«Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы.

Каждая техническая система должна включать четыре основные части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и орган управления.

Смысл закона 1 заключается в том, что для синтеза технической системы необходимо наличие этих четырех частей и их минимальная пригодность к выполнению функций системы, ибо сама по себе работоспособная часть системы может оказаться неработоспособной в составе той или иной технической системы. Например, двигатель внутреннего сгорания, сам по себе работоспособный, оказывается неработоспособным, если его использовать в качестве подводного двигателя подводной лодки.

Закон 1 можно пояснить так: техническая система жизнеспособна в том случае, если все её части не имеют «двоек», причём «оценки» ставятся по качеству работы данной части в составе системы. Если хотя бы одна из частей оценена «двойкой», система нежизнеспособна даже при наличии пятёрок у других частей. Аналогичный закон применительно к биологическим системам был сформулирован Либихом ещё в середине прошлого века («закон минимума »).

Из закона 1 вытекает очень важное для практики следствие. Чтобы техническая система была управляемой, необходимо, чтобы хотя бы одна её часть была управляемой.

«Быть управляемой» - значит менять свойства так, как это надо тому, кто управляет. Знание этого следствия позволяет лучше понимать суть многих задач и правильнее оценивать полученные решения».

Альтшуллер Г.С., Творчество как точная наука, М., «Советское радио», 1979 г., с. 123.

ТРИЗ представляет собой набор методов, объединенных общей теорией. ТРИЗ помогает в организации мышления изобретателя при поиске идеи изобретения, и делает этот поиск более целенаправленным, продуктивным, способствует нахождению идеи более высокого изобретательского уровня.

Структурную схему основных механизмов классического ТРИЗ, разработанных Г. С. Альтшуллером, удобно изобразить в виде графической схемы.

Рис.1. Структурная схема основных механизмов классического ТРИЗ

ТРИЗ-методики нацелены на решение нестандартных, творческих задач. Как правило, признаки этих задач следующие:

проблема долго и безуспешно решается (часто сотрудники фирмы выращивают "миф" о ее нерешаемости и т. п.);

проблема содержит одно или несколько острых противоречий;

проблема носит междисциплинарный характер;

проблема не решается, как говорят шахматисты, "в один ход", а требует именно системы решений.

В ТРИЗ в качестве главного направления впервые стало изучение и использование в изобретательстве законов развития технических систем .

Основным инструментом ТРИЗ являлся Алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ). АРИЗ представляет собой ряд последовательных логических шагов, целью которых является выявление и разрешение противоречий, существующих в технической системе и препятствующих ее совершенствованию.

В ТРИЗ используется ряд инструментов для решения задач. К ним относятся:

Таблица устранения технических противоречий, в которой противоречия представляются двумя конфликтующими параметрами. Эти параметры выбираются из списка. Для каждого сочетания параметров предлагается использовать несколько приемов устранения противоречия.Всего 40 приемов. Приемы сформулированы и классифицированы на основе статистических исследований изобретений.

Стандарты решения задач .Сформулированы стандартные проблемные ситуации. Для разрешения этих ситуаций предлагаются типовые решения.

Вепольный (вещественно-полевой)анализ . Определены и классифицированы возможные варианты связей между компонентами технических систем. Выявлены закономерности и сформулированы принципы их преобразования для решения задачи. На основе вепольного анализа были расширены стандарты решения задач.

Указатель физических эффектов. Описаны наиболее распространенные для изобретательства физические эффекты и возможности их использования для решения изобретательских задач.

Методы развития творческого воображения (РТВ). Используется ряд приемов и методов, позволяющих преодолеть инерционность мышления при решении творческих задач. Примерами таких методов являютсяМетод маленьких человечков,Оператор РВС.

Триз. Законы развития технических систем

Закон полноты частей системы. Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы.

Закон энергетической проводимости системы. Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является сквозной проход энергии по всем частям системы.

Закон согласования ритмики частей системы. Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является согласование ритмики (частоты колебаний, периодичности) всех частей системы.

Закон увеличения степени идеальности системы. Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.

Закон неравномерности развития частей системы. Развитие частей системы идет неравномерно. Чем сложнее система, тем неравномернее развитие ее частей.

