Владимир Петров - Структурный анализ систем. Вепольный анализ. ТРИЗ

© Владимир Петров, 2019

ISBN 978-5-4493-9970-0

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Владимир Петров

Структурный анализ систем: Вепольный анализ. Учебник.ТРИЗ.

Это книга представляет собой впервые созданный учебник по вепольному анализу.

Материал легко и быстро усваивается.

В книге приводится около 250 примеров и более 60 задач (из них 102 примера и 42 задачи для самостоятельного разбора), более 100 иллюстраций, более 100 физических эффектов.

Книга рассчитана на широкий круг читателей и будет особенно полезна тем, кто хочет быстро получать новые идеи.

Работа посвящается светлой памяти

учителя, коллеги и другаГенриха Альтшуллера

Я премного благодарен моему учителю, коллеге и другу Генриху Альтшуллеру, прежде всего за то, что он создал основу теории развития технических систем – законы их развития, за то, что имел счастье общаться и обсуждать с ним некоторые материалы данной книги.

Хочу выразить глубокую благодарность за ценные замечания, примеры и предложения при работе над этой книгой моему коллеге и другу Борису Голдовскому, Мастеру ТРИЗ, Генеральному конструктору подводной техники, Лауреату премии Правительства РФ в области науки и техники, Почетному судостроителю, ветерану-подводнику (Нижний Новгород, Россия).

…вепо́ль является схемой минимальной ТС: он включает изделие, инструмент и энергию (поле), необходимую для воздействия инструмента на изделие. Любую сложную техническую систему можно свести к сумме веполей.1

Г. С. Альтшуллер

Для анализа и синтеза систем используется моделирование, которое является одной из составляющих талантливого мышления2. Существуют разные способы моделирования, например, вещественное, математическое, компьютерное мысленное и т. д.

В данной книге будет рассматриваться только мысленное моделирование, помогающее решать сложные (изобретательские) задачи. Напомним, что изобретательская задача – это задача содержащая противоречие3, являющееся одним из важных понятий теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).

Моделированием структуры системы в ТРИЗ занимаются функциональный и вепо́льный анализ.

Вепо́льный анализ предназначен для представления исходной системы в виде определенной (структурной) модели и преобразования ее для получения структурного решения, устраняющего недостатки.

Структурный вещественно-полевой (вепо́льный) анализ – раздел ТРИЗ, изучающий и преобразующий структуру систем. Вепо́льный анализ разработан Г. С. Альтшуллером.

Вепо́льный анализ – это язык схем, позволяющий представить исходную систему в виде определенной (структурной) модели. С помощью специальных правил выявляются свойства этой системы. Затем по конкретным закономерностям преобразовывают исходную модель задачи и получают структуру решения, которое устраняет недостатки исходной системы.

Статистический анализ решений показал, что для повышения эффективности систем их структура должна быть определенной. Модель такой структуры называется веполем.

Вепо́ль – модель минимально управляемой системы, состоящей из двух взаимодействующих объектов и их взаимодействия.

Взаимодействующие объекты условно названы веществами и обозначаются В_>1 и В_>2, а само взаимодействие называется полем и обозначается П.

Под «веществом» будем понимать любой объект, начиная с материала, его структуры, молекул, атомов, до самых сложных систем, например, космическая станция. В информационных системах это может быть элемент или данные.

Поле может представлять собой любое действие или взаимодействие, например, энергию, силу или информацию. В информационных системах это может быть алгоритм.

Веполь изображается схемой (1.1).

Термин ВеПоль произошел от слов «Вещество» и «Поле».

Вепольный анализ включает в себя определенные правила и тенденции. Эти тенденции подчиняются закону увеличения степени вепольности, который будет описан ниже.

Вепольный анализ предназначен для:

– представления исходной структуры задачи (системы);

– определения структурного решения задачи;

– выявления перспективы развития структуры системы.

Если В_>1 – изделие, В_>2 – инструмент, «обрабатывающий» изделие В_>1, а П – поле (энергия, сообщаемая инструменту), то веполь будет иметь вид (1.2).

Пример 1.1. Разрезание хлеба

Продемонстрируем веполь на примере нарезки хлеба.

Хлеб В_>1 разрезают ножом В_>2, прикладывая силу руки П_>1 (поле механических сил). В данном случае П_>1 – линейное перемещение ножа и давление.

Этот же пример можно представить и другой вепольной схемой (1.3): нож В_>2 действует на хлеб В_>1 через механическое поле П_>2, представляющее собой давление ножа на хлеб или трение между ножом и хлебом.

Пример 1.2. Информационная система

Если В_>1 – элемент (программа) 1, В_>2 – элемент (программа) 2, а П_>1 – поле (сигнал – информация), то вепольную модель можно представить схемой (1.4). Эту же формулу можно представить и так: В_>1 – данные (информация) 1, В_>2 – данные (информация) 2, а П_>1 – алгоритм.

Введем понятие «отзывчивости».

Отзывчивость в вепольном анализе – это свойство веществаВ реагировать (отзываться) на воздействие поля П, т. е. выполнять необходимое (заданное) действие или веществаВ генерировать необходимое поле П.

Приведем примеры «отзывчивых» веществ и полей:

1. Ферромагнитное вещество отзывчиво на магнитное поле.

2. Тензорезистор отзывчив на деформацию, давление, напряжение, перемещение (механическое поле).

3. Материал с памятью формы отзывчив на тепловое поле.

4. Флуоресцентные и фоточувствительные вещества отзывчивы на рентгеновское излучение.

5. Поляризационная пластина отзывчива на оптическое поле.

6. Фотодиод отзывчив на оптическое поле.

7. Жидкие кристаллы отзывчивы на тепловое и электрическое поле.

8. И т. д.

В данном разделе представлены основные обозначения вепольного анализа.

Связь между элементами обозначается линией.

На схеме (2.1) изображены вещества В_>1, В_>2 связанные между собой каким-то образом (не всегда известным), а на схеме (2.2) показана связь П_>1и В_>1.

Действие (воздействие)обозначается стрелкой.

Воздействие инструмента В_>1 на изделие В_>2 может быть изображено схемой (2.3). Стрелка указывает направление действия В_>1 на В_>2

Схема (2.4) показывает действие поля П_>1 на вещество В_>1.

Может быть и обратное действиеВ_>2 на В_>1, показано на схеме (2.5).

или В_>1 на П_>1 – схема (2.6).

Взаимодействиеобозначается двухсторонней стрелкой.

Схема (2.8) описывает взаимодействие поля и вещества П_>1 и В_>1.

Действия могут быть неэффективными или недостаточными. Они обозначаются прерывистой линией, как показано на схеме (2.9) и (2.10).

Избыточные действия обозначаются двумя параллельными линями (стрелками). Эти действия показаны на схеме (2.11) и (2.12).