А Гасанов - Учебник по ТРИЗ
Рассмотрим примеры ее применения.
В декабре 1968 г. в гавани города Эль-Кувейта затопило судно с большим числом овец на борту. Для подъема судна, с учетом сложившихся условий, необходимо было полгода. За это время трупы овец вызвали бы заражение воды в гавани и в городе, могла возникнуть эпидемия.
Выход из положения предложил датчанин К. Кройер. По его совету изготовили срочно и закачали внутрь судна 200 т полистирольных крупинок, состоящих на 98 % из воздуха. Пена вытеснила воду, закупорила мелкие отверстия, судно благополучно всплыло на поверхность. Что интересно в этом решении?
Идеально, чтобы судно само всплыло. Для этого есть практически только один ресурс — его внутренний объем. Но он заполнен водой. Нужно вещество, которое создало бы подъемную силу, причем вещество легкое. Конечно, лучшими могут быть вакуум или воздух. Создание вакуума в земных условиях всегда требует затрат энергии, а воздух — это неограниченный ресурс. Тем не менее, воздух сам по себе невозможно применить: закачиваемый, он тут же будет уходить через отверстия. Таким образом, должен быть воздух, т. к. он по всему нам подходит лучшим образом, и должен быть не воздух, т. к. он не удерживается внутри корпуса судна. Нужен видоизмененный воздух, нужна пена.
С давних времен человеком замечено, что для теплоизоляции хороша пустота в виде прослойки воздуха. В наших квартирах, кстати, этот принцип реализован в виде двойного и даже тройного остекления окон. Но всегда ли воздушная прослойка является наилучшим решением? Если немного поразмыслить о природе теплопередачи, то окажется, что этот принцип можно улучшить. Дело же здесь в том, что часть тепла переносится за счет конвекции, то есть всплывания теплого воздуха как более легкого, отсюда вывод: надо это всплывание прервать. Вот пена как раз это и делает, оказываясь лучшим исполнителем роли теплоизолятора.
Похожая ситуация и в случае со звукоизоляцией. Каждая стеночка вещества, образующего оболочку пены, многократно отражает звуковую волну, поглощает и превращает в тепло ее энергию, не позволяя вырваться наружу звуку. До сих пор мы рассматривали комбинированное вещество в виде пены. Чем оно было характерно? А тем, что пустота в ней образует замкнутые полости. Рассмотрим твердые пены и зададимся вопросом: а что будет, если вместо замкнутых полостей возникнут сквозные каналы; не будет ли такое вещество обладать какими-либо интересными свойствами? И действительно, такое вещество не только возможно, но и окружает нас повсюду. Это так называемые капиллярно-пористые материалы (КПМ). Простейшими примерами такого вещества является промокательная бумага, резиновая губка.
Но чтобы КПМ выполняла свое назначение, а в данных примерах речь идет о способности интенсивно впитывать жидкости, она должна иметь как можно более тонкие каналы-капилляры, только в этом случае поверхностное натяжение жидкости позволит ей самопроизвольно втягиваться в эти каналы.
Способность КПМ «захватывать» вещества может быть использована для соединения объектов. Предположим, к слитку надо прикрепить пластину с маркировкой. Для этого пластину, одна сторона которой пористая, кладут на дно платформы. После затвердевания металла пластина надежно скрепится со слитком.
Возникает вопрос, где и в какой последовательности следует вести поиск, а затем и рассмотрение ресурсов? В ТРИЗ принят следующий порядок, позволяющий получить результат при минимальном расходе ВПР:
•ВПР инструмента;
•ВПР внешней среды;
•побочные ВПР;
•ВПР изделия, если нет запрета на его изменение.
В этом последнем случае надо иметь в виду, что, как правило, изделие — неизменяемый элемент. Исключения возникают тогда, когда изделие может:
•изменяться само;
•допускать расходование какой-то части, когда его в целом неограниченно много;
•допускать переход в надсистему;
•допускать использование микроуровневых структур;
•допускать соединение с «ничем», т. е. c пустотой;
•допускать изменение на время.
Внутри каждой из перечисленных выше групп источников ВПР наиболее целесообразно пользоваться и следующими достаточно очевидными рекомендациями: сначала надо рассмотреть возможность использования простых ресурсов, а если же это невозможно, то перейти к производным от простых ресурсов и, наконец, к комплексным.