Закон перехода в надсистему. Исчерпав возможности развития, система включается в надсистему в качестве одной из частей. При этом дальнейшее развитие идет на уровне надсистемы.

Закон перехода с макроуровня на микроуровень. Развитие рабочих органов системы идет сначала на макро-, а затем на микроуровне.

Закон увеличения степени вепольности. Развитие технических систем идет в направлении увеличения числа вещественно-полевых связей.

ТРИЗ. Приемы устранения противоречий

Принцип дробления

разделить объект на независимые части;

выполнить объект разборным;

увеличить степень дробления объекта.

Принцип вынесения

отделить от объекта "мешающую" часть ("мешающее" свойство);
выделить единственно нужную часть (нужное свойство).

Принцип местного качества

перейти от однородной структуры объекта (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной;
разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции;
каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.

Принцип асимметрии

перейти от симметричной формы объекта к асимметричной;
если объект асимметричен, увеличить степень асимметрии.

Принцип объединения

соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты;
объединить во времени однородные или смежные операции.

Принцип универсальности

объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах.

Принцип "матрешки"

один объект размещен внутри другого, который, в свою очередь, находится внутри третьего и т. д.;
один объект проходит сквозь полости в другом объекте.

Принцип антивеса

компенсировать вес объекта соединением с другим, обладающим подъемной силой;
компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет аэро- и гидродинамических сил).

Принцип предварительного антидействия

заранее придать объекту напряжения, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям;
если по условиям задачи необходимо совершить какое то действие, надо заранее совершить антидействие.

Принцип предварительного действия

заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично);
заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затраты времени на доставку и с наиболее удобного места.

Принцип "заранее подложенной подушки"

компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.

Принцип эквипотенциальности

изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект.

Принцип "наоборот"

вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие;
сделать движущуюся часть объекта или внешней среды неподвижной, а неподвижную - движущейся;
перевернуть объект "вверх ногами", вывернуть его.

Принцип сфероидальности

перейти от прямолинейных частей к криволинейным от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба и параллелепипеда, к шаровым конструкциям;
использовать ролики, шарики, спирали;
перейти от прямолинейного движения к вращательному, использовать центробежную силу.

Принцип динамичности

характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы;
разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга;
если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.

Принцип частичного или избыточного действия

если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить "чуть меньше" или "чуть больше" - задача при этом существенно упростится.

Принцип перехода в другое измерение

трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (т. е. на плоскости). Соответственно задачи, связанные с движением (или размещением) объектов в одной плоскости, устраняются при переходе к пространству в трех измерениях;
использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной;
наклонить объект или положить его "на бок";
использовать обратную сторону данной площади;
использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или обратную сторону имеющейся площади.

Использование механических колебаний

привести объект в колебательное движение;
если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой);
использовать резонансную частоту;
применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы;
использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.

Принцип периодического действия

перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсвому);
если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность;
использовать паузы между импульсами для другого действия.

Принцип непрерывности полезного действия

вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой);

Принцип проскока

вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.

Принцип "обратить вред в пользу"

использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта;
устранить вредный фактор за счет сложения с другими вредными факторами;
усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.

Принцип обратной связи

ввести обратную связь;
если обратная связь есть, изменить ее.

Принцип "посредника"

использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие;
на время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект.

Принцип самообслуживания

объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции;
использовать отходы (энергии, вещества).

Принцип копирования

вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии;
заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии);
если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным и ультрафиолетовым.

Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности

заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).

Замена механической системы

заменить механическую схему оптической, акустической или "запаховой";
использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом;
перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных - к меняющимся во времени, от неструктурных - к имеющим определенную структуру;
использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.

Использование пневмоконструкций и гидроконструкций

вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие;
использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.

Использование гибких оболочек и тонких пленок

вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки;
изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.

Применение пористых материалов

выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. д.);
если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом.

Принцип изменения окраски

изменить окраску объекта или внешней среды;
изменить степень прозрачности объекта или внешний среды.

