«С.А. Филичев, О.Д. Лукашевич ЭКОЛОГИ ИЗОБРЕТАЮТ: РЕШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ МЕТОДАМИ ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА Учебное пособие Томск издательство ТГАСУ 2011 УДК 502/504+001.894:347.771(075.8) Ф 51 Филичев, С.А. Экологи ...»

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Томский государственный архитектурно-строительный университет»

С.А. Филичев, О.Д. Лукашевич

ЭКОЛОГИ ИЗОБРЕТАЮТ:

РЕШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

МЕТОДАМИ ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА

Учебное пособие

Томск издательство ТГАСУ 2011 УДК 502/504+001.894:347.771(075.8) Ф 51 Филичев, С.А. Экологи изобретают: решение экологических задач методами технического творчества. [Текст]: учебное пособие. Издание второе, переработанное и дополненное./ С.А. Филичев, О.Д. Лукашевич. – Томск : Издво Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2011. – 116 с. – ISBN 978-5-93057-372-5.

Пособие содержит описание различных приемов творческой деятельности, применение которых позволяет более эффективно решать экологические проблемы. Даны краткие сведения о ТРИЗ (теории решения изобретательских задач), в приложениях приведены указатели физических, химических и геометрических эффектов, применяющихся в изобретательской деятельности. В пособие включены рекомендации по оформлению заявки на изобретение (полезную модель). Предложены темы актуальных исследовательских проектов экологической тематики, а также более 30 творческих задач природоохранной направленности.

Пособие предназначено для студентов младших курсов и старшеклассников, стремящихся стать творческими личностями и строить свою профессиональную деятельность на основе экологической целесообразности. Пособие будет полезно преподавателям экологии, а также всем интересующимся техническим творчеством и поиском новых подходов к решению экологических проблем.

Издание осуществлено при поддержке Фонда ГринГрантс.

Рецензенты:

канд. хим. наук, доцент ЧувГУ В.А. Михайлов;

докт. физ.-мат. наук, профессор ТГАСУ Г.Я. Мамонтов.

ISBN 978-5-93057-372-5 © С.А. Филичев, О.Д. Лукашевич, © Томский государственный архитектурно-строительный университет,

ВВЕДЕНИЕ

Все больше ученых, политиков, общественных деятелей отмечают развитие на планете глобального экологического кризиса. Народы многих стран испытывают трудности разного характера вследствие проявления усиливающихся стихийных бедствий, истощения природных ресурсов, природно-техногенных катастроф. Экономический ущерб от них многократно вырос за последние 30 лет. Экологический след человечества, отражающий антропогенное давление на биосферу, по некоторым данным (www. rian.ru. 2008) превышает способность планеты к восстановлению примерно на 30%.

Становится ясно, что недостаточна простая фиксация экологических проблем. Нужен постоянный поиск эффективных методов решения (и предотвращения!) экологических проблем разного уровня, от глобальных до локальных. Учиться решать такие задачи прежде всего должны молодые. Молодость – время поиска, куда приложить свои ум и энергию, и выбор юношей или девушкой достойной цели может помочь сохранению состояния окружающей среды, благоприятного для всего живого, в том числе человека.

Авторами книги поставлена задача привлечения широкого круга молодежи к техническому творчеству и исследовательской деятельности по широкой тематике для решения разнообразных экологических проблем. В книге вы найдете описание различных приемов творческой деятельности, применение которых позволяет по-новому решать экологические проблемы. В приложениях приведены указатели физических, химических и геометрических эффектов, применяющихся в изобретательской деятельности, а так же способы разрешения технических противоречий. Если вы проделаете серьезную работу, то ее результатом может стать патент, поэтому в пособие включены некоторые рекомендации по оформлению заявки на изобретение (полезную модель). Для людей, увлеченных исследовательской деятельностью, ищущих ответы на вопросы «Что?», «Почему?», «Где?», «Когда?», «Зачем?» в природных или технических системах предложены темы исследовательских проектов, а также более 30 творческих задач природоохранной направленности.

Одна из особенностей, отличающих человека разумного от собратьев по планете – способность к творчеству. Наши далекие предки оставили после себя немые свидетельства своей творческой активности в виде наскальных рисунков и записей, украшений, орудий труда, оборудования, жилищ. Практически все, что нас окружает с детства, – продукты творческой деятельности человека в той или иной сфере.

Что же такое творчество? Кто такие изобретатели? Творчеством занимаются и музыканты, и писатели, и художники, и архитекторы, и технологи, и инженеры. Есть ли в их деятельности что-то общее? В «Словаре русского языка» С.И. Ожегова находим следующее определение: «Творчество – создание новых по замыслу культурных, материальных ценностей». Здесь особенно важно отметить словосочетание «новых по замыслу». Техническое творчество принято называть изобретательством. Вспомним миф об Икаре, который пытался летать на созданных им крыльях. Сейчас красивую мечту воплощают в жизнь целые коллективы изобретателей, благодаря которым все более совершенные самолеты помогают нам быстро передвигаться по воздуху. К сожалению, растущее количество авиаперевозок негативно сказывается на экологическом состоянии атмосферы.

Представьте: только за один перелет из Москвы в Нью-Йорк сжигается столько кислорода, сколько хватило бы для дыхания населению целого мегаполиса на год! А если сюда добавить газовые выбросы двигателей, экологический ущерб от добычи нефти и получения из нее топлива, отходы, образующиеся при эксплуатации оборудования и т.д. – сразу хочется процитировать один из законов-афоризмов Б. Коммонера «Все надо кудато девать». Для сегодняшних инженеров и конструкторов это выражение по сути является формулировкой открытой задачи, над решением которой ежедневно нужно трудиться ради настоящего и будущих поколений.

Многие идеи, родившиеся в древности, получают новое техническое решение сегодня. Ветряные и водяные мельницы прошлого – прообразы ветро- и гидрогенераторов, так необходимых для реализации идей ресурсосбережения.

Что движет людьми, стремящимися изобретать? Анализ биографий известных изобретателей свидетельствует, что это в подавляющем большинстве случаев не стремление разбогатеть.

Русские изобретатели Черепановы, И.И. Ползунов, И.П. Кулибин и многие другие, ставшие прообразами лесковского Левши, были бедными людьми. Часто в основе инженерного творчества лежит желание придумать средство для облегчения тяжелого ручного труда и экономии ресурсов, а также стремление к красоте.

Творчество, креативность – свойства личности, стремящейся к самосовершенствованию. Не случайно талантливые люди проявляют себя во многих областях. Вспомните химика А.П. Бородина, писавшего серьезную музыку, великого Михаила Ломоносова, чьи таланты можно долго перечислять (химик, специалист по технологии силикатов, поэт, астроном…). Трудно определить, в каком качестве в большей степени проявил свои таланты Леонардо да Винчи. Некоторые из придуманных им аппаратов опередили его эпоху и были повторно изобретены только в наши дни. Для большинства творческих личностей творчество – не прихоть и не хобби, а потребность.

Творческая активность – одна из высших потребностей человека. Как утверждают специалисты, она ненасыщаема – творчеством можно заниматься всю жизнь. Надеемся, что материалы пособия, которое Вы держите в руках, помогут Вам, уважаемый читатель, получить первый опыт творческой деятельности. Простое знакомство с приемами творческой деятельности без попытки применить их к какой-либо проблеме будет просто занимательным чтением. Поэтому рекомендуем отнестись к предложенным текстам и примерам внимательно, рассматривая их как эффективные инструменты для собственной работы. Рекомендуем сначала сформулировать проблему, которую Вы хотите решить (это может быть, например, исследовательский проект или одна из задач, приведенных в пособии). Затем решайте ее теми или иными способами.

Инновационная деятельность вторгается в нашу жизнь. В стране декларируется переход к экономике знаний. Чтобы действительно стать страной-лидером инноваций, а не сырьевым придатком, нужно начать с ее основного богатства – людей. И главное здесь – приток творческих личностей в науку и инженерное дело. Надеемся, что некоторые из вас, уважаемые читатели, заинтересуются техническим творчеством и после знакомства пособием сделают первые шаги в изобретательство.

Экологические проблемы никогда не носят только технический или социальный характер. Например, проблему истощения природных ресурсов можно сформулировать в виде противоречия между постоянно растущими потребностями человечества и ограниченными ресурсами атмо-, гидро-, лито- и биосферы. Вряд ли эту проблему удастся решить только за счет создания новых изобретений. Следует отметить, что и противоречия бывают не только техническими. В рамках теории решения изобретательских задач (ТРИЗ), популяризируемой в пособии, выделяются административные, технические и физические противоречия. Надеемся, что использование полученных знаний позволит в дальнейшем нашим молодым друзьям добиваться успехов при разрешении любых проблемных жизненных ситуаций!

1. ПРИЕМЫ ТВОРЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Человек с давних времен стал задумываться о важности творчества и возможности передачи опыта творческих личностей. Наиболее ранние попытки выявить особенности творческого подхода при решении задач нашли отражение в трудах Архимеда, Евклида, Апполония Бергамского, Аристея-старшего.

Стремление обобщить опыт, создать теории творчества присущи и древним, и современным исследователям. Еще в античные времена математик Папп Александрийский попытался создать эвристику – науку о творчестве. Вопросами творчества занимались французские математики А. Пуанкаре и Ж. Адамар, российский философ Б.М. Кедров, советский инженер Г.С. Альтшуллер и многие другие ученые. Однако до сих пор не удалось создать универсальную теорию творчества, позволяющую быстро и эффективно делать открытия и изобретения.

Почему возникла потребность в поиске методов развития творчества? В двадцатом веке (тем более в двадцать первом) перед человечеством стали возникать все более сложные проблемы, которые уже нельзя решать по старинке, методом проб и ошибок.

Решение задач, встающих перед наукой и техникой, привело к созданию коллективов. Например, разработка атомного вооружения в нашей стране в 1940-е годы потребовала привлечения специалистов из разных областей под руководством И.В. Курчатова.

Коллективное решение проблем невозможно только за счет эксплуатации старых идей. Возрастает ответственность за неправильные решения (можно вспомнить крупнейшую в истории нефтепромыслов катастрофу в Мексиканском заливе в 2010 г., аварию на атомной станции Фукусима в Японии в 2011 г.). Кроме того, постоянно возрастает потребность в новых идеях в самых разных областях – в бизнесе, технике, образовании, рекламе… Это означает, что именно творческий человек более востребован на рынке труда.

Методы решения задач – инструкции и правила, средства интеллектуальной поддержки, позволяющие повысить эффективность процесса анализа проблемы и поиска новых решений.

