертывания является формирование функционального центра объекта техники [5.57, с. 51—56] — элементарного оператора, выполняющего функцию, ради которой создается система. Он создается путем объединения ранее самостоятельных операторов либо уже самостоятельных систем и подсистем, специально созданных для их объединения с получением нового системного свойства.

Объединяться в функциональный центр могут системы и операторы, которые компенсируют вредные функции друг друга или, наоборот, оказывают друг на друга взаимодополняющее действие. Функциональный центр появляется как рабочий орган «новорожденной» системы, а впоследствии включает трансмиссию и орган управления так, как показано на рис. 5.14.

Условия работоспособности функционального центра таковы:

• • минимальная работоспособность каждой подсистемы (т. е. достижение цели с вероятностью Р > 0), образующей объект техники;
• • наличие сквозного прохода энергии и (или) вещества через систему.

В процессе совершенствования функционального центра прохождение энергии/вещества через систему оптимизируется и достигает лучшей величины с развитием органа управления. При этом в рамках существующей конструкции развертывание объекта техники происходит от функционального центра к периферии и осуществляется по нескольким сценариям:

• • к системе подключаются элементы и (или) подсистемы, выполняющие вспомогательные функции (фотоаппарат снабжается специальными средствами для очистки оптики; какой-либо прибор снабжается счетчиком рабочего времени);
• • к системе подключаются дополнительные элементы и (или) подсистемы, повышающие качество выполнения главных функций системы (введение в химический реактор дозаторов позволяют повысить^[1]

точность синтеза новых веществ; ультрафиолетовая лампа снабжается экраном для защиты глаз человека от излучения);

• • внутренняя структура системы усложняется: управление остается иерархическим (от органа управления), но число уровней в иерархии увеличивается, для чего подсистемы дробятся на элементы, имеющие одну функцию и имеющие разные функции (использование гирлянды вместо одной лампочки позволяет добавлять к ней все новые лампочки нужных цветов, хотя система управления питанием гирлянды не меняется);
• • структура потоков (вещественных, полевых и управляющих) переходит от иерархической к сетевой (все элементы «умного» дома образуют самообучающуюся и самоорганизующуюся систему, обеспечивая гибкость реагирования на запросы и предпочтения хозяев жилья).

Чем обусловлено развертывание от функционального центра к периферии?

Рассмотрим такой объект техники как радиоприемное устройство. Независимо от конструктивного исполнения любой радиоприемник обязательно включает в себя антенну и связанный с ней приемный контур. Они обеспечивают цель данного объекта техники Z_l — прием радиосигналов. Далее происходят испытания функционального центра в разных целевых звеньях:

• • в условиях S_1} затрудняющих прохождение радиосигналов;
• • в условиях S₂, когда прием-передачу радиосообщений необходимо проводить в защищенном от подслушивания режиме;
• • для измерения параметров космического радиоизлучения (Z₂);
• • при построении радиофизических аналогов оптических процессов (Z₃) и т. д.

В результате выявляются различные побочные продукты W исходного функционального центра. Для их устранения, а также для обеспечения тиражирования радиоприемников и радиосообщений к функциональному центру подключаются новые элементы. В результате количество целевых звеньев, в которых применяется радиоприем, увеличивается.

Кроме того, добавление новых элементов к функциональному центру обеспечивает выполнение различных служебных функций. Если следовать ГОСТ Р 15.301—2016, то подключаемые к функциональному центру служебные элементы и связи должны обеспечивать все лучшее соответствие функционального центра разнообразным требованиям:

• 1) на назначение объекта техники (потребительские параметры изделия или процесса и допустимые пределы отклонений от них);
• 2) на условия эксплуатации, техобслуживания, ремонта и хранения, в которых гарантируются заданные показатели; время подготовки объекта техники к работе после транспортировки; параметры других объектов техники, призванных взаимодействовать с заданным объектом и т. д.;
• 3) на безопасность в процессе эксплуатации, изготовления и утилизации объекта техники;

• 4) на надежность, которая складывается из долговечности, безотказности, сохраняемости и ремонтопригодности;
• 5) на возможность стандартизации и унификации, что необходимо при серийном выпуске объекта техники, и т. д.