Принцип однородности

объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).

Принцип отброса и регенерации частей

выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т. д) или видоизменена непосредственно в ходе работы;
расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.

Изменение физико - химических параметров объекта

изменить агрегатное состояние объекта;
изменить концентрацию или консистенцию;
изменить степень гибкости;
изменить температуру.

Применение фазовых переходов

использовать явления возникающие при фазовых переходах, например, изменение объема, выделение или поглощение тепла и т. д.

Применение теплового расширения

использовать тепловое расширение (или сжатие) материалов;
использовать несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения.

Применение сильных окислителей

заменить обычный воздух обогащенным;
заменить обогащенный воздух кислородом;
использовать озонированный кислород;
заменить озонированный кислород (или ионизированный) озоном.

Применение инертной среды

заменить обычную среду инертной;
вести процесс в вакууме.

Применение композиционных материалов

перейти от однородных материалов к композиционным.

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности
технической системы является наличие и минимальная работоспособность
основных частей системы.

Каждая ТС должна включать четыре части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и орган управления.

Для синтеза ТС необходимо наличие этих четырех частей и их минимальная пригодность к выполнению функций системы. Если хотя бы одна часть отсутствует, то это еще не ТС; если хотя бы одна не работоспособна, то ТС не "выживет".

Все первые ТС развились из орудий труда: требовалось увеличение полезной функции рабочих процессов, а человек не мог обеспечить нужную мощность. Тогда сила человека заменилась двигателем, появилась трансмиссия (связь, по которой передается энергия от двигателя на рабочий орган) и орудие труда превращалось в рабочий орган машины. А человек выполнял только роль органа управления.

Например, мотыга и человек это не ТС. Возникновение ТС связано с изобретением плуга в неолите: плуг (рабочий орган) бороздит землю, дышло (трансмиссия) припрягается к скоту (двигателю), а рукоятью плуга управляет человек (орган управления).Сначала плугом только рыхлили. Претензии внешней среды (например, параметры почвы: твердость, влажность, глубина) заставляли искать наилучшую форму плуга. Затем увеличилась потребность: для уничтожения сорняков пласт надо не только рыхлить, но и переворачивать. Изобрели отвал (косо поставленная доска, в которую упирается поднятый лемехом пласт и валится набок). Развиваясь отвал приобретает плавную выгнутую форму (полуцилиндрическую или винтовую). В 18 в. появился цельнометаллический плуг, в 20 в. - трактор и т.д.

А вот как плуг превратился в сеялку. Римские крестьяне (III в. до н.э.) уже пользовались сеялкой - прообразом многорядной сеялки Джеймса Кука, изобретенной им в 1783 г. Четыре деревянных лемеха соединялись прочной перекладиной. Глиняный воронкообразный горшок для посевного материала крепился вверху на четырех полых бамбуковых палках (трубках). Пахарь время от времени пополнял бункер зерном из наплечного мешка. Приходилось постукивать по бамбуку, чтобы внутри семена не "зависали".

Римская сеялка (III в. до н.э.), Калькутский музей техники и ремесел.

Если подробно рассмотреть процесс превращения орудий труда в рабочие органы машин, то можно выделить основные части машин: например, в водяной мельнице - двигатель (водяное колесо), передачу (зацепление) и рабочий орган (жернова). Кроме того, становится заметной одна из главных особенностей развития техники - вытеснение человека из сферы производства. Человек вытесняется из ТС в орган управления, затем ОУ также превращается из инструмента в техническую систему и человек вытесняется за ее пределы (на "второй этаж" органа управления) и т.д.

В первом издании "Детской энциклопедии" (том 5 "Техника". Издательство академии педагогических наук РСФСР, М., 1960г., с.30) приводится такая характеристика технической системы: "Машина состоит из следующих основных частей:

а)

б) исполнительных (рабочих) органов, непосредственно выполняющих полезную работу;

в) передаточных механизмов (трансмиссий), преобразующих движение передаваемое от двигателя к рабочим органам;

г) системы управления;

д) остова (станины, корпуса, рамы), представляющих собой основание, на котором расположены все части машины".