Креативность – это способность к творчеству, умение порождать необычные вещи, придумывать, находить новое. Творческое решение задачи – нахождение пути, способа решения, не известного ранее, позволяющего достичь поставленной цели.

В настоящее время известны несколько десятков методов творчества. Мы рассмотрим в пособии только некоторые из них.

Многие из предложенных ниже приемов разработаны, апробированы и используются изобретателями, работающими в рамках ТРИЗ (теории решения изобретательских задач). Методы ТРИЗ являются проблемно-ориентированными. Они изначально создавались для решения технических проблем.

ТРИЗ разрабатывается в нашей стране с конца пятидесятых годов. Ее цель – упорядочить мышление, сделать его более системным, отсеять заведомо «пустые», неработоспособные варианты, сделать поиск новых идей целенаправленным, формировать творческую личность [см., например, 4,10,14].

Основы ТРИЗ заложены нашим соотечественником, инженером, изобретателем, и одновременно – писателем-фантастом Генрихом Сауловичем Альтшуллером (1926–1998 гг.). Работу над ее созданием со своим другом Р.Б. Шапиро он начал в 1946 году, будучи молодым сотрудником патентного бюро. На основе анализа многих тысяч изобретений, а также информации по истории техники была предпринята попытка выявить закономерности создания новых устройств. В 1956 г. появилась первая их статья в научном журнале «Вопросы психологии» (№ 6, 1956), в которой были сформулированы положения новой теории: техника развивается не случайным образом, а в соответствии со своими внутренними законами, причем эти законы можно выявить и на их основе сознательно совершенствовать технические системы.

При разработке теории технического творчества стало ясно, что сильные решения сложных изобретательских задач (в том числе экологических) чаще всего связаны с использованием знаний из физики, химии, математики и других наук. Но для эффективного использования этих знаний нужно было определить специфику их изобретательского применения. Это привело к систематизации такой информации и созданию соответствующих специальных указателей по ее применению (некоторые физические, химические и математические явления, использующиеся при создании инженерно-экологических объектов, экозащитных приборов, аппаратов, технологий помещены в прил. 1, 2 и 3).

С помощью ТРИЗ за полвека сделаны несколько десятков тысяч изобретений, специалисты по ТРИЗ активно работают в Санкт-Петербурге, Красноярске, Новосибирске, Южной Корее, США, Израиле и во многих других городах и странах [5, 10, 36].

В настоящее время «железная» ТРИЗ (то есть методы, предложенные Г.С. Альтшуллером) включает:

– 40 приёмов разрешения технических противоречий (прил. 4);

– 76 стандартов (типовых приемов) на решение изобретательских задач;

– информационный фонд – указатели использования физических, химических и геометрических эффектов для решения технических проблем;

– АРИЗ – алгоритм решения изобретательских задач;

– законы развития технических систем;

– вепольный анализ.

В последние годы разрабатываются новые методы и приемы, улучшаются уже существующие [2, 10, 13]. Информацию о новостях в мире ТРИЗ можно найти на сайтах http:// www.metodolog.ru, http://www.trizland.ru, http://www.altshuller.ru.

Мозговой штурм (МШ) – метод организации группового обсуждения, средство получения от небольшого числа людей некоторого количества идей за короткий промежуток времени.

Считается нормальным, если в течение полутора часов группа участников придумывает несколько десятков идей. Мозговой штурм направлен на коллективный поиск идей, на совместное творчество.

Приведем одну из наиболее популярных схем проведения МШ:

1. Постановка проблемы.

2. Формирование группы.

3. Обсуждение и генерирование идей (вариантов решения проблемы).

5. Рефлексия (анализ деятельности группы).

Ниже эти этапы рассмотрены более подробно.

Проблему может формулировать преподаватель либо сама группа обучающихся. Подсказать темы мозговых штурмов могут статьи в научных журналах, информация из средств массовой информации, Интернет. При знакомстве с проблемой убедитесь, что вы ее понимаете. Если нет – уточните у преподавателя.

Формулировка проблемы может меняться в ходе обсуждения. Например, во время мозгового штурма, проводившегося авторами в одной из школ Томска, исходная проблема была сформулирована следующим образом: как снизить количество мусора в населенном пункте? В ходе обсуждения была предложена следующая идея: необходимо разделять мусор (собирать отдельно металл, пластик, стекло, бумагу, органику), и тогда большая часть мусора становится сырьем, и только небольшая – по-настоящему отходами, которые не удается переработать. В результате стали обсуждать более конкретную проблему: как наладить раздельный сбор мусора и организовать утилизацию вторсырья.

Важная деталь: обсуждение проблемы должно проходить в комфортной и непринужденной обстановке. Поэтому рекомендуем на время обсуждения отключать сотовые.

Оптимальный состав группы для мозгового штурма – 5– человек, примерно поровну юношей и девушек. Желательно включить в группу людей с разными интересами (физика, математика, история и даже спорт).

Роль Требования к участнику мозгового штурма Ведущий – отвечает за регламент обсуждения (соблюдение – прерывает неконструктивное поведение участников;

– обеспечивает психологическую поддержку неуверенных в себе участников, создает атмосферу активности и доброжелательности (должен уметь мгновенно положительно оценить любую идею);

– напоминает секретарям о необходимости фиксировать идеи;

– поддерживает мозговой штурм, если он угасает.

Генератор – умеет легко генерировать идеи;

идей – имеет навык конструктивного слушания;

– способен развивать чужие идеи.

– непрерывно выдвигает идеи по поставленной проблеме.

Чаще генераторами идей оказываются эрудированные учащиеся, интересующиеся разными предметами. Однако это необязательно, выдвигать идеи может любой Критик- – выявляет рациональное зерно в каждой предложенаналитик ной идее;

– умеет донести критику идеи, не обидев при – обладает эрудицией в разных областях знаний Секретарь – внимателен, умеет быстро фиксировать идеи Все участ- – уважительно относятся к другим членам команды;

ники – умеют слушать и слышать;

Перед обсуждением рекомендуем распределить между участниками следующие роли:

– ведущий, или модератор – следит за регламентом, останавливает критику на первом этапе обсуждения, подталкивает обсуждение, если оно по каким-то причинам затихает;

– секретари, которые фиксируют высказывания и поведение остальных участников (они могут дать обратную связь остальным участникам);

– генераторы идей;

– эрудиты – источники информации, которая может требоваться во время обсуждения;

– критики-аналитики.

Если не можете распределить роли сами, обратитесь к преподавателю.

Проанализировав возможные роли, выберите себе те, которые, на ваш взгляд, вам больше подходят. Можно в разных мозговых штурмах попробовать себя в разных ролях и выбрать, с какой из них вы лучше справляетесь. Какие-то роли окажутся привычными, однако советуем попробовать себя и в новом качестве. Даже если Вы никогда не были лидером в классе, в группе, с друзьями – самое время попробовать! Умение приобретать новые навыки очень важно.

Теперь познакомьтесь с правилами мозгового штурма, если раньше вы о них не знали, а если знали – вспомните. Это поможет наиболее эффективно работать команде.

Правила проведения мозгового штурма – Стремитесь высказывать максимальное число идей. Отдавайте предпочтение количеству, а не качеству идей.

– Во время генерации идей запрещена критика, неодобрительные замечания, иронические реплики, резкие шутки. Анализ идей – отдельный этап, это задача критиков.

– Если Вам очень хочется поиронизировать над чьей-либо идеей, то критикуйте идею, но не человека. Не надо переходить на личности!

– Оказывайте предпочтение не логическому мышлению, а озарениям, необузданной и безграничной фантазии в самых разных направлениях. Возможно всё!

– Стремитесь развивать, комбинировать и улучшать высказанные ранее идеи, получать от них новые ассоциации.

– Обеспечивайте между участниками свободные, дружеские и демократические отношения. Не рекомендуется после сеанса зло шутить над идеями других участников.

– Очень часто самое ценное в мозговом штурме – это новое направление поиска, а не конкретное решение. Необязательно доводить идею до «железа» – конкретных устройств. На это может просто не хватить времени и знаний.

– Не следует считать собеседника дураком только потому, что вам кажутся странными или неприятными его идеи.

Обсуждение может продолжаться от 5 до 45 минут (если задача оказалась сложная, то после 45 минут лучше сделать перерыв). Участники в свободной форме высказывают свои идеи, которые фиксируются письменно секретарями. Как только происходит задержка с выдвижением новых идей, ведущий просит участников поразмыслить над проблемой. Можно разрядить ситуацию шуткой или предложить развивать одну из уже предложенных идей.

Далее начинается анализ идей. К обсуждению вариантов решения лучше привлечь преподавателей. При выборе оптимального решения предлагаем руководствоваться следующими критериями: наличие решения проблемы (а не просто мыслей по поводу решения), дешевизна, простота, минимальный ущерб для окружающей среды, красота.

1. Целью Всемирного фонда дикой природы (WWF) является сохранение биологического разнообразия на нашей планете. Предложите мероприятия в Вашем регионе, направленные на достижение этой цели.

2. Предложите усовершенствования, способствующие экономии воды и электричества в квартире и в вашем доме.

3. Предложите модели самоутилизирующихся предметов домашнего обихода, обуви, сумок, бижутерии. (Например, в Британии выпускается модель сотового телефона, корпус которого изготовлен из отходов сельскохозяйственной промышленности. Это позволяет ему разлагаться с превращением в органическое удобрение. В телефон кладется семечко. Отработавший свой срок телефон просто закапывается в землю, и через некоторое время на этом месте вырастает, например, подсолнух).

4. Предложите идею плаката, стимулирующего энергосбережение. (Проявите творчество, пусть ваша идея будет понастоящему действенной, ведь простой призыв «Уходя, гасите свет!» многих оставляет равнодушными).

5. Предложите идею акции, направленной на привлечение внимания широких слоёв населения к экологическим проблемам.

6. Придумайте новый вид товара для широкого круга потребителей, который полностью соответствует требованиям экологической чистоты. Товар должен быть изготовлен из возобновляемых ресурсов, легко ремонтироваться, а после окончания срока службы способен полностью утилизироваться.

7. Каким Вам представляется «экологический дом»? Из каких материалов он должен быть построен? Какие функции выполнять? Помечтайте. Помните, что не обязательно ориентироваться только на существующие технологии. Возможно, Вы предложите идеи, которые будут реализованы через несколько лет, а то и десятилетий.

8. Вспомните известные вам альтернативные источники энергии и проанализируйте плюсы и минусы их широкого использования. Результаты оформите в виде таблицы.

Аргументы за Аргументы против Вопрос: Какой источник энергии является наиболее перспективным для Западной Сибири? При выборе аргументов следует учитывать последствия использования тех или иных источников энергии. Например, при сжигании угля и нефти возникает так называемый нежелательный эффект – загрязнение атмосферы.