Развертывание позволяет довольно просто обходить существующие патенты. Достаточно с учетом перечисленных в ГОСТ Р 15.301—2016 критериев дооснастить объект техники вспомогательными элементами и системами.

Светофор, предложенный в [5.64], помимо классических элементов (корпус с защитным козырьком, элементы крепления корпуса к месту установки, защитные стекла-линзы, корпус светофора и т. д.), дополнительно включает в себя аудиомикроконтроллер с элементами автоматической настройки на сигналы, идущие от дорожного светофорного контроллера, выносной пассивный инфракрасный датчик, обнаруживающий пешехода перед пешеходным переходом или на пешеходном переходе, усилитель звуковой частоты, нагруженный на громкоговоритель поворотного звукового рупора, формирующий звуковое пространство по направлению к пешеходу, находящемуся на пешеходном переходе или перед пешеходным переходом, а также резервное питание с автоматической подзарядкой аккумулятора резервного питания от силовой линии дорожного светофорного контроллера и т. д.

Итак, развертывание есть естественное следствие процесса расширения возможностей по применению объекта техники в новых целевых звеньях и поиска способов компенсации W в этих целевых звеньях.

Рассмотрим различные варианты развертывания такого объекта техники, как ручная лопата. Она образует вместе с человеком антропотехническую систему. Назначение (Z) этой системы — облегчение процесса перемещения грунта и других сыпучих материалов человеком. Функциональный центр «классической» лопаты состоит из черенка (Тр) и полотна (РО). По мере накопления опыта использования лопаты в различных целевых звеньях (S —> Z), выявляются все новые и новые побочные продукты W и, соответственно, их преодоление приводит к различным вариантам развертывания системы, в частности, к тем, что показаны на рис. 5.17.

Рассмотрим, как они реализованы практически.

Развертывание трансмиссий направлено, прежде всего, на согласование объекта техники с возможностями человека (или, говоря формально, с его трансмиссией и двигателем). Пусть нас не устраивает фиксированная длина лопаты: для высокого человека нужен длинный черенок, а для низкого — короткий (W). Чтобы лопата лучше соответствовала росту человека, можно сделать черенок составным, как показано на рис. 5.18. Это развертывание через появление дополнительной трансмиссии — вариант на рис. 5.17, а.

Биомеханические научные исследования показали, что при работе с «классической» лопатой основная нагрузка падает на мышцы рук человека. Между тем известно, что мышцы спины и ног сильнее.

Однако положение «классического» черенка не позволяет приложить к лезвию осевое усилие ноги. Чтобы облегчить передачу усилия от ног к лезвию, было предложено использовать изогнутый составной черенок, в котором одна часть расположена под углом к другой. Это также развертывание «классической» лопаты через появление дополнительной трансмиссии (см. рис. 5.17, а).

Рис. 5.17. Различные варианты развертывания работоспособной антропотехнической системы:

появление дополнительной трансмиссии (а); появление дополнительной трансмиссии с надсистемой (б); появление специализированных, и (или) запасных и (или), раздробленных рабочих органов (в); дополнительных трансмиссий для дополнительных рабочих органов (в); появление у ТС собственного двигателя (д); развертывание рабочего органа на микроуровне (е).

Рис. 5.18. Лопата с изменяемой трансмиссией, содержащая лезвие 5 и разъемный черенок (части 7,2, 3), соединенные между собой элементами резьбового соединения 4, причем одна из частей черенка 7.

связана с лезвием 5 [5.64]

Однако составной изогнутый черенок теряет в своей прочности, поэтому в патенте RU 2 275 772, помимо всего прочего, было предложено изготавливать такой черенок единым, «из тонкостенной трубы из легких и прочных металлов (титановый сплав, нержавеющая сталь)», так, как показано на рис. 5.19.

Значит, развертывание трансмиссии сменилось свертыванием — объединились две трансмиссии. Это иллюстрация того, что процессы развертывания и свертывания могут чередоваться и происходить на любых этапах развития объекта техники.