Закон полноты частей системы

Закон полноты частей системы описывает минимально необходимый набор частей, обеспечивающий минимальную работоспособность системы. В общем случае, необходимо наличие следующих частей системы:

рабочий орган ,

энергия для обеспечения его работы,

система управления рабочим органом.

Идеальном случае рабочий орган – энергия . например, инструмент для плазменной обработки. этот частный случай представляет собой одну из тенденций развития техники.

минимальный набор элементов в средствах транспорта, например, это:

движитель – рабочий орган ,

двигатель с источником энергии ,

корпус ,

система управления .

В качестве примера рассмотрим некоторые виды указанных частей судна.

движитель для судов могут быть следующих видов: весло , гребное колесо и гребной винт , водомет , реактивная струя , парус , крыло , воЗдушный Змей , парашют , пропеллер , вращающиеся роторы .

судовые ветродвижители, где: а - мягкие паруса, б - полужесткие паруса, в - жесткие паруса-крылья, г - авторотирующий пропеллер, д - вращающийся ротор, работа этого ротора основана на эффекте магнуса.

движители для передачи большой мощности или для быстрых судов . 1 - трехвальная установка; 2 - гребной винт в насадке; 3 - соосные гребные винты противоположного вращения: 4 - водометный движитель

многие этот эффект наблюдали при исполнении так называемого "крученого мяча" в настольном теннисе или футболе. Суть его в следующем. Цилиндр (или шар) вращается в определенную сторону. Стрелкой показано направление вращения (? - скорость вращения). Цилиндр находится в потоке ветра, показанного стрелкой w . Когда скорости ветра w и вращения цилиндра ? складываются, общая скорость v 2 увеличивается . при увеличении скорости, согласно закону бернулли, давление P 2 в потоке воздуха падает

с другой стороны (сверху) скорости вычитаются, общая скорость v 1 уменьшается (v 1 lt; v 2 ), и давление P 1 увеличивается. так образуется сила F , направленная перпендикулярно к потоку, которую можно использовать для движения судна.

Пример 1.

Как известно эффективность паруса и крыла, прежде всего, определяется их общей площадью, поэтому их делают как можно выше. Однако удлинение парусов и крыльев приводит к уменьшению остойчивости судна. Оригинальное решение этого противоречия - кольцевые и полукольцевые паруса-крылья.

Аналогичное решение предложено использовать и в авиации. По замыслу авторов, такое крыло в два раза меньше обычного, но из-за особенностей движение воздуха в "трубе" обеспечивают необходимую подъемную силу.

Пример 2.

В1924 г. французский инженер константен, воскрешая идею xvIII в., предложил применить ветродвигатели для движения судов. Вращение вала ветродвигателя передается с помощью трансмиссии, содержащей двойную угловую зубчатую передачу и вал, на обычный гребной винт, движущий судно.

Пример 3.

Французский корабел м.мар предложил в качестве движителя использовать ветряк (пропеллер).

Трехлопастной ротор приводит в движение генератор, полученная электроэнергия питает электродвигатель, который вращает гребной винт. Управление ротором проводится с помощью бортового компьютера, который устанавливает ротор против ветра и меняет шаг лопастей.

Пример 4.

Возможна комбинация ветродвижителей, например, крыла и пропеллера. На рисунке показано судно с комбинированной ветроэнергетической установкой. Установка состоит жесткого полукольцевого паруса-крыла с высоким аэродинамическим качеством, которое обеспечивается большим удлинением крыла и шайбами на нижних кромках крыльев. Система крыльев имеет механизм установки необходимого угла атаки. внутри контура, охватываемого полукольцевым крылом, по оси симметрии крыла размещен самоориентирующийся по ветру крыльчатый ветродвижитель с горизонтальной осью, для которого жесткий парус служит габаритным ограждением для ветродвигателя во время его вращения.

При движении боковыми ветрами силу тяги создает жесткое полукрыло, а ветродвигатель застопорен, лопости его установлены горизонтально и развернуты во флюгерное положение. В таком положении ветродвигатель практически не влияет на работу крыла. в случае движения острыми курсовыми углами или прямо против ветра, когда парус не тянет, работает ветродвигатель самоориентируясь по каждому ветру, а полукольцевой жесткий парус устанавливается в плоскости вращения колеса и служит для него аэродинамической насадкой. Мощность от ветродвигателя через трансмиссию передается на гребной винт, вызывая движение судна.

