Разбор задач с использованием стандартов.

Задача 4.1. Разработан новый метод терапии рака, при котором радиоактивный источник доставляется к опухоли с помощью антител: их облучают и вводят в кровь пациента. Какие стандарты использованы здесь?

 

Решение. Для учебных целей в этой ситуации ставится другая задача: известно, что злокачественные опухоли разрушаются под действием радиоактивного излучения, однако непосредственное облучение организма во многих случаях нежелательно, т.к. связано с воздействием на здоровые ткани. Как быть? При этом обычно дополнительно сообщается, что определенное лечебное воздействие на опухоль оказывают некоторые антитела (например, антиферритин).

 

Решение такой задачи без применения ТРИЗ наталкивается на множество препятствий. Выделим две основные трудности:

нелегко получить удовлетворительную, работоспособную идею; нелегко определить действительную ценность полученной идеи. Отсутствие надежных критериев (при решении задач без применения ТРИЗ) с одной стороны - тормозит генерацию идей (сказывается психологическая инерция), с другой - мешает остановиться и углубить действительно хорошую идею. Применение стандартов на решение изобретательских задач, основанное на использовании законов развития технических систем, предписывает качественно другой путь.

 

В условии задана неработоспособная (невепольная) система. Ее необходимо изменить. Следовательно, обратиться нужно к первому разделу системы стандартов - к стандартам на изменение систем. Поскольку система невепольна - ее необходимо синтезировать (под-класс 1.1). В этом разделе всего восемь стандартов, причем область применения каждого из них (как и всех остальных) четко оговорена. В данном случае необходимо достроить веполь, т.е. выполнить предписание стандарта 1.1.1. В условии даны вещество (опухоль) и поле, которое воздействует на это вещество. Недостает второго вещества, которое должно доставлять поле по назначению (управляемо перемещать поле). Таким веществом может быть антитело, которое само (вместе с потоком крови) попадает в опухоль и накапливается там.

 

Этот метод, названный радиоиммуноглобулиновой терапией, по сообщению английского журнала «Медикал Ньюс» (том 13, №9) позволяет значительно (в 7 - 10 раз) уменьшать объем опухоли. К недостаткам следует отнести то, что больные на протяжении примерно 10 дней являются источниками сильного излучения, поэтому их необходимо содержать в специальных палатах, где они не входят в контакт с обслуживающим персоналом. К тому же, не исключено возникновение заболеваний, связанных с радиоактивным поражением здоровых органов. В связи с этим возникает новая задача: как избежать радиоактивного поражения здоровых органов при использовании этого, безусловно, перспективного терапевтического метода?

 

Задача 4.2. Применение эффективных ядерных микрореакторов на космических кораблях затруднительно, в частности, из-за большого веса защитных свинцовых блоков. Известно, что полимерные блоки (достаточно легкие) неплохо защищают от протонного излучения. Однако жесткие гамма-лучи легко проникают сквозь такую защиту. Как быть?

Решение. Как правило, задачи такого рода вызывают откровенный протест у неспециалистов по ядерной физике. При этом почему-то забывается, что понятие об основных типах радиоактивного излучения дается еще в курсе средней школы. Там же показана разница в ионизационной и проникающей способности альфа, бета и гамма излучений. Всего этого плюс знания системы стандартов на решение изобретательских задач достаточно для получения приемлемой технической системы. По- прежнему (как и в предыдущей задаче) хорошо срабатывает стандарт 1.1.1: необходимо ввести недостающие элементы в систему.

 

По условию, полимерные блока легки, не обеспечивают полную защиту. Толстые свинцовые блоки при абсолютной надежности - слишком тяжелы, а тонкие - недостаточно защищают от некоторых составляющих радиационного потока (каких?). Следовательно (в полном соответствии со стандартом), поле (радиация) должно поглощаться обоими веществами, которые поэтому следует некоторым образом совместить в одну пространственную структуру. Если последнее требование вызывает трудности при реализации - следует также воспользоваться соответствующими стандартами.

 

Контрольный ответ: гомогенная смесь частичек свинца (25%) и полиэтилена (75%). Материал, разработанный фирмой «Реактор экспериментс» (Сан-Карлос, Калифорния), обеспечивает высокую эффективность защиты от радиоактивного излучения при сравнительно невысоком расходе свинца и при малом весе защитного блока.

 

Интересно проследить развитие технической системы, взятой в качестве контрольного ответа. В частности, увеличение степени дисперсности свинцовых частичек подсказывает создание специальных радиозащитных металлоорганических (металополимерных) соединений.

 

Хорошие результаты дает также применение принципа динамизации технических систем.

 

Задача 4.3. Для преобразования низкочастотных фотонов в высокочастотные применяется метод двухступенчатого возбуждения ионов редкоземельных элементов. Ион последовательно поглощает два фотона низкой частоты, а затем излучает один фотон высокой частоты (разработка фирмы «СТЛ»,

Харлоу по данным журнала «Электроникс Уикли» № 639).

Оцените ситуацию с точки зрения стандартов.

 

Решение. Рассматривая с помощью ТРИЗ техническую изобретательскую задачу, нет необходимости (особенно на первых этапах решения) углубляться в традиционную специфику, будь то электроника, гидродинамика или оптика. Для получения сильного изобретательского решения достаточно описать ТС на вепольном языке и провести все необходимые (требуемые) преобразования исходя из требований вепольного анализа. Только после этого «включается» специфика задачи. Как правило, узкоспециальные знания высокого уровня требуются только при окончательной доводке технического решения (здесь не имеются в виду физэффекты, знание которых обязательно при решении задач по ТРИЗ).

 

Данная задача - типичный пример «узкоспециализированной» проблемы, решение которой, тем не менее, возможно на основе самых общих соображений. Для учебных целей задача формулируется так: необходимо предложить способ преобразования низкочастотных