Рис. 5.19. Лопата с изогнутым черенком [5.65]

Известно, что при вскапывании почвы «классической» лопатой требуется сгибать спину и приподнимать подрезанный слой почвы. Для устранения этих операций и, соответственно, снижения утомляемости землекопа (W) авторы патента RU 2 498 548 предложили конструкцию инструмента, показанную на рис. 5.20.

Рис. 5.20. Лопата с опорным рычагом конструкции Землякова [5.66]

Теперь для вскапывания человек в прямостоячем положении заглубляет полотно лопаты 1 в почву до упора в опорный рычаг 14, а затем с помощью поперечной рукоятки 12 просто отводит черенок лопаты 9 назад, приподнимая при этом слой почвы и затем осуществляет поворот поперечной рукоятки вправо (для правши), обеспечивая при этом переворот слоя почвы в правую сторону и сорняками вниз. Более того, всю эту операцию врезания в почву и выворот почвы удобно и легко выполнять даже одной рукой, например правой (для правшей). Важную роль в этом техническом решении играет плоский решетчатый опорный рычаг 14, установленный под прямым углом (3 относительно задней поверхности полотна лопаты 1. Рычаг по существу представляет собой трансмиссию с внешней средой — см. вариант на рис. 5.17, б.

Развертывание рабочего органа направлено на согласование объекта техники с изделием — перемещаемым материалом. В частности, довольно часто необходимо перемещать тяжелый грунт, мусор, щебень, гальку и т. д. Если они слежались или смешаны с глиной, то необходимо прилагать множество дополнительных усилий (W), чтобы разделить их на части, достаточные для помещения на полотно. Для облегчения врезания лопаты в кусковой материал или засоренный включениями грунт была предложена лопата, конструкция которой приведена на рис. 5.21.

Рис. 5.21. Фрезерная лопата (пояснения в тексте) [5.67]

Согласно формуле изобретения, инструмент включает полотно 3, черенок 7, несущую трубку 9, на которой смонтирована педаль 1, и отличается тем, что полотно выполнено в виде вогнутого диска (фрезы), край которого имеет зубья, а на педали закреплена подпружиненная собачка 2 для взаимодействия с зубьями. Нажим на педаль 1 приводит во вращение фрезу 3, сдвигая куски грунта и обеспечивая врезку фрезы на глубину. После набора породы во фрезу ее отбрасывают. Автор патента отмечает, что применение фрезерной лопаты в указанном целевом звене повышает производительность труда более чем в пять раз.

Существо описанного решения основано на развертывании рабочего органа. Если у «классической» лопаты полотно одно, то здесь оно разделено на две функциональные части: многочисленные зубья пилят твердый грунт, а вогнутая часть собирает полученные куски. Иными словами, имеем два равноправных рабочих органа, дополняющих друг друга по выполняемым функциям, как показано на рис. 5.17, в.

Этот же вариант реализован в полезной модели RU 60 301, где предложено снабдить полотно лопаты (РО_х) дополнительными режущими элементами (Р0₂) — зубьями, симметрично расположенными на вогнутой и (или) выпуклой стороне полотна (рис. 5.22). Эти зубья обеспечивает дополнительное продольное (к оси лопаты) дробление пласта почвы, отделяемого при вскапывании. Отделяемый пласт почвы, ослабленный глубокими надрезами, распадается на отдельные фрагменты при сбрасывании с полотна лопаты и далее разбивается до необходимых фракций под ударным воздействием зубьев лопаты. Все это, по мысли автора изобретения, уменьшает затраты энергии на вскапывание.