При попутных ветрах полукольцевой жесткий парус в силу конструктивных условий (угол установки его ограничен) создает малую тягу, поэтому движение судна осуществляется также с помощью ветродвигателя. Реверс производится гребным винтом регулируемого шага (врш).

Такое судно может успешно двигаться всеми курсами относительно ветра, минуя "мертвые зоны", и более эффективно использовать энергию ветра.

Судно с комбинированной ветроэнергетической установкой . а - при движении боковым ветром (работает крыло); б - при движении встречным и попутным ветрами (работает ветродвигатель). 1 - полукольцевой жесткий парус; 2 - ветродвигатель; 3 - трансмиссия к гребному винту.

Пример 5 .

В англии в качестве движителя использовали воздушный змей. Крупная прямоугольная конструкция обтягивается прочной синтетической пленкой и заполняется гелием. На змее установлена метеорологическая аппаратура, которая передает информацию на судно. Змеем можно управлять с помощью перетекания газа во внутренних отсеках.

Подобное решение, но более простое в осуществлении предлагает английский изобретатель К.Стюарт. Он разработал надувной пластиковый "воздушный змей", который наполняется гелием и запускается с палубы судна. По сути, это тот же парус, но без мачты. преимущество его в том, что этот "парус" может использовать потоки на высоте даже тогда, когда над морской гладью царит безветрие. Изобретатель приспособил свой движитель к небольшой яхте и несколько раз переплыл на ней ла-манш. Автор утверждает, что без принципиальных изменений его парус можно применить на судах водоизмещением до 150 тонн.

Пример 6.

Роторные суда, изобретены немецким авиационным инженером и изобретателем антоном флетнером. работа движителя а.Флетнераоснована на эффекте магнуса.Роторные суда имеют от одного до трех вертикальных цилиндров-роторов, вращаемых вспомогательным двигателем.

Пример 7 .

Из всех районов земли наиболее полно энергию ветра можно использовать в южном океане, ограниченном австралией, африкой, южной америкой и антарктидой.Проекте "аврора" парус - это парашют длиной 450 м и диаметром чуть меньше 1 км, связанный с забалластированным поплавком и движущийся на высоте 170-300 м над уровнем воды.Высота над уровнем океана, даже при отсутствии ветра, поддерживается гелием или водородом, заполняющим специальные камеры парусов.

двигатель

В качестве двигателей в судах используют: дизель, турбина, атомный реактор и значительно реже - ветер и электродвигатель. Раньше использовали паровой двигатель. Наиболее часто встречающиеся в настоящее время двигатели показаны на рисунке .

судовые энергетические установки. 1 - низкооборотный дизель, непосредственно работающий на гребной винт; 2 - дизль-редукторная установка 3 - паротурбинная установка; 4 - газвая турбина; 5 - атомная установка; 6 - газтурбинная установка с электрической передачей на винт.

Корпус

корпуса могут отличаться по их количеству , виду и материалу , изкоторого они сделаны.

количество корпусов 1 корпус, 2 корпуса – катамаран, 3 корпуса – тримаран , 4 и более корпусов – полимаран .

материал корпуса : папирус , тростник, дерево , металл , пластмасса , стеклоткань и т.д.

южноамериканская тростниковая лодка

вид корпуса : плот, водоизмещающий корпус , полупогруженный корпус , с подводными крыльями, на воздушной подушке , экраноплан, подводное судно .

плот

водоизмещающий корпус

с подводными крыльями

экраноплан

Система управления

Системы управления могут быть: непосредственные, дистанционные; ручные, механические, полуавтоматические, автоматические.

Пример 8.

В втомобиле человек непосредственно управляет машиной– это непосредственная система управления. Луноходом управляли с Земли– это дистанционное управление.