Задание 1. Проведите мозговой штурм по выбранной теме (придуманной вами или взятой из предложенных в пособии).

Оформите результаты в виде, пригодном для последующей презентации на конкурс. (Некоторые рекомендации по оформлению вы можете найти в пособии, но строго следовать им не обязательно, проявляйте творческий подход!) 1.2. Причинно-следственный анализ Причинно-следственный анализ заключается в поиске причин различных проблем, в том числе экологических. Все явления окружающего нас мира имеют какие-либо причины. Есть причины и у экологических проблем. Выявить их – значит иметь возможность не допустить вредного воздействия техносферы на биосферу. Интересно сопоставить поиск причин нарушения экологического равновесия с иерархическим анализом систем различной природы (см. прием 1.13 – системный оператор). Например, задачу очистки сточных вод можно решать на уровне взаимодействия отдельных химических веществ, а можно – на уровне проектирования цехов или производства в целом.

Причинно–следственная цепочка – это последовательность взаимосвязанных недостатков, выявленных в той или иной системе (экологической, социальной, технической). Цепочка недостатков строится таким образом, что каждый ее элемент – это одновременно причина последующего недостатка и следствие предыдущего недостатка. Например, глобальные экологические проблемы можно рассматривать как проявление последствий глобального экологического кризиса. Цепь его причин приведена на рис.1.

Причина, лежащая в основе нежелательного эффекта, может иметь физическую, химическую или биологическую природу. Устранение ключевого недостатка может повлечь за собой исчезновение многих недостатков в причинно-следственной цепочке.

Рассмотрим с этих позиций глобальные экологические проблемы как проявление последствий глобального экологического кризиса. Вряд ли можно оспорить приведенную на рис. причинно-следственную связь.

Рост потребностей населения в пище, Разработка новых товаров на основе сельскохозяйственного производства Рост загрязнения окружающей среды отходами производства и потребления Деградация экосистем, истощение ресурсов и ухудшение здоровья человека Рис.1. Цепь причин современного экологического кризиса Обратим внимание на следующую особенность: то или иное явление может иметь несколько причин и следствий. Например, среди причин глобального экологического кризиса выделяются:

Стремительный, нерегулируемый рост народонаселения.

Загрязнение среды обитания.

Быстрое истощение доступных природных ресурсов (сырьевых, топливных).

Гонка вооружений (невозможность природных процессов скомпенсировать последствия применения оружия массового поражения).

Финансовый кризис.

Поиск причин экологических проблем, необходим, чтобы с наименьшими затратами устранить или уменьшить их негативное воздействие на ранних этапах их развития, так как легче предотвратить экологические последствия человеческой деятельности, чем бороться с их последствиями.

Причинно–следственная цепочка может быть «разрезана»

в любом месте. Например, если рост народонаселения не будет вести за собой рост потребностей в пище, воде, различных товарах (см. рис 1), то нагрузка на окружающую среду не будет расти, следовательно, прирост населения не будет означать дополнительную деградацию экосистем. Такая постановка вопроса может поставить несколько задач. В указанной выше причинноследственной цепочке, ведущей к загрязнению окружающей среды, можно сформулировать следующие задачи:

– Как снизить рост народонаселения в странах с высокой рождаемостью?

– Как ограничить рост потребностей в индустриально развитых странах?

– Как уменьшить рост производства, удовлетворяя при этом потребности людей?

– Как не допустить роста загрязнения окружающей среды, не снижая при этом темпов роста производства?

Причины возникновения проблем можно искать как внутри системы, так и в ее надсистеме. В последнем случае также целесообразно использовать вопрос «По какой причине?».

Здесь мы сталкиваемся с другим приемом творческой деятельности – переходе в надсистему, который будет рассмотрен в разделе «Законы развития технических систем».

Задание 2.

2.1. Некоторые ученые оспаривают техногенные причины усиления парникового эффекта и считают, что повышение температуры на поверхности Земли вызвано естественными причинами, не имеющими отношения к человеку. Предположите, какими причинами может вызываться рост температуры? Можно ли оценить количественно вклад отдельных источников (в том числе человеческой деятельности)?

2.2. Постройте причинно-следственные цепочки для указанных ниже глобальных экологических проблем:

Нехватка чистой пресной воды.

Опустынивание.

Обезлесивание.

Загрязнение мирового океана.

Утрата биоразнообразия.

Основные идеи морфологического анализа проще всего понять, пройдя по шагам его алгоритма на примере создания нового объекта. Сделаем это и мы в соответствии с табл. 1. Далее, не спеша, нужно проанализировать комбинации, полученные на шаге 4.

Сочетание № 1 – адсорбция и облучение – уже известно, например, вода в естественных водоемах очищается одновременно благодаря поглощению загрязнителей донными отложениями и ультрафиолету солнечных лучей. Как видим, мы получили работоспособное решение. При переборе вариантов мы можем найти такой, который еще не используется при очистке воды. Не надо отбрасывать варианты, кажущиеся на первый взгляд странными, непривычными и даже дикими.

Последовательность выполнения морфологического (теория) Шаг 1. Выбор Устройство для очистки воды Чистая вода нужна всем.

основных ха- Материалы иные характеристики? Нарактеристик Форма устройства пример, размер емкости для объекта, кото- Физическое или химическое сбора чистой воды, или скорые выражают- явление, лежащее в основе рость прохождения воды ным понятием Количество ступеней очистки Шаг 3. Указа- Химические явления: адсорб- Какие еще явления (см.

ние всевоз- ция, выделение осадка, коагу- прил. 1 и 2) можно испольможных вари- лирование, окисление, осмос зовать? Можно ли использоантов реализа- Физические явления: механи- вать комбинацию физичеции ческое удерживание частиц ского и химического явлехарактеристик, загрязнителя фильтром, кави- ния?

выбранных на тация, воздействие электричешаге 2 ского поля, облучение ультрафиолетом Шаг 4. Рас- Например, комбинация в род- Здесь нужно не бояться фансмотрение раз- ном корпусе бытового уст- тазировать личных полу- ройства для очистки воды ченных комби- грубого фильтра и ультранаций и их фильтрации творческое Адсорбция + облучение ультдотягивание» рафиолетом, окисление + кавитация Морфологический анализ позволяет развивать идеи, полученные с помощью других приемов. Например, у нас есть десять физических и десять химических явлений 9сюмю приложения и 2). Построим двумерную табличку (табл. 2). Получаем сто возможных вариантов физико-химических взаимодействий.

Хим Хим Хим Задание 3. Для тренировки проведите морфологический анализ интересного для вас объекта (помните, что охрана природы, ресурсосбережение – приоритетные направления!). Например, это может быть мусоросборник для раздельного сбора отходов; устройство для сбора ливневых вод с их последующим использованием; огнетушитель… Оформите результаты в виде, пригодном для последующей презентации.

Название приема говорит само за себя. При использовании этого приема требуется найти аналогии (сходство) между разными объектами (рис.2). Например, принцип строения конструкций висячих мостов был открыт после того, как их создатель, английский инженер Сэмюэль Браун, задумался о строении паутины.

Появилась даже особая наука – бионика, изучающая конструктивные особенности живых существ и переносящая эти решения в технику. Множество «патентов природы» человек уже применил в своих изобретениях. Так, устройство приемной антенны гидролокаторов было построено с учетом информации о строении уха тюленей. Устройство компенсации вибрации крыла у самолетов копирует элемент крыла стрекозы. Предварительно Рис.2. Принцип конструкции крыла напряженные строительные конструкции аналогичны устройству стебля некоторых травянистых растений.

Широко пользовался аналогиями Леонардо да Винчи. Например, «идею великолепной спиральной лестницы для королевского замка в Блуа Леонардо увидел в замысловатых извивах морских раковин, которые собирал на северо-западном побережье Италии» (Сикирич Е. Открой самого себя. // Новый акрополь, 2005. №3).

Есть и другой вид аналогии – так называемые задачианалоги. Если удалось решить экологическую проблему какимлибо способом, то его можно попытаться использовать для решения похожих задач.

Чем отличаются задачи–аналоги от других задач:

– Типичностью условий, ситуаций, видов аналогий.

– Типичностью методов решений для задач своего класса.

– Большой силой решений.

– Разработанностью алгоритма решений.

Различают несколько видов аналогий:

По свойствам Очистка природных и сточных вод имеет фильтрование, адсорбцию, обеззараживание.

очистки от загрязнителей газовых выбросов.

По функциям Костер – очаг – газовая печь По отношениям Напор воды и электрическое напряжение, ток воды разной природы и движение электрических зарядов (электрический и перетекание жидкости из верхнего сосуда в нижний По образам Семечко клена и вертолет. Муравей – тяжеловоз. «Голова» подсолнуха и солнечная батарея Далекие аналогии широко используются в загадках, поговорках, пословицах. Сам по себе поиск аналогий может и не иметь большого значения, так как срабатывает далеко не всегда. Однако метод может работать совместно с другими приемами. Цель приема – «раскачать» воображение, научиться преодолевать психологическую инерцию.

Задание 4. Выполните упражнение для развития мышления по аналогии. Ответы для проверки правильности выполнения вы можете найти в конце этого раздела.

Назовите вид аналогии.

1. Парашют / перепонки на лапах у белки–летяги.

2. Арбуз / горошина.

3. Камуфляжная форма солдата / окраска камбалы.

4. Солнце / электроообогреватель.

5. Кукушка / мать, уклоняющаяся от воспитания ребенка.

6. Дрожжевое брожение / очистка сточных вод в септиках.

7. Кукла / младенец.

8. Кирпичи / камни.

10. Склад – товары / компакт–диск – информация.

11. Текстиль (ткань) – нити / мышечная ткань – молекулы 12. Буксир – баржа / лошадь – телега.

13. Жара – холод / свет – темнота.

14. Утро – вечер /весна – осень.

Задание 5. Вспомните, найдите в литературе или в Интернет, какие еще (помимо перечисленных чуть выше) свойства живых организмов использовались изобретателями.

Задание 6. Наука бионика изучает особенности строения и принципы функционирования живых организмов с целью их использования для создания новых приборов и механизмов. Назовите аналогичные принципы, используемые и в природе, и в технике.

Задание 7. Изучите книгу Н.Б. Новикова «Тысяча аналогий, изменивших науку» [25] и попытайтесь на ее основе сформулировать правила построения и исследования аналогий.