Рис. 5.22. Лопата «Крылатка» (пояснение в тексте) [5.68]

Известны другие технические решения, в которых также используются два РО, но один из них выполняет главную полезную функцию, а второй — лишь служебную, как это сделано в полезной модели RU 165 166. Здесь предложена лопата, которая дополнительно содержит скребок (Р0₂) для удаления налипшей на полотно почвы (служебная функция). Ее конструкция показана на рис. 5.23. При первом внедрении полотна лопаты 1 в почву, стреловидный скребок 8 из нижнего положения посредством упора почвы в опорную поверхность стреловидных частей скребка 7 и 8 перемещается вверх и вследствие налипания земли на полотно лопаты может остаться в крайнем верхнем положении. Периодическая очистка полотна лопаты производится нажатием ноги на опорный выступ 10 втулки 5, передвигаясь по черенку втулка 5, посредством пружинящих стержней 6 передает движение стреловидным частям скребка 7 и 8, которые удаляют с полотна 1 налипшую почву с помощью срезающих кромок стреловидных частей скребка с обеих сторон полотна, повторяющих профиль полотна, ребра жесткости и конца черенка.

В РТС-представлении описанная лопата состоит из двух РО (главного и служебного), имеющих общую трансмиссию, но служебный РО имеет еще одну дополнительную трансмиссию для связи с человеком, как показано на рис. 6.14, г¹.

Рис. 5.23. Лопата со скребком (пояснения в тексте) [5.69]

Развертывание двигателя направлено, прежде всего, на увеличение производительности объекта техники. Так, вместо лопат появляются мотокультиваторы земли. Они имеют собственный источник энергии (топливо), двигатель, трансмиссии и рабочий орган. Человеку же по преимуществу остается роль органа управления объектом техники (см. рис. 5.17, д).

Возможен вариант, в котором рабочий орган снабжается собственным двигателем, источником энергии и трансмиссией, что в ТРИЗ называют переходом на микроуровень, когда развивается не функциональный центр, а отдельный его элемент (см. рис. 5.17, е). Лопата, к которой применен такой вариант развертывания, показана на рис. 5.24. При включении импульсного источника тока 5 в обмотке 3 формируется мощный электромагнитный импульс. Поскольку материал полотна 1 является ферромагнетиком (это, как правило, недорогие сорта железа), при прохождении импульса тока возникает явление магнитострикции^[2][3] — волны сжатия-растяжения с амплитудой несколько микрон. Такие микровибрации снижают затраты труда землекопа, облегчая проникновение полотна в слой почвы. Примечательно, что микровибрации практически безынерционны, а вес обмотки 5 составляет от 0,05 до 0,1 кг, что выгодно отличает предложенное решение от других, в которых и вес, и вибрация велики.

Авторы патента справедливо отмечают, что можно настраивать новый РО на различные типы почвы, подбирая частоту повторения импульсов тока. В РТС-представлении это означает, что у магнитострикционной лопаты есть резервы для дальнейшего развертывания: впоследствии ее можно будет снабдить дополнительным органом управления колебаниями.

Рис. 5.24. Магнтострикционная лопата с развитым рабочим органом:

• 1 — полотно; 2 — черенок; 3 — обмотка; 4 — кабель;
• 5 — источник импульсного тока [5.70]

Если функциональный центр объекта техники уже сформирован и успел «обрасти» служебными элементами и связями, то развертывание следует продолжать, переходя на микроуровень (как в примере с магнитострикционной лопатой) либо объединяя несколько объектов техники в одну надсистему. Соответственно, если объединяются самостоятельные объекты техники (а не отдельные элементы), то такой переход называется над системным¹. Переходу в надсистему в какой угодно области техники предшествуют:

• • наличие устоявшихся конструкций;
• • применение типовых блоков, решений;
• • типовое проектирование объекта техники;
• • стандартизация процедур проектирования.

Развертывание объекта техники в надсистему осуществляется несколькими способами за счет объединения:

• одинаковых объектов техники^[4][5] (множество светодиодов дает возможность облучать большую поверхность сложной формы — решать задачу, с которой не справится отдельный светодиод);

• • разных объектов техники (батарея и электроды позволяют получать вольтову дугу);
• • сдвинутых по параметрам систем, имеющих близкие, но неодинаковые характеристики и (или) главные полезные функции (набор ламп, имеющих различные спектры, подключаемый к одному и тому же источнику питания);
• • инверсных объектов техники, выполняющих противоположные функции (объединение системы, создающей свет, и системы, почти полностью его поглощающей, привело к появлению семейства фотохимических реакторов);
• • конкурирующих систем, предназначенных для работы в одном целевом звене или разных целевых звеньях, но достигающих результата сходным образом.