Когда-то автомобилем управляли в ручную, далее стали использвать усилитель руля – это механическое управление. На следующем этапе на отдельных не сложных этапах дороги можно было поручить управление полуавтомату. Сегодня существует автомобиль который полностью управляется автоматически.

Приложение 5

Каждая техническая система, самостоятельно исполняющая любую функцию, состоит из четырых частей - двигатель, трансмиссия, работающий орган и средство управления. Если в системе отсутствует некоторая из этих частей, то ее функции выполняет человек или окружающая среда.

Двигатель – элемент технической системы, который является источником или накопителем энергии для выполнения требующих функций.

Трансмиссия - элемент технической системы, транспортирующий энергию от двигателя до работающего органа с преобразованием ее качественных характеристик.

Работающий орган - элемент технической системы, который передает энергию элемента окружающей среде и, который завершает выполнение необходимой функции.

Средство управления - элемент технической системы, который регулирует поток энергии по ее составляющим и согласовывает ее работу во времени и в пространстве.

Проводя анализ некоторой автономно работающей системы, будь то часы, холодильник, автоматическая ручка или телевизор, всюду можно отделить - двигатель, трансмиссию, работающий орган и средство управления. Если чего-то недосчитаемся, то, как мы говорили раньше, функцию этой части выполняет сам человек или окружающая среда.

Для того чтобы верно определить части системы, необходимо сначала определить ее функцию и согласно нее определить работающий орган, а со временем и другие части. Например, фрезерный станок. Что у него является работающим органом? Формируем основную функцию станка, то ради чего он создан. Основная функция - снимать лишний материал с заготовки путем резания. Какая часть станка завершает выполнение этой функции и отдает заготовке всю свою энергию? Конечно, это фреза, она и является работающим органом данной системы. Двигателем станка является электродвигатель. А все что находится между ним и фрезой, можно считать трансмиссией. Средство управления - всякие рукоятки, кнопки, а также программное обеспечение, если такое присущее станку.

В автомобиле: главная функция – это перевозки груза, работающий орган – колесо; трансмиссия – карданная передача, коробка переключения скоростей, рама; двигатель; средство управления рулевое колесо, тормоза, специальные приборы.

Учитывая, что средство управления непосредственно не задействовано в выполнении общей функции системы, его можно рассматривать как самостоятельную систему с собственной функцией и собственным набором частей. Например, система регулирования количества оборотов в дизельных двигателях имеет собственную функцию – регулирование проходного сечения топливопроводу и целый набор частей для ее осуществления. Кроме того каждую отдельную часть системы можно рассматривать как самостоятельную. Например, отдельно взятый у того же автомобиля двигатель внутреннего сгорания, имеет свою отделенную функцию - превратить давление газа в механическую энергию, точнее – во вращающий момент и передает энергию потребителю маховику. Он является работающим органом двигателя.

А что же в двигателе внутреннего сгорания является самым двигателем? Им будет горячая газовая смесь – она является источником энергии. Она является более высокодинамичной частью рассматриваемой технической системы, работающая на макроуровне вещества. Роль трансмиссии в двигателе выполняет поршень, шатун, кривошипный вал. Средством управления являются клапаны, разные регуляторы и т.д.

Если снова взять часть двигателя – карбюратор, насос или что-то другое, то в каждой из них можно отделить полный набор частей для выполнения своей определенной функции. Углубляясь в подсистему мы будем всегда находить все ту же славную четверку - двигатель, трансмиссия, работающий орган, средство управления. И так до тех пор, пока не достигнем структуры вещества, где функции этой части свернуты и выполняются молекулами и атомами, то есть проходит нормальный физико-химический процесс. Мы дошли до природы. Искусственная техническая система исчезла …

Тоже именно мы увидим, если будем углубляться в надсистему.

Кратко проследим основные этапы возникновения и развития частей технической системы.

Вспомним первую «самодвижущуюся » коляску – прообраз современного велосипеду. Сначала это была просто деревянная перекладина с двумя колесами. В народившейся системе присутствовал только один работающий орган – колеса. Роль двигателя, трансмиссии и средство управления выполнял сам всадник, тщательно отпихиваясь ногами от полотна дороги и наклоняя свой корпус для поворота в нужную сторону. Недаром слово «велосипед» в переводе на украинский язык означает «быстрые ноги».