1.5. Идеальный конечный результат Идеальный конечный результат (ИКР) – достижение результата (решение проблемы) без усложнения технической системы с минимальными затратами ресурсов (денег, времени, металла, чистой воды и т. п.). С точки зрения решения природоохранных задач, в схему ИКР попадают все ресурсосберегающие, безотходные. малоотходные технологии. Например, в некоторых странах Евросоюза взят курс на нулевое количество отходов.

Как кратко определить понятие «идеальный конечный результат»? В работах Г.С. Альтшуллера предлагалась такая формулировка: «Технической системы нет, а ее функция выполняется». Для этого необходимо определить главную полезную функцию технической системы, т.е. ответить на вопрос «Зачем создано это устройство»? Например, мобильный телефон был создан для разговоров в отсутствие стационарного телефона.

Следовательно, идеальным конечным результатом является возможность мгновенно связаться с любым человеком в любой точке планеты (частично это сейчас уже обеспечивается Интернетом). ИКР не всегда достижим, на то он и идеальный. Но можно повысить так называемую идеальность технических систем – это отношение полезных функций системы к затратам на ее эксплуатацию.

ИКР необходимо формулировать, чтобы:

1) определить направление поиска решения;

2) избавиться от заведомо пустых проб при поиске решения;

3) гарантировать высокое качество будущего решения.

Пример 1. Одна из глобальных экологических проблем – загрязнение воздуха. Для ее решения делается попытка перейти от бензинового транспорта к электрическому. Как избавиться от главного недостатка электромобилей – громоздких аккумуляторов? В Англии разработаны аккумуляторы, которым можно придать любую форму, например, выполнить из них корпус автомобиля. Повышение идеальности осуществляется за счет того, что подсистема (корпус автомобиля) выполняет две функции одновременно: скрепляет все детали машины и является аккумулятором.

Пример 2. Идеальное производство – производство без отходов. Возможно ли это? На некоторых производствах используется так называемая оборотная вода – после использования она очищается и снова запускается в производственный цикл. Достоинство такой технологии в том, что в окружающую среду не сбрасывается загрязненная вода, и предприятие не забирает из водоемов чистую воду, которая может пригодиться в другом месте.

Пример 3. В качестве близкого к ИКР решения можно привести сброс сточных вод в болота, где загрязняющие вещества частично разлагаются и обезвреживаются под действием живых организмов, солнечного света, частично оседают на дно.

Задание 8. Во многих рудах содержится сразу несколько химических элементов, потенциально полезных для производства новых материалов. Однако если их содержание невелико, извлечение считается экономически не выгодным, и в результате вблизи горно-обогатительных предприятий высятся горы не нашедших применения «хвостов» либо в прудах-накопителях накапливаются сбросные растворы. Например, при добыче меди в отходы зачастую отправляются цинк, железо, марганец. Как, по вашему мнению, будет выглядеть идеальная добыча, обогащение и переработка полезных ископаемых?* *Информация к размышлению:

Для извлечения цветных металлов из бедных сульфидных руд и концентратов, отвалов горнодобывающих предприятий могут применяться методы биотехнологии. Ценные компоненты добываются с помощью хемоавтотрофных бактерий или их метаболитов (продуктов обмена веществ). Эти бактерии синтезируют органическое вещество целиком из углекислоты и воды, используя энергию окисления неорганических соединений (например, сульфидной серы, двухвалентного железа). К настоящему времени разработаны способы биотехнологического получения таких металлов, как уран, цинк, медь, кобальт, марганец, кадмий, золото. В США, Канаде, ЮАР уже используется бактериально-химический способ кучного и подземного выщелачивания при добыче меди и урана.

Задание 9. Какова, по вашему мнению, идеальная энергетика? Каков идеальный источник энергии для квартиры, отдельного дома, квартала, города?

Задание 10. Представьте себе идеальное производство. Каким оно должно быть с точки зрения его экологической целесообразности?

Задание 11. Нужно определить количество волков на особо охраняемой природной территории. Как это сделать? * *Подсказка: волки сами должны себя обнаруживать.

1.6. Применение физических и химических явлений В основе огромного числа процессов и явлений в природе и в технике лежат физические законы. Иногда мы используем знание физики, даже не задумываясь об этом. В ТРИЗ выбраны и сведены в отдельный указатель несколько сотен физических эффектов (явлений), использованных в патентах и авторских свидетельствах (некоторые указаны в приложении 1).

Научный эффект – природное явление или комбинация из нескольких природных явлений, которые могут быть использованы для решения экологических задач. В ТРИЗ понятие «научный эффект» используется как обобщение физических и химических эффектов, а также свойств математических объектов (см.

приложения 1, 2, 3).

Пример использования физических эффектов: измерение температуры окружающей среды можно проводить с помощью регистрации теплового расширения (привычный градусник), изменения ферромагнитных свойств (точка Кюри), фазовых переходов (плавление, кипение).

Если вы уже заинтересовались, указатель физических эффектов покажет вам на примерах эффективность использования законов природы при проектировании новой техники, а может быть, подскажет решение стоящей пред вами экологической задачи.

Химический эффект – явление, помогающее разрешить техническое противоречие; особенность которого в том, что эффект достигается посредством изменения химического состава технической системы или её отдельных частей. Химические эффекты весьма многообразны, однако поддаются классификации.

Для тех, кого заинтересовало применение научных эффектов, советуем обратиться к ресурсам Интернет. Указатель физических явлений размещен на сайте http://www.triz-summit.ru. Использование химических эффектов и явлений для решений экологических проблем подробно рассматривается на сайте http://www.dace.ru. В связи с ограниченным объемом пособия полностью разместить указатели не представляется возможным.

Примеры некоторых физических и химических эффектов приведены в приложениях 1 и 2.

В качестве примера применения физических и химических явлений приведем патент РФ № 2255898. Изобретение относится к способам получения коагулянта (реагента, образующего крупные хлопья осадка, ухватывающего загрязнители и оседающего на дно; коагулирование широко применяется для очистки природных и сточных вод) на базе основных хлоридов алюминия.

Здесь используются одновременно химические и физические эффекты: растворение, гидролиз, коагуляция, фазовые переходы.

Новый коагулянт может быть использован для очистки различных типов вод от взвесей и обладает дезинфицирующими свойствами по отношению к патогенным микроорганизмам, что позволяет получать питьевую воду в экстремальных условиях при индивидуальном применении в виде таблеток. Твердый хлоралюминий, содержащий коагулянт, получают из жидкого коллоидного раствора гидроксохлорида алюминия, который подвергают взаимодействию с гесаметилентетраамином. Процесс получения твердого коагулянта протекает при комнатной температуре без затраты энергии в течение короткого времени. Из полученного продукта легко получить таблетки, что удобно для индивидуального применения при получении питьевой воды.

Задание 12. Познакомьтесь с материалами приложений 1, 2, 3.

Для проблем, выбранных вами при выполнении предыдущих заданий, выявите те физические явления или химические процессы, которые могут быть использованы для решения поставленной задачи.

Одна из ключевых идей ТРИЗ: технические системы развиваются через обострение и разрешение противоречий.

Суть рассматриваемого приема: сначала нужно сформулировать техническое противоречие, а потом его преодолеть. Техническое противоречие – ситуация, когда попытка улучшить одну характеристику системы приводит к ухудшению другой ее характеристики.

Например, увеличение мощности некоторых устройств приводит к росту шума при работе (происходит так называемое акустическое загрязнение). Однако попытки снизить шум от работающих машин зачастую сводятся к снижению их мощности.

Противоречие разрешено в патенте РФ №2334059: предложен слоистый теплозвукоизоляционный блок, который снижает уровень шума в заданной полосе частот. В техническом решении использован типовой прием разрешения технических противоречий – принцип дробления.

Ключевая проблема нашей цивилизации – противоречие между ростом потребностей человечества и ограниченной емкостью окружающей среды (в том числе ограниченной возможностью по утилизации отходов). Это противоречие необходимо учитывать каждому человеку и строить свою жизнь и профессиональную деятельность так, чтобы был минимальным экологический след и его, и его ближайшего окружения (родных, знакомых), и предприятия (организации), в котором работает.

Рассмотрим прием «Разрешение противоречий» применительно к проблеме отходов, которые образуются в любом производстве. Определим противоречие: хорошо то, что на выходе производства есть полезная продукция, плохо то, что остаются отходы, которые нужно утилизировать. Уменьшение количества отходов хорошо тем, что снижается загрязнение окружающей среды, и плохо тем, что усложняется производство, что, в конечном счете, приведет к дополнительным затратам ресурсов и возрастанию себестоимости продукции. Попробуем проанализировать эту проблемную ситуацию (ПС). Как показано на рис. 3, есть два пути преодоления противоречия.

Рис. 3. Схема анализа проблемной ситуации Как утверждают специалисты по ТРИЗ, идеально сформулированная проблема уже содержит пути ее решения. В нашем случае новые проблемные ситуации ПС1 и ПС2 на рис. 3 удовлетворяют этому требованию.

В ТРИЗ составлен список типовых приемов разрешения противоречий (см. прилож. 4).

В настоящее время считаются общепринятыми 40 способов разрешения технических противоречий. Зачастую априори не понятно, какой способ подходит при решении задачи. Поэтому разработана специальная таблица для поиска наиболее подходящих способов. На рис.4 приведен фрагмент таблицы (полностью ее можно найти в Интернет). Таблица содержит список из обобщенных параметров, характеризующих систему. При этом улучшение одних параметров может привести к ухудшению других. Улучшаемые параметры приведены в таблице по вертикали, ухудшаемые – по горизонтали (списки улучшаемых и ухудшаемых параметров идентичны).

Рис. 4. Фрагмент таблицы для разрешения технических противоречий Как работать с таблицей? Находим параметр, который требуется улучшить. Например, нам нужно увеличить производительность установки по очистке воды. Один из способов достижения этой цели – увеличение ее объема. При этом, однако, растет и ее вес. На пересечении строки №8 (объем неподвижного объекта) и столбца №2 (вес неподвижного объекта) находим номера приемов, наиболее подходящих для исправления ситуации: 35, 10, 19, 14. Находим в приложении №3 приемы с указанными номерами: №35 – изменение агрегатного состояния объекта, №10 - принцип предварительного действия, №19 – принцип периодического действия, №14 – принцип сфероидальности.

Наиболее подходящим из перечисленных приемов представляется принцип предварительного действия: например, добавить в воду реагентов или облучить ультрафиолетом до того, как вода будет обрабатываться другими способами.