Примером объединения конкурирующих систем является изобретение системы объемной накачки газового лазера, которая включает в себя систему поверхностного разряда и систему поперечного разряда. Сначала разряд развивается по поверхности диэлектрических пластин, формируя на каждой плазменный слой (так называемый плазменный электрод), а затем происходит разряд между электродами (рис. 5.25). Обе системы выполняют одну и ту же функцию — обеспечивают ввод энергии в газовую смесь, и в данном смысле это конкурирующие между собой системы, однако их объединение существенно увеличивает энерговклад в среду.

Рис. 5.25. Схема установки с плазменными электродами [5.72]

Условно свертывание технических систем разделяют на минимальное, частичное и полное. При минимальном свертывании в новой системе можно выделить исходные системы, из которых она построена, поскольку связи между ними носят временный характер. Полное свертывание — другой полюс — здесь между подсистемами установились настолько неразрывные связи, что, во-первых, выделение из системы подсистем с сохранением полезной функции теряет смысл, а подчас невозможно, а во-вторых, система выполняется как единое целое.

Использовать свертку для обхода патентов впервые предложили, видимо, В. М. Герасимов и С. С. Литвин [5.73, 5.74], а первая апробация методики была сделана В. Е. Дубровым совместно с патентоведом Я. А. Леванюком в выпускной работе последнего на семинаре по ТРИЗ иФСАв 1991 г. [5.75].

К настоящему времени методика была существенно расширена и многократно испытана. Ключевая идея методики состоит в том, что чаще всего достаточно создать техническое решение, в котором будет отсутствовать, по крайней мере, один существенный признак, присутствующий в формуле патента, который необходимо обойти. Для этого, анализируя патентную документацию, необходимо использовать какую-либо схему свертки объекта техники¹.

Чтобы понять, как работает методика, обратимся к рис. 5.26. Пусть имеется патент, в формуле которого выделен базовый набор признаков (ABCD), характеризующих техническое решение.

Вариант 1. Если цель обхода подразумевает неизменность степени сложности изобретения^[6][7], то для обхода достаточно заменить любой из указанных элементов на новый. На рис. 5.26 на это, например, указывает короткая стрелка от ABCD к ABCG. При этом никакой свертки объекта техники не происходит, а степень сложности объекта (процесса) ABCG примерно равна степени сложности базового объекта (процесса).

Рис. 5.26. Графическое изображение процесса обхода патентов с известными признаками

Если при обходе допускается изменять степень сложности системы, то для обхода используются два других варианта.

Вариант 2. К выявленному набору признаков добавляется еще один признак (переход ABCD —> ABCDE на рис. 5.26). Иными словами, происходит развертывание объекта техники. Отметим, что это самый распространенный вариант обхода, обычная норма, позволяющая объекту техники развиваться по описанным выше сценариям.

Однако если объект техники уже прошел все стадии развертывания (или близок к этому состоянию), имеет долгую предысторию развертывания, то «обход» с увеличением степени сложности объекта становится затратным, а вносимые усовершенствования — «копеечными». Кроме того, поскольку новое решение ABCDE наследует фрагмент ABCD, то велика вероятность выплаты вознаграждения патентообладателю технического решения с признаками ABCD.

Вот тут-то и выручает свертка — если она к месту и ко времени!

Вариант 3. Из выявленного набора признаков удаляется какойлибо признак. На рис. 5.26 на это указывает длинная стрелка от ABCD к АВС. Это — свертка объекта техники. Получив и апробировав новое техническое решение, свертку можно продолжить (длинная стрелка от АВС кАВ на рис. 5.26) либо применить вариант 1, получив многочисленные варианты технических решений с примерно одинаковым уровнем сложности — ABJ, АКС, UBC и т. д., т. е. заняться патентным огораживанием своего решения.