Но согласитесь, отпихивать от дороги и тормозить по ней ногами опасно, да и возрастают затраты на подметки. Очевидно, лучше толкать ногами само колесо. Но здесь необходимо быть большим виртуозом, чтобы не попасть в спицы колес и своевременно убрать от них ногу. Работа ногами стала более легкой и безопасной, когда к оси колеса додумались прицепить педали в виде коловорота. Так появились зачатки трансмиссии, отошедшей от работающего органа. У сапожников мгновенно уменьшилось работы, а людей, соревнующихся в скорости, диаметр переднего колеса стал еще большим. Велосипед стал более скорым, но количество ударов об препятствия возросла. Было понятно, что переднее колесо каким-то образом должны поворачиваться, даже на телеге это есть. Произошло перенесение опыта с одной области техники на другую. На велосипеде появилось повторный элемент - руль – дышло. Сейчас уже можно не пугаться оград – появился орган управления, и снова стали увеличивать скорость путем увеличения диаметра переднего колеса с педалями. Все было чудесно, пока не определили, что при очередном увеличении диаметру колеса ноги всадника уже не достают педали. Прогресс остановился, необходимо было менять или всадника или трансмиссию велосипеда. Избрали второе. Зафиксировали педали на раме и связали их с колесом гибкой шарнирной связью. Трансмиссия поделилась на составные части, и это обеспечило развитие всей системе. С помощью цепи было достигнуто искусственное «удлинение» ноги. А когда цепь была перенесена на заднее колесо, то появились надежные тормоза и руль, сформировалась классическая форма велосипеда. Итак, появился работающий орган, трансмиссия, средство управления, но человек еще так и оставался «двигателем».

Отметим интересную деталь: перед появлением «существенного» двигателя техническая система старается компенсировать его отсутствие преобразованием из трансмиссии участка, возможного накапливать энергию. Так было с самодвижущейся тележкой Кулибина, водитель которого усиленно раскручивал маховик, накапливая в нем энергию, чтобы преодолеть восхождение в гору.

Прошло много времени прежде чем появились истинные «самодвижущиеся» коляски - мотоциклы и автомобили с собственным двигателем. Формирование основных частей техническая система прекратилась.

Хочется отметить одну общую для всех двигателей и систем особенность. Все они сначала использовали твердые сорта топлива – дерево и угли. Даже первые двигатели внутреннего сгорание сначала работали на раздробленном угле. Потом стали использовать жидкое топливо – керосин, бензин и т.п. Современный автомобильный парк интересно переходит на газовое топливо. А потом? В роле топлива будут постепенно использовать разные виды полей – инерционное (механическое поле), электрическое, электромагнитное, магнитное, ядерное, солнечное (мировое), гравитационное. Все эти двигатели уже разрабатываются.

Указанный путь есть типичным для двигателей всех систем – корабельных железнодорожных, авиационных, ракетных и т.д.

Совершенствуясь, техническая система постепенно вытесняет человеческую. Вспомните луноход или управляемый с помощью радио бульдозер. Человеку остается только избирать программу, за которой и будет выполняться система.

Остался последний вопрос: зачем все это необходимо знать?

Найдя основные составляющие - элементы системы и проанализировав их работу, изобретатель имеет возможность определить «чувствительное» место системы, возникающие в ней противоречие и принять правильное решение.

Закон полноты частей системы был разработан автором ТРИЗ Г.С. Альтшуллером. Он выглядит так:

1) отдельные элементы машины, механизма, процесса всегда находятся в тесной взаимосвязи;

2) развитие происходит неравномерно: одни элементы обгоняют в своем развитии другие. отстающие;

3) планомерное развитие системы (машины, механизма, процесса0 оказывается возможных до тех пор, пока не возникнут и не обострятся противоречия между более совершенными элементами системы и отстающими ее частями;

4) это противоречие является тормозом общего развития всей системы. Устранение возникшего противоречия и есть изобретение;

5) Коренное изменение одной части системы вызывает необходимость для функционально обусловленных изменений в других ее частях.