Экологические проблемы не всегда удается решить только техническими средствами. Например, добыча нефти позволяет рядовым нефтяникам прокормить себя и семью, владельцам нефтяных компаний – извлекать прибыль, государство получает налоги, из которых выплачиваются пенсии, зарплаты врачам, милиционерам, библиотекарям и т. д. Однако добыча нефти имеет свои отрицательные стороны: загрязняется окружающая среда. Предлагаем читателям подумать над вопросом, можно ли преодолеть это противоречие с помощью одного из типовых приемов. Поиск подходящего способа может занять некоторое время, так как указанная проблема носит не только технический, но и социальный характер. Если для преодоления чисто технических противоречий составлен список типовых приемов, то для социальных противоречий такого списка нет (или он существует, но неизвестен авторам пособия). Очевидно, что необходимо не столько бороться с разливами нефти, сколько заменять «черное золото» другими источниками энергии. Снижение добычи нефти автоматически снизит загрязнение земель и водных объектов вблизи нефтепромыслов, сократится количество аварий на трубопроводах. Другое дело, что такое решение резко снижает прибыли нефтяных корпораций. Согласятся ли с таким развитием событий их владельцы?

Иногда типовые приемы разрешения технических противоречий используются без явного формулирования, что хорошо и плохо в системе. Например, в российском патенте № использован прием «сделать заранее». Изобретение описывает способ и устройство для переработки нефтесодержащих шламов – отходов нефтедобычи, представляющих собой отходы бурения, содержащие нефть, горные породы, глину, цемент, растворенные в воде химические соединения. Нефтесодержащий шлам предварительно обрабатывают до получения равномерной по составу и вязкости смеси путем его перемешивания, разогрева и введения органического разжижителя. Загрузку рабочего агента осуществляют двумя равными порциями, причем первую – до загрузки обработанного нефтесодержащего шлама, а вторую – одновременно с ним, затем вводят жидкость, нагретую до 60– °С, перемешивают компоненты. Изобретение обеспечивает переработку любого нефтесодержащего шлама, не зависимо от его природы и вязкости (нефти, масла, мазута, гудрона и т.д.), срока и места его захоронения, содержания влаги в шламе.

Задание 13. При стирке используются поверхностно-активные вещества (порошок, мыло), которые с трудом удаляются из сточной воды и при попадании в водоемы вызывают их эвтрофикацию (цветение). Сформулируйте техническое противоречие и предложите способы его разрешения.

Задание 14. Позитивная роль зоопарков и цирков в том, что они дают возможность посетителям познакомиться с различными видами животных (в том числе с редкими), с их повадками. По мнению некоторых представителей социально активной экологической общественности, зоопарки и цирки ущемляют права животных. Кроме того, многие животные страдают в неволе, иногда меньше живут, плохо размножаются. Можно ли реализовать указанные полезные функции цирков и зоопарков без перечисленных нежелательных эффектов? Сформулируйте противоречие. Как его разрешить?

Задание 15. В литературе встречается словосочетание «экологические противоречия». Воспользовавшись информационными источниками, предложите, как формулировать экологические противоречия и эффективно их разрешать.

Картотеку как систему для сбора и организации информации в 17 веке изобрел немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц. Немецкий астроном Иоганн Кеплер воспользовался картотекой наблюдений, которую 25 лет собирал его учитель Тихо Браге, и, анализируя ее, обнаружил законы движения планет. На основе информации о многих тысячах видов живых организмов шведский ученый Карл Линней построил классификацию растений и животных. Систематизация данных позволяет выйти на новый уровень обобщения, вскрывать не известные ранее зависимости, предсказывать характеристики объектов и др.

Работа с картотекой открывает исследователю следующие возможности:

- опыт сбора и анализа информации по проблеме;

- способ вести исследовательскую деятельность;

- приучение к систематизации информации и к регулярной работе.

Пример отдельной карточки приведен ниже.

"В самом конце XIX века английский натуралист доктор Карутерс наблюдал над Красным морем грандиозное переселение саранчи с берегов Северной Африки в Аравию. В течение трех дней плотные тучи насекомых, закрывая Солнце и производя тревожный шум, непрерывно проносились над головой наблюдателя. Обычное в этих местах, часто повторяющееся явление поразило Карутерса своими размерами, и он решил определить количество насекомых в одной из туч, пролетавшей над ним ноября 1889. Оказалось, что туча занимала пространство в квадратных километров и весила 44 миллиона тонн". (Источник:

Лев Гумилевский. В.И. Вернадский. – М.: Молодая гвардия, 1988, стр.5.) Мастер ТРИЗ Валерий Алексеевич Михайлов из Чебоксар ведет картотеку химических эффектов, представленную на сайте http://www.dace.ru.

Законы развития технических систем, представленные в этом пособии, тоже выявлены на основе анализа значительного информационного фонда (в первую очередь патентов на различные устройства).

Как же вести картотеки? Прежде всего, необходимо сформулировать тему (учтите, что тема картотеки может меняться, уточняться, возможно, неоднократно). Подбирайте тему, близкую и интересную Вам.

Возможные темы картотек: способы решения экологических проблем; способы выявления загрязнений и их устранения;

экозащитная техника (устройства для очистки сточных вод и газовых выбросов, способы рекультивации земель и т.д.); методы сохранения биоразнообразия; альтернативные источники энергии и другие, по вашему усмотрению.

После выбора темы нужно регулярно работать с информационными источниками. Откуда брать информацию? Можно выделить четыре группы источников информации:

информация реального времени (беседа, случай на улице или на природе, радио, телевидение – все, что исчезает и проходит бесследно, если специально не фиксируется);

периодические издания – журналы, газеты, Интернет – рассылки, реферативные журналы ВИНИТИ;

книги из личной библиотеки;

информация из общественных библиотек или информационных сетей.

Рекомендуем вести картотеку на компьютере. Для каждой карточки заводите отдельный файл, файлы собирайте в отдельную папку. Если же нет такой возможности, делайте ксерокопии доступных Вам материалов, которые опять же следует собирать в одном месте.

При оформлении отдельной карточки нужно кратко сформулировать информацию и указать источник. Если это газета или журнал, нужно указать название издания, год, номер выпуска, страницы, на которых была размещена информация.

Можем порекомендовать журналы «Юный техник», «Наука и жизнь», «Химия и жизнь», «Природа», «Знание – сила», «Изобретатель и рационализатор». Если берете информацию радио или ТВ, следует указать канал, дату и время передачи.

Приведем еще один пример карточки.

Земля, заряженная отрицательно, и ионосфера, заряженная положительно, образуют конденсатор. Мы живем в постоянном электрическом поле, по данным автора, его напряженность — 150 В/м. Автор предлагает извлекать энергию из этого дармового источника, тем более, что заряд Земли и ионосферы постоянно самовозобновляется. (Источник: Горбунов О. Электричество из... воздуха. // Изобретатель и рационализатор, 2009, №1, с.16-17.) Анализ и обобщение картотеки патентов в области промышленной экологии и очистки природной среды позволили специалисту по ТРИЗ из Чебоксар В.А. Михайлову с коллегами выявить следующие направления решения экологических проблем: 1) использование в качестве сырья накопленных больших объёмов отходов (для углубления переработки и извлечения из них ценных и вредных компонентов); 2) разработка новых способов переработки природного сырья с уменьшением объёмов отходов;

3) поиск более эффективных и достаточно дешевых способов переработки сточных вод, включая поиски приёмов взаимной нейтрализации разных отходов, действия озона и ультрафиолетовых лучей; 4) поиск физических и химических способов очистки сбросных газов; 5) развитие методов физического, физикохимического, биохимического и химического анализа отходов с целью экологического мониторинга объектов окружающей среды при увеличении чувствительности (уменьшении предела обнаружения), избирательности методов анализа, с уменьшением продолжительности и стоимости определения.

Занимайтесь пополнением картотеки регулярно, старайтесь вносить хотя бы несколько новых карточек в неделю. Интересные обобщения возникнут, когда в картотеке будет несколько десятков или сотен карточек. При работе с картотекой будьте готовы к постоянному труду, результат может появиться только через несколько недель или месяцев. На основе своей картотеки вполне возможно провести полноценную исследовательскую работу. Например, можно исследовать, какие источники энергии считались основными пятьдесят лет назад, какие – сейчас. На основе такого анализа можно предположить, какой энергией человечество сможет пользоваться через двадцать – тридцать лет.

Задание 16. Составьте небольшую (20-50 карточек) картотеку по теме «ноосфера».

1.9. Метод гирлянд ассоциаций и метафор Метод предложен советским ученым Г.Я. Бушем. Его цель – обеспечить поиск решения проблем в различных областях при дефиците информации. В этом случае поиск решения осуществляется путем использования цепочек (гирлянд) ассоциаций и метафор, что позволяет интерпретировать по–новому ранее разрабатываемые идеи. Таким образом, в качестве своеобразного информационного фонда выступает ассоциативная память разработчика.

Обращаем внимание, что метод не направлен непосредственно на создание изобретений или решение экологических проблем, но, несмотря на это, весьма полезен, поскольку позволяет развивать креативность – важное качество изобретателя.

Метод состоит из следующих этапов:

1. Составление списка прилагательных, описывающих предмет анализа, и образование из них первой гирлянды. Например, к слову «дом» можно подобрать синонимы: удобный, экологичный, светлый, уютный, автономный.

2. Произвольный выбор случайных слов. Любым способом (по памяти, из словаря, из газеты) выбирают несколько имен существительных. Из отобранных слов образуют вторую гирлянду – гирлянду случайных объектов. Они могут быть связаны по ассоциации с исходным словом. Например, для дома получим следующие слова: крепость («мой дом – моя крепость»), подсолнух, стрела, автомобиль, улей, муравейник, корабль, мечта.

3. Комбинация прилагательного из первого списка и существительного из второго. Например, «дом – светлый автомобиль». Получаем известное решение: фургон – прицеп к легковому автомобилю с большим количеством окон. Комбинация «автономный подсолнух» дает следующее решение: дом с солнечными батареями на крыше, которые поворачиваются вслед за солнцем и обеспечивают жилище энергией.

4. Оценка и выбор оптимальных вариантов идей. Часть идей может оказаться неработоспособными, а часть – перспективными. Критерии отбора – те же, что и в мозговом штурме.

Задание 17. Проведите «гимнастику креативности» с помощью гирлянды ассоциаций и метафор. При выборе объекта анализа не забывайте о главной цели – решение экологических проблем! Оформите результаты в виде, пригодном для последующей презентации.

1.10. Использование законов развития технических систем Законы развития технических систем (ЗРТС) сформулированы на основе анализа большого количества патентов. Используя эти законы, можно проектировать новые технические системы и оптимизировать уже существующие. В отличие от законов физики, которые действуют всегда независимо от воли человека, важной особенностью ЗРТС является их социальный характер. При большом желании законы развития технических систем можно нарушить, но за это придется расплачиваться повышенными затратами ресурсов, ущербом для окружающей среды, ростом себестоимости продукции.