Проиллюстрируем указанные выше варианты на примере развития способов стабилизации вин — процесса придания вину устойчивой прозрачности, основанного на устранении причин помутнения. Сохранение готовым вином прозрачности в течение длительного времени является обязательным требованием, предъявляемым к продукции, предназначенной для внутреннего рынка и экспорта. Стабильность вина достигается различными способами (что зависит от типа вещества, которое приводит к помутнению). Частный случай: стабилизация вина к кристаллическим помутнениям — предотвращение выпадения в осадок после розлива вина в бутылки кислого виннокислого калия, виннокислого кальция и других кальциевых солей [5.76, с. 161—164]. В этом случае для удаления избытка солей винной кислоты осуществляется резкое охлаждение вина (А) и его выдержка на холоде (Б), т. е. процесс содержит два признака. Недостатком процесса является то, что холод не оказывает биологического влияния. Дрожжи или бактерии, парализованные на какое-то время холодом, возобновляют свою активность после нагревания вина. Поэтому чтобы получить стабилизацию от бактерий на длительный срок, на один только холод не рассчитывают и применяют другие дополнительные процедуры, например фильтрацию.

Описанный процесс можно развернуть, добавив к нему новые признаки, которые существенно повышают качество достижения цели — осветление вина. Для этого авторы [5.77] предложили способ осветления вина «путем обработки холодом при температуре −4…−6°С в течение 22—26 ч, отличающийся тем, что с целью интенсификации процесса осаждения коллоидных частиц и повышения стабильности готового продукта перед обработкой холодом на напитки воздействуют сверхвысокочастотным электромагнитным полем частотой 500—1000 МГц и интенсивностью 10—50 мВт/см² в течение 5—30 мин». Другими словами, введен дополнительный признак (В) — обработка высокочастотным электромагнитным полем, а переход от старого технического решения к новому можно записать как А + Б—>А + Б + В. Получили типичное развертывание процесса.

Как показали испытания, новый способ действительно избавляет от необходимости дополнительного фильтрования вина после охлаждения и выдерживания. Кроме того, использование электромагнитного поля ускоряет процесс осветления.

Что плохо в обоих указанных способах? Практика показала, что термообработка (включая охлаждение) хотя и обеспечивает необходимое качество конечного продукта, но в то же время энергозатратна (Wj) и требует большие объемы технологических емкостей (VT₃), а сверхвысокочастотное (СВЧ) поле не обеспечивает равномерной объемной обработки (W₄) жидкости.

Известны аналогичные технические решения, в которых в качестве дополнительного полевого воздействия используется не СВЧ-поле, а ультразвук. Однако ни он, ни СВЧ-поле без холода не дают нужного эффекта.

Тем не менее понятно, что для повышения степени идеальности необходимо постараться найти такое воздействие (вместо В), которое исключило бы признаки А и Б, что и сделали авторы [5.78], предложив свой способ стабилизации вина или виноматериалов. Он основан на том, что при воздействии лазерным излучением на частоте 2-й гармоники излучения С0₂-лазера (длина волны излучения X = 5.3 мкм) (признак В*) на виноматериал происходит ряд физико-химических процессов, приводящих к интенсивному выпадению кристаллического осадка, и попутно происходит подавление бактериальной микрофлоры. Иными словами, здесь обработку полем оставили, хотя и стали использовать другое поле (В*), а термическую обработку (А + Б) убрали, или А + Б + В —> В*. Авторы патента отмечают, что эффективное кристаллообразование вина марки «Анапа, крепкое» в способе с охлаждением достигается в течение 6 ч, в то время как при лазерном облучении продолжительность сокращается до 10 с — впечатляющий результат свертки признаков!

Тем не менее у предложенного способа есть серьезный недостаток: для преобразования излучения С0₂-лазера с X = 10,6 мкм в полезное излучение с длиной волны X = 5,3 мкм (2-я гармоника излучения) требуется надежный нелинейный преобразователь излучения лазера (нелинейный кристалл). Это — новый признак (Г). Отметим, что в формуле изобретения он не указан, хотя его стоимость превышает стоимость самого лазера! Поэтому, по существу переход к полученному решению нужно записать так: А + Б + В—>В* + Г.