С другой стороны эффективнее всего использовать ресурсы, имеющиеся в неограниченном количестве. Как правило, это ресурсы внешней среды. К ним можно отнести воздух, воду, их температуру, фоновые поля Земли (гравитационное, магнитное и т. д.). Если таковых ресурсов нет, то рассматриваются ресурсы, имеющиеся в достаточном, либо ограниченном количестве.
Важнейшим принципом ТРИЗ становится использование в качестве ВПР природных источников энергии и отходов производства других технических систем (энергетических и вещественных). В настоящее время среди проблем, порожденных научно-технической революцией, есть одна особо тревожная — это возможность существенного повреждения и даже гибели биосферы Земли в результате все возрастающих техногенных воздействий. И, во-вторых, не менее важная проблема — истощение не возобновляемых природных ресурсов. Обе проблемы между собой чрезвычайно тесно связаны. Использование топлива, изымаемого из глубин Земли, в силу законов термодинамики таково, что на каждый киловатт-час полезной энергии, полученной при его сжигании в любой стационарной и транспортной энергоустановке, в окружающей среде бесполезно рассеивается приблизительно 2,5 квт. ч. Сжигается энергия, накопленная Солнцем в недрах Земли за миллиарды лет биологической жизни. Суммируясь с солнечной радиацией она как раз и приводит к повышению температуры атмосферы, к чему природные структуры биосферы Земли не приспособлены. Опасность нарушения их стабильности становится все более реальной. В этих условиях основные надежды связываются с так называемыми безотходными и малоотходными технологиями. Однако, хотя успехи здесь, казалось бы, немалые (водооборотные системы, газоочистные устройства, утилизация отходов и пр.), полностью безотходные технологии — это лишь идеал, к которому следует стремиться. Но идеалы, как правило, недостижимы. По-видимому, создание такого идеала само потребует огромных энергетических затрат, и нет гарантии, что на пути к нему человечество не достигнет грани, за которой — пропасть.
Скажем, автомобили на водородном топливе не загрязняют атмосферу там, где они используются. Однако производство водорода требует расходов энергии в количествах, при которых общее отрицательное воздействие на среду может быть даже большим, чем при обычных двигателях.
Таким образом, малоотходные технологии нельзя считать панацеей от антропогенного загрязнения биосферы, т. к., к сожалению, далеко не все достижения научно-технической революции удовлетворяют требованиям экологии. Нужно что-то иное. Нужно сформировать новый, экологический образ жизни и мышления, когда общественные процессы, и в первую очередь, научно-технический прогресс должны осуществляться только с учетом экологического правила, согласно которому повреждение природной среды за счет техногенных воздействий недопустимо, какой бы высокой ни была техническая и экологическая эффективность объектов, породивших эти воздействия. Надо обеспечить рождение новых товаров и продуктов, менее ресурсоемких и более безвредных для окружающей среды, но в то же время удовлетворяющих возрастающие духовные потребности развивающегося человечества.
Наиболее рациональным в этой части является пример самой природы, кругооборот веществ, в котором миллионы лет обеспечивалась стабильность биосферы. Человек, либо должен вписаться с созданной им техносферой в этот круговорот, что вряд ли реально, либо создать свою собственную систему циркуляции веществ и энергии, не только хорошо притертую к природной, но и имеющую механизмы утилизации или сброса излишков энергии.
Поэтому, для начала нужна специальная система учета, мобилизации, переработки отходов производства. Уже на стадии проектирования технологических процессов необходимо проектировать не нейтрализацию отходов, на что требуются и дополнительные вещества, и энергия, а получение из них дополнительных потребительских продуктов. Именно такой подход делает использование отходов производства одним из важнейших ресурсов.
Приведем несколько примеров.
Можно улучшить качество бетона, если (а. с. 1047864) добавить в него отходы виноделия, или (а. с. 897744) несколько тысячных процента кормовой патоки. Вообще для улучшения качества бетона стали достаточно широко применяться отходы разных производств. Например, в НИИ бетона и железобетона предложено использовать отходы алюминиевого производства в качестве добавки к бетонной смеси из портландцемента. Повышается морозостойкость смеси (а.с. 1152944).