Рис 5. Способы сбора и хранения мусора: 1 – необорудованная свалка твердых бытовых отходов; 2 – урна для бытового мусора; 3 – транспортируемый мусорный контейнер; 4 – мусор, подготовленный к перемещению; 5 – ёмкость для раздельного сбора мусора Как видно из рис. 5, способы сбора, транспортировки, хранения мусора эволюционируют. Работа с мусором начинается с диких неуправляемых свалок (рис. 5.1). Урна (рис. 5.2) иллюстрирует закон перехода к полисистеме. Помимо сбора мусора, устройство выполняет эстетическую функцию: вызывает положительные эмоции, притягивает взгляд и мотивирует стремление воспользоваться им по прямому назначению. На рис.5 представлены два механизма повышения управляемости сбора и транспортировки мусора. Первый способ (рис.5.4, 5.5) – повышение управляемости с помощью приема разрешения технических противоречий «дробление» (см. приложение 4). Это фасовка в легко транспортируемые ёмкости и раздельный сбор мусора. Второй способ – это переход в надсистему см. (рис 5. 3).

Мусорный контейнер выполнен таким образом, что он может быть присоединен к транспортному средству. Таким образом, он становится подсистемой технической системы «автомобиль».

Рис 6. Средства транспортировки мусора.

Задание 18. Рассмотрите технические системы на рис.6.

Проанализируйте их с точки зрения закона полноты частей системы. Отличаются ли главные полезные функции устройств, указанных на рисунке? Почему эти устройства так отличаются друг от друга?

Задание 19. Как Вы думаете, зачем создан автобус? Чем отличается цель его существования от цели существования легкового автомобиля? Какое из этих двух транспортных средств более идеально? (Подсказка: нужно сравнить, сколько эти транспортные средства потребляют бензина и сколько выхлопных газов выбрасывают в атмосферу в расчете на одного пассажира).

Основываясь на работах Г.С. Альтшуллера, Б. Злотина, В.М.

Петрова, Ю. П. Саламатова, Г. Иванова, С. Литвина, А. Любомирского [см, например, 24, 31], перечислим ЗРТС.

Закон S-образного развития.

Закон увеличения степени идеальности системы.

Закон вытеснения человека из технической системы.

Закон опережающего развития рабочего органа.

Закон согласования ритмики частей системы.

Закон объединения альтернативных систем.

Закон повышения управляемости (динамичности).

Закон повышения проводимости (энергии, вещества, информации).

Закон неравномерности развития частей системы.

Закон перехода с макроуровня на микроуровень.

Закон увеличения степени вепольности.

Теперь рассмотрим некоторые из этих законов более подробно, пользуясь формулировками Ю.П. Саламатова [32].

Закон полноты частей системы: Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы является наличие четырёх частей: двигателя, трансмиссии, рабочего органа и органа управления. Двигатель – часть технической системы (ТС), предназначенная для накопления или преобразования одного вида энергии в другой. Трансмиссия – часть ТС, предназначенная для передачи (транспортирования) энергии к рабочему органу и (или) ее изменения. Рабочий орган – часть ТС, обеспечивающая выполнение главной полезной функции ТС. Система управления – часть ТС, предназначенная для согласования работы частей системы между собой и окружающей средой. Двигатель через трансмиссию передает энергию инструменту, который взаимодействует с заготовкой. Заготовка (изделие) – любое тело, вещество или поле, взаимодействующее с рабочим органом. Система управления оказывает определенное воздействие на другие элементы ТС для достижения главной полезной функции. Для синтеза технической системы необходимо наличие указанных четырех частей и их минимальная пригодность к выполнению функций системы. В ТС может быть и больше элементов, но наличие упомянутых четырех обязательно. Если хотя бы одна из перечисленных частей отсутствует, то это еще не ТС; если хотя бы одна часть не работоспособна, то и ТС в целом не пригодна к работе.

Пример. На рис. 7 изображен плуг для безотвальной вспашки, использование которого можно назвать почвосберегающей технологией.

Потребность в безотвальной вспашке вызвана необходимостью решить следующую проблему. При обычной, наиболее безотвальной вспашки (аэробные), и наоборот, поднимаются на поверхность анаэробные бактерии, не испытывающие потребности в снабжении кислородом, причем для некоторых таких организмов солнечный свет, малое содержание влаги и наличие кислорода даже губительно. Для решения этой проблемы была предложена безотвальная обработка почвы. В ее основе – плоскорезы с широкими горизонтальными ножами, рыхлящие почву на глубине не более 10–15 сантиметров.

Оценим устройство с точки зрения закона полноты частей системы. Источником энергии является трактор (хотя кое-где в российской глубинке пашут и на лошадях), рабочим органом являются плоскорезы, а заготовка (то, что обрабатывается) – почва.

Управление трактором осуществляется вручную.

На рис. 8 представлена связь между элементами ТС «устройство для безотвальной вспашки».

Рис. 8. Структура технической системы «Устройство для безотвальной Закон увеличения степени идеальности: Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.

Идеальность определяется следующей формулой:

где I – идеальность; F – полезные функции, выполняемые системой; P – нежелательные эффекты и затраты.

Сумма в числителе возникает в том случае, если мы анализируем полисистему (систему, у которой несколько полезных функций). Для моносистемы в числителе будет только одно число. Аналогично для знаменателя. Формула носит качественный характер, так как редко удается явно вычислить величину I.

Это возможно для некоторых технических систем, например, грузоподъемность автомобиля в числителе и расход бензина на сто километров в знаменателе.

Из формулы следует, что идеальность можно повысить либо за счет увеличения количества полезных функций, либо за счет снижения затрат и нежелательных эффектов. Нежелательными эффектами при решении экологических проблем очень часто является загрязнение окружающей среды. Поэтому можно сформулировать ряд проблем, связанных со снижением количества отходов промышленных предприятий. Предлагаем читателям подумать, какие еще экологические проблемы снижают идеальность человеческой деятельности.

Понятие идеальности связано с понятием идеального конечного результата (см. прием 1.5). Чем выше идеальность устройства, тем ближе система к ИКР.

Идеальная ТС – это система, масса, габариты и энергоемкость которой стремятся к нулю, а ее способность выполнять работу при этом не уменьшается. Другими словами, идеальной является система, которой нет, а ее главная полезная функция выполняется. Различают два вида повышения идеальности систем:

1) масса, габариты, потребление энергии стремятся к нулю, а главная полезная функция систем остается неизменной;

2) главная полезная функция увеличивается, а масса, габариты, потребление энергии остаются неизменными.

Пример такого способа повышения идеальности - устройство, аккумулирующее энергию ветра и воды одновременно.

Ветрогенератор закреплен на агрегате, собирающем энергию волн. [Источник: Володин В.В., Хазеновский П.М. Энергия. Век двадцать первый. – М.: Детская литература. 1989. – 142 с. – с 89] Другой пример – повышение эффективности работы двигателя внутреннего сгорания за счет снижения удельного расхода топлива. Группа ученых одного из университетов Филадельфии предложила снизить размер капелек горючего перед поступлением в цилиндр. Для этого воздушно-топливная смесь пропускается через устройство, в котором создано сильное электрическое поле. Опыты показали, что пробег автомобиля Mercedes-Benz 300D на одном галлоне увеличился с 32 миль до 38 миль. (Отметим, что эффект достигнут за счет объединения двух приемов – способа разрешения технического противоречия «сделать заранее» и физического явления – влияния сильного электрического поля на размер капелек бензина).

Возможные способы повышения идеальности системы:

1. Свертывание отдельных частей системы. Осуществляется за счет объединения нескольких функций в одном элементе.

Пример. Компьютер выполняет множество функций: редактирование текстов, прослушивание музыки, просмотр фильмов, выход в Интернет и т. д. Предположите, какие еще функции компьютер начнет выполнять в ближайшее время. Через несколько лет вы сможете сравнить свой прогноз с реальностью.

2. Устранение отдельных процедур, операций или процессов.

Пример. Обработка природной воды перед ее хозяйственно-бытовым использованием может включать несколько стадий, для их осуществления служат: отстойник; фильтр для грубой, (механической) очистки воды; фильтр с адсорбентом для извлечения токсичных веществ; емкость для обеззараживания. В некоторых бытовых устройствах для очистки воды все они могут быть объединены в одном корпусе. Если необходима доочистка водопроводной воды, не значительно загрязненной, то первые стадии очистки не требуются. Есть фильтры, в которых встроены несколько фильтрующих элементов, в том числе с частицами серебра, обеспечивающими уничтожение микроорганизмов. Новейшие наноматериалы, используемые в фильтрах, многофункциональны, они позволяют снижать размеры бытового водоочистного устройства или малогабаритной установки.

3. Дешевая недолговечность вместо дорогой долговечности. Иногда лучше сделать дешевые вещи, которые заменить легче, чем дорогое устройство.

Пример – одноразовые шприцы, они не нуждаются в длительной стерилизации, как стеклянные многоразовые. Однако с позиции экологической целесообразности такой способ повышения идеальности не всегда оправдан. Подумайте, учитывая количество отходов, куда их девать. Переходя к одноразовым товарам, мы должны представлять себе последствия их производства: расход невозобновляемых ресурсов, затраты на утилизацию отслуживших продуктов.

Задумайтесь: что лучше: дешевая одноразовая (пластиковые стаканчики, тарелки) или долговечная фарфоровая посуда?

Закон вытеснения человека из технической системы:

С переходом к автоматизированному производству управленческие функции передаются от людей к средствам автоматики, и человек непосредственно не включен в производственный процесс.

Производственный процесс превращается из взаимодействия человека и машины в автономное функционирование ТС.

В целях энергосбережения многие устройства снабжены автоматикой, которая обеспечивает их отключение от источника питания или минимизирует потребление электричества, когда устройство не работает. Ждущий режим компьютера, периодическое отключение холодильника, выключение освещения в зданиях с помощью фотоэлементов – все эти приспособления экономят и деньги потребителя, и время человека, и ресурсы.

Закон согласования ритмики частей системы: Необходимым условием жизнеспособности технической системы является согласование работы всех частей системы.

Основные виды согласования: компонентное (согласование материалов, веществ); структурное (согласование размеров, форм, структуры); параметрическое (согласование основных параметров технических систем: температур, давлений, плотностей, электрических сопротивлений и т. д.); функциональное (согласование основных функций).