Следовательно, необходимо продолжить свертывание так, чтобы избавиться от нежелательного признака Г, что и сделано в [5.79], где в качестве источника излучения выбран другой лазер: воздействие осуществляют излучением СО-лазера (В**) в интервале длин волн X = 5,1—6,3 мкм, поэтому нелинейный преобразователь Г больше не требуется. Это излучение перекрывает полосу поглощения органических молекул, содержащихся в исходном вине и реагирующих с излучением, поэтому эффективность воздействия увеличивается. Кроме того, выбранный лазер экономичнее, что сокращает энергозатраты по сравнению с прототипом.

Здесь заканчивается свертка, начатая предыдущим техническим решением: переход к полученному решению нужно записать так: В* + + Г —" В**. Фактически, В** (СО-лазер) — это новый двигатель (Д), обеспечивающий достижение цели (Z). Рабочим органом (РО) является излучение. Мишенью (Z) является вино. Нам ничего не мешает начать развертывание нового функционального центра. Зачем? Чтобы повысить эффективность воздействия на вино. Дело в том, что лазерное излучение проникает в вино на глубину около 100—200 мкм. Это резко ограничивает действие излучения. Поэтому для развертывания можно предложить различные конструкции. Пример одной из них показан на рис. 5.27. Здесь для интенсификации облучения использованы уширение лазерного пучка и перемешивание вина в объеме.

Рис. 5.27. Конкретный вариант развертывания рабочего органа в задаче облучения вина:

1 — СО-лазер; 2 — лазерный пучок; 3 — расширитель пучка; 4 — расширенный лазерный пучок; 5 — цилиндрическая камера; 6 — вино. Стрелкой показано направление вращения жидкости Повторимся: те или иные усовершенствования (по вариантам 1, 2 и 3) должны быть целенаправленными, соотнесенными с текущим состоянием развития объекта техники, а не случайными «эвриками» изобретателя. Так, при описании обхода патентов через свертку часто отмечают, что существенное свертывание признаков хотя и повышает надежность (и степень идеальности) объекта техники, однако внедрять полученное решение, как полагают, труднее. Это не совсем так. Если свертка предлагается до того, как возможности развертывания еще не исчерпаны, то любой технолог производства встретит ее «в штыки». Но не стоит недооценивать технических специалистов. Если они придут к мысли о том, что способы развертывания исчерпаны (и (или) если менеджер проекта подтолкнет их к такой мысли, опираясь на объективный анализ отрасли техники), то они станут охотно сотрудничать во внедрении свернутых объектов (процессов).

• [1] Или репликатором 1-го рода.
• [2] Следует отметить, что такая дополнительная трансмиссия была и у фрезернойлопаты, но в дидактических целях мы специально не акцентировали на ней внимания.
• [3] От лат. strictio — сжатие, натягивание.
• [4] Используют также термин «метасистемный переход» — переход от системы (илинескольких систем) к надсистеме (метасистеме), содержащей как подсистему (-ы), таки аппарат управления. Понятие введено Валентином Федоровичем Турчиным (1931—2010), создателем языка программирования Рефал (1966) для описания алгоритмических языков и символьных математических преобразований. Считается, что любой явноразличимый шаг эволюционного развития системы является метасистемным переходом[5.71].
• [5] Напомним, что надсистема, построенная из двух одинаковых подсистем, называется бисистемой, а при большем количестве надсистем — полисистемой.
• [6] Согласно ТРИЗ, повышение степени идеальности технической системы сопровождается ее развертыванием — за счет усложнения системы с увеличением количестваи качества функций ТС, и свертыванием — упрощением системы при сохранении полезных функций.
• [7] Напомним, что кибернетическая степень сложности системы — это сумма элементов и связей между ними. Поэтому в роли «А», «В», «С» и «D» могут выступать как элементы систем, так и связи между ними.