Уникальное согласование ритмики частей наблюдается в живых системах. В организме человека свой биоритм есть не только у сердца, но и у каждого органа, ткани, клетки. Ярким примером согласованности в природе является муравейник, по В.И. Далю – «гнездо и жилье муравьиной общины» с его обитателями. Сообщество муравьев размножается и живет по мало понятным нам законам. Число нейронов (клеток, обеспечивающих интеллект) у одного человека достигает 21010, и примерно такими же «килобайтами» обладает муравьиная семья. Общий интеллект муравьиной семьи диктует ритм жизни: определяет время суток, температуру окружающей среды, предсказывает стихийные бедствия, проектирует архитектурно-строительные работы, назначает, сколько и когда должно рождаться рабочих муравьев, воинов и выполняет много других функций.

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

Передача энергии от одной части системы к другой может быть вещественной (например, вал, шестерни, рычаги); полевой (например, магнитное поле) и вещественно-полевой (например, передача энергии потоком заряженных частиц). Многие изобретательские задачи сводятся к подбору того или иного вида передачи, наиболее эффективного в заданных условиях.

Как следует из закона полноты частей системы, энергия передается от двигателя к рабочему органу.

Закон неравномерности развития частей системы:

Развитие частей системы идет неравномерно, причем, чем сложнее система, тем более неравномерно развитие ее частей.

Неравномерность развития частей системы является причиной возникновения технических и физических противоречий.

Противоречие – источник развития, наличие противоречия означает, что система имеет ресурс развития.

Закон перехода с макроуровня на микроуровень: Развитие рабочих органов системы идет сначала на макроуровне, затем – на микроуровне.

В качестве примера можно привести интенсивно развивающиеся в настоящее время нанотехнологии.

Другим примером перехода на микроуровень является такой изобретательский прием, как применение пены (см. прил. 4).

Закон увеличения степени вепольности.

Смысл этого закона заключается в том, что:

а) невепольные ТС стремятся стать вепольными;

б) в вепольных системах развитие идет в направлении перехода от механических полей к электромагнитным (электромагнитные поля более управляемы);

в) в вепольных системах развитие идет в направлении увеличения дисперсности веществ;

г) в вепольных системах развитие идет в направлении увеличения отзывчивости.

По мнению специалистов по ТРИЗ, законы развития технических систем послужат основой формирующейся в настоящее время теории развития технических систем. Эта теория будет описывать развитие техносферы в целом, ее взаимодействие с природой (биосферой) и обществом, роль техносферы и ее составляющих в формировании ноосферы. Техносфера – это множество всех технических систем, функционирующих в настоящее время. Совокупность всех технических систем, созданных человеком представляет собой конгломерат и пока не является системой. Некоторые технические системы взаимодействуют между собой, но это взаимодействие зачастую носит хаотический, бессистемный характер. Следует ожидать появления у техносферы системного свойства, что сделает ее полноценной системой и даст возможность управлять ею как целым.

Познакомившись с формулировками ЗРТС, попытайтесь применить их на практике при создании собственного изобретения.

Задание 20. Разработайте новое техническое устройство на основе законов развития технических систем.

На основе законов развития технических систем предлагаем следующий алгоритм создания нового устройства.

Выявите экологическую проблему, которую нужно решить.* Это может быть, например, создание привлекательной и вандало-устойчивой урны, с помощью которой можно легко и удобно накапливать и вывозить отходы, наладить раздельный сбор мусора.

*Примечание: Уровень экологической проблемы может быть различным (региональная, локальная, глобальная), важно проблему увидеть и сформулировать.

Выберите принцип действия вашего будущего устройства (например, во многих экологических изобретениях для очистки газовых выбросов используются катализаторы – вещества, обеспечивающие протекание химического процесса с достаточно высокой скоростью, многократно участвующие в элементарных химических актах взаимодействия реагентов и выходящие из них в неизменном виде).

Представляет интерес совместное применение физических и химических явлений (обратитесь к прил. 1 и 2).

Предложите форму рабочего органа, который будет осуществлять физическое или химическое действие.

Что послужит источником энергии для устройства? Можно использовать мускулы человека или животных, либо источники электрической энергии (батарейки, аккумуляторы, сеть), а также альтернативные источники энергии.

Представляет интерес освоение Вами навыков проведения патентного поиска. Его можно выполнить с помощью сайта Федерального института промышленной собственности http://www.fips.ru (см. раздел 4 настоящего пособия). Так выявляют аналоги, определяют основные тенденции в решении задач, относящихся к той области прикладной науки (инженерного дела), в поле действия которой вы попадаете. Ознакомившись с работами ваших предшественников, вы обогащаетесь новыми знаниями, становитесь более компетентными, а значит, более уверенными в собственных силах. Однако постарайтесь удержаться от желания подражать другим изобретателям, отнеситесь к их идеям критически.

Из выявленных изобретений, сходных с вашим замыслом, выберите прототип – такое изобретение, которое наиболее близко к вашему по своей технической сути. Определите, какие из изобретений могут быть использованы в качестве аналогов.

Оцените их сильные и слабые стороны, выявите признаки сходства и различия с вашим изобретением.

Попробуйте оформить заявку на изобретение (патент). Это, конечно, не простая задача, которая потребует серьезных умственных и волевых усилий. Здесь не обойтись без помощи опытных специалистов. Первый вариант заявки попробуйте составить самостоятельно, пользуясь рекомендациями, приведенными ниже в разделе 4, и проконсультировавшись с преподавателем. Если найденное вами техническое решение окажется действительно новым, эффективным, экономически выгодным, экологически целесообразным, то ваш вариант заявки будет передан для доработки специалисту-патентоведу, после чего окончательный вариант отправится в Москву. Там происходит серьезная проверка заявки: оцениваются новизна, полезность, реалистичность и другие характеристики технического решения, после чего вы можете получить патент, подтверждающий, что вы – настоящий изобретатель, творческая личность.

Задание 21. В соответствии с приведенным выше алгоритмом создания нового устройства и рекомендациями раздела «Оформление интеллектуальной собственности» составьте пробную заявку на свое изобретение.

Если на данном этапе вашего пути становления как творческой личности возникли трудности с созданием изобретения, например, не получается преодолеть какой-то очередной барьер, отложите на некоторое время свои записи и продолжайте изучать пособие. Возможно, дальнейшее изучение приемов ТРИЗ окажет вам помощь в обретении уверенности в своих силах.

Решение проблем, в том числе экологических, – наука и искусство одновременно. Есть типовые приемы решения, но они никогда не заменят опыта, эрудиции, внимательного анализа своей и чужой успешной деятельности. Так что дерзайте, пробуйте решать экологические проблемы! Китайская мудрость гласит: «Путь в тысячу лет начинается с первого шага».

Недаром говорят, что новое – это хорошо забытое старое.

Иногда, чтобы улучшить нашу сегодняшнюю жизнь, стоит обратиться к опыту наших далеких предков, занимавшихся, не задумываясь об этом, экологически чистым производством.

Пример. Согласно скотоводческой традиции «в животноводстве не должно быть отходов», можно использовать все: мясо, субпродукты, шерсть, шкуры, из костей делать костную муку, из навоза – перегной. Даже рога и копыта могут быть использованы: они годятся для изготовления сувенирной продукции.

Следующий пример – история водопровода. Как считают специалисты, количество воды, потребляемой человеком, определяет степень социального развития общества, является одной из составляющих качества жизни человека. В настоящее время в разных городах России в зависимости от степени благоустройства жилища человека нормами предусмотрено потребление до 350 л воды питьевого качества в сутки, в Европе этот норматив составляет 150 л в сутки, что продиктовано стремлением к ресурсосбережению. Непосредственно для питья человек расходует только 3–5 л, остальное количество воды уходит на хозяйственно-бытовые нужды. Однако доведению воды при очистке именно до питьевого качества цивилизованное человечество уделяет особое внимание. Когда же будет решена проблема третьего крана? Ведь, к примеру, в г. Томске для стирки, мытья пола, смывания в унитазе используется чистая артезианская вода!

Вода издавна использовалась людьми для различных нужд: хозяйственно-бытовых, в сельскохозяйственной деятельности, в промышленных целях. Первые цивилизации не случайно возникли возле крупных рек.

Мощная индустрия производства воды для питьевых и бытовых целей была создана в античном Риме (рис.9). В период расцвета в этом городе проживало, по разным сведениям, от шестисот тысяч до миллиона человек, на каждого из которых приходилось до 1000 л воды в сутки. Необходимо отметить, что этот показатель превышает водопотребление в современном Риме почти в 3 раза. Индустрия производства воды включала в себя значительные изыскательские работы, направленные на определение водных источников, трассировку водоводов, проектирование очистных сооружений. За изысканиями следовало строительство водопроводов, водоочистных сооружений, распределительных сооружений для снабжения общественных и личных фонтанов, бань (терм), купален, специальных аквариумов-садков для разведения морских и речных рыб, а также строительство водоотводных каналов.

Рис.9. Римский водопровод через реку Гар (Гардский мост) Строительство водопроводов в Риме осуществлялось на общественные средства, а также на средства, полученные в результате победоносных войн. Так, водопровод Ашо был построен в 272 г. до н. э. на средства, полученные в результате разгрома Пирра, Марциев водопровод - в 144 г. до н. э. на средства, полученные после взятия Коринфа.

Средства на эксплуатацию водопроводов формировались за счет нескольких видов налогов, относящихся к сфере водопользования. Это были налоги на бани и каналы.

Водопроводы, или акведуки, строились следующим образом. На высоком месте находили обильный источник воды и делали углубление в виде большого водоема, в котором собиралась вода. Из этого водоема вода поступала к общественному или собственному (личному) водопроводу по подземным трубам или по надземным водопроводам. Подземные трубы выполнялись из дерева, глины или свинца. Отметим, что многие ученые считают отравление свинцом одной из причин падения Римской империи. Римляне, особенно элита, не доживали до 30 лет из-за раковых опухолей, спровоцированных свинцом. В местах пересечения водопровода с твердыми скальными породами вырубались водоотводные каналы; в мягких грунтах эти каналы выкладывались камнем и над ними сооружались своды. На определенном расстоянии друг от друга делались отверстия для воздуха, чтобы вода оставалась чистой и свежей.

Задание 22. Рассмотрите историю развития известных вам (или заинтересовавших вас, ранее не знакомых) природозащитных изобретений (например, способы сохранения и восстановления плодородия почв, no-till – обработка почвы без вспашки).

Примерный план анализа:

– возникновение общественной потребности;

– возникновение первого варианта устройства (или способа);

– улучшение этого варианта;

– переход к массовому производству;

– задачи, решаемые до и во время массового производства;

– выход устройства на реальный (или предполагаемый) физический предел работоспособности;

– замена устройства новым.

Задание 23. Рассмотрите историю снабжения водой Вашего населенного пункта. (Например, история томского водопровода насчитывает более ста лет!). Сможете ли Вы построить прогноз развития водопровода? С какими проблемами при этом столкнется жилищно-коммунальное хозяйство? (Например, в Томск с 1975 г. вода поступает из подземных водоносных горизонтов. Будут ли истощены их запасы? Может ли произойти загрязнение подземных вод? Через сколько лет? Если это произойдет, то какие могут быть варианты снабжения Томска водой в необходимом объеме и соответствующего качества?) Алгоритм предложен специалистом по ТРИЗ из Красноярска В.А. Дмитриевым. Суть его проще всего постигнуть на примере из табл. 3.

Шестишаговый алгоритм постановки проблемы 1 Выделить главную мысль, ответив на Отделение нефти от воды вопрос: «Что происходит?»

2 Определить главное действие, ответив Сбор нефти на вопрос: «Что делается в момент происходящих событий?»

3 Определить объект анализа, ответив Маты из полимерного волокна на вопрос: «Что (кто) выполняет действие?»

4 Определить объект воздействия, отве- Смесь воды с нефтью тив на вопрос: «На что (на кого) направлено действие объекта анализа?»

5 Описать взаимодействие объекта ана- Хорошо:

лиза с объектом взаимодействия, отве- -очистка воды;

тив на вопросы: «Что полезного (хоро- - возможность многократного шего) и вредного (плохого) происходит использования матов из полив этом взаимодействии?» мерного волокна.

6 Сформулировать новую и никем не Как сделать так, чтобы полирешенную задачу, сохранив и усилив мерное волокно многократно полезную сторону взаимодействия впитывало нефть из нефтяной и исключив полностью вредную сторонупленки, не выделяя нефть в вовзаимодействия. Задача формулируется ду?

в виде постановки новой цели «Как сделать так, чтоб при полезном (хорошем) взаимодействии объекта анализа с объектом воздействия полезное взаимодействие полностью сохранялось, а вредное взаимодействие полностью исчезало (не возникало)?»

Предложенный алгоритм – только начало работы над решением проблемы. После постановки задачи нужно провести информационный поиск: решалась ли проблема ранее, если да, то как? Затем нужен поиск способов решения проблемы. Это могут быть приемы, предложенные в данном пособии, а также методы научного творчества.

Задание 24. Примените шестишаговый алгоритм постановки проблемы к своему проекту (изобретению), и сформулируйте задачу усовершенствования устройства. Укажите, как Вы выполняли 6 шагов. Опишите, какими средствами будете решать поставленную проблему.

Развитием системных представлений в ТРИЗ является разработка так называемой девятиэкранной схемы мышления, или системного оператора (рис. 10). Это метод анализа развития системы любой природы (например, технической или экологической). Девятиэкранная схема – конкретизация принципа иерархичности (табл. 4). Любой объект – естественный или технический – является частью большего объекта (надсистемы) и состоит из элементов и (или) подсистем, т. е. обладает структурой.

Рис.10. Девятиэкранная схема мышления Иерархия естественных и технических систем представлена на таблице 4.

Иерархия технических и естественных систем 1 Техносфера (Техника + люди + Биосфера ресурсы + система потребления) 2 Техника (все отрасли) Фауна – царство растений 3 Отрасль (например, транспорт) Тип 4 Объединение (например, аэро- Класс 5 Предприятие (завод, метро, аэро- Организм 6 Машина (локомотив, автомобиль) Органы (сердце, легкие и т. п.) 7 Механизм (совокупность узлов, Клетка (элементарная живая сиспозволяющая осуществлять пере- тема, состоящая из мембран, цивод энергии и вещества одного топлазмы, органоидов и являювида в другой), например, двига- щаяся основой строения, развитель внутреннего сгорания тия и жизнедеятельности всех 8 Пара деталей: ось и два колеса Молекула, образованная разныпоявляется новое свойство – ми радикалами, например СnНm– 9 Неоднородная деталь (при разде- Несимметричная углеродная части), например, винт и гайка С=С=С–С–С–С 10 Однородная деталь (балка) Углеродная цепь – С–С–С–С–С– 11 Неоднородное вещество (сплавы) Смеси, растворы (морская вода, 12 Однородное вещество (химиче- Простое вещество (кислород, Понять предлагаемый прием можно на примере совершенствования автомобиля:

надсистема инфраструктура, включающая техническое подсистемы двигатель, ходовая часть, кузов, тормозная система, рулевое управление, электрооборудование, автоматика и т. п.

Подсистема «двигатель» эволюционировала от первых громоздких устройств, при работе которых шум и выхлопные газы оказывали значительное негативное воздействие на окружающую среду, до компактных, экономичных. Современные гибридные автомобили имеют двигатели, основанные на разных принципах работы. Есть возможность использовать в качестве топлива не только бензин, но и газ, этиловый спирт, масло. Экологически чистые электромобили постепенно дешевеют, и их количество на дорогах все увеличивается. Это свидетельствует о том, что некоторые подсистемы могут эволюционировать, в то время как другие подсистемы не меняются.

На основе системного оператора можно проводить анализ состояния экологических систем. Например, теоретически оценить, как повлияет на будущее экосистемы «тундра» уменьшение видового разнообразия из-за проливов нефти.

В табл. 4 приведен пример сравнения иерархий в технических системах и в природе. Эта таблица удачно дополняет системный оператор.

Табл. 4 позволяет определить, на каком иерархическом уровне мы решаем проблемы. Уровень технических решений должен соответствовать уровню экологических проблем. Например, проблему загрязнения атмосферы (уровень биосферы) вряд ли удастся решить только путем создания очистных сооружений (уровень механизмов). Необходима работа на уровне техносферы, причем работа общества в целом (изменение законодательства, формирование общественного мнения и т. д.).

Выбранная для исследования и совершенствования ТС состоит из частей, элементов, которые часто тоже являются системами (обозначим их как подсистемы – ПС). Они состоят, в свою очередь, из деталей, которые могут быть определены как подподсистемы (ППС). В то же время, данная ТС входит как элемент в состав более широкой надсистемы – НС, составляет её часть. Работа совокупности ТС обеспечивает работоспособность всей НС для обеспечения некоторых потребностей человеческого общества.

Задание 25. Примените девятиэкранную схему к другим подсистемам автомобиля и составьте для них прогноз развития, накладывая рамки экологической целесообразности. Учтите, что глобальной надсистемой для любых устройств является биосфера, и в любом случае она должна сохраниться.

Согласно толковому словарю, ресурс – это запас, накопление, возможности. Мы же будем понимать этот термин более широко: ресурс – это любые элементы окружающей среды, которые без особых затрат могут быть использованы для решения проблем, в том числе экологических.

По одной из классификаций ресурсы можно разделить на энергетические, вещественные, пространственные, временные, функциональные, информационные, комбинированные.

К энергетическим ресурсам относятся все известные нам виды энергии и полей (электромагнитные, тепловые, гравитационные поля и т. д.). В качестве примера перспективных потенциальных энергоресурсов можно привести использование альтернативных источников энергии – гидротермальной, энергии ветра и Солнца, приливов и отливов. Пример энергетического ресурса – теплая техническая вода, сбрасываемая в водоемы.

Вспомните незамерзающие полыньи возле ГРЭС, у которых остаются зимовать лебеди, утки и некоторые другие птицы. Они нашли ресурс, позволивший им отказаться от изнурительных перелетов!

Под вещественными ресурсами будем понимать все материальные тела, которые есть в системе (технической или экологической) или окружающей среде. Например, ресурсами для растений являются минеральные и органические вещества из почвы, вода, углекислый газ и солнечное излучение.

Существенным для поиска вещественных ресурсов является то, что вещества представляют собой многоуровневую иерархическую структуру. Она охватывает всё усложняющиеся системы: от элементарных частиц, через атомы, молекулы, их ассоциации, кристаллическую решетку к простейшим объектам (проволока, лист, шарик и т. д.), к объединению в ассоциации обработанных веществ, составляющих технические системы высокого уровня организации (см. табл. 4). Отсюда же ясно, что новое вещество в системе может быть получено как разрушением более крупной системы, например, разложением воды на атомы или водорода и кислорода, так и объединением уже существующих частиц более низкого уровня (атомов и радикалов).

При этом выгоднее разрушать целые частицы (молекулы, атомы), поскольку нецелые частицы (например, ионы) уже частично разрушены и сопротивляются дальнейшему разрушению. Достраивать же, наоборот, выгоднее нецелые частицы, стремящиеся к восстановлению.

Примером использования вещественных ресурсов является прием, используемый на очистных сооружениях. Здесь смешиваются сточные воды промышленных предприятий, содержащие большое количество вредных химических соединений, с трудом или вовсе не способных к переработке бактериями, обеспечивающими биохимическую очистку, и хозяйственно-бытовые стоки, богатые органическими веществами, легко подвергающимися биоразложению. Тем самым обеспечивается получение смеси сточных вод с усредненным составом загрязнителей, с которыми легко справляется микрофлора, культивируемая в специальных резервуарах, превращая вредные вещества в безвредные для природы.

Под пространственным ресурсом понимается свободное пространство, которое можно использовать для изменения каких-либо проблем (технических или экологических). Например, многоэтажные дома решают задачу размещения большого числа людей на ограниченной территории. В природе пространственный ресурс используется очень эффективно. Можно вспомнить животных, живущих на разных «этажах» в лесу, в горах; ярусность растений в лесах и на лугах.

Примером пространственного ресурса могут служить ненарушенные экосистемы в Канаде и России. Огромные территории, занимаемые лесами и болтами, предоставляют планете кислород и связывают углекислый газ благодаря фотосинтезу.

Пример использования пространственного ресурса в технических системах – стремление к максимальному использованию объема кузовов мусоровозов, транспортирующих ТБО на свалки. Предлагаем Вам принять участие в проекте «Нажми на мусор»: для того, чтобы машины вывозили на свалки отходы, а не воздух, рекомендуем максимально трамбовать мусор, прежде чем выбросить его.

Интересным примером использования пространственного ресурса является прием перехода в другое измерение. В ряде стран широко практикуется вертикальное огородничество, когда делянки с разными культурами, в зависимости от степени развития растения, размещают выше или ниже на разных ярусах. При этом значительно облегчается уход за ними. Близка к этому и идея использования крыш домов для устройства теплиц: и солнца, и воздуха – в достатке.

Функциональные ресурсы – возможность использовать известную функцию объекта по иному назначению, либо выявление новой функции в системе. Сюда же можно отнести и возможность системы выполнять по совместительству дополнительные функции после некоторых изменений. Примером может служить опыление растений, которое выполняется насекомыми попутно при сборе нектара или пыльцы для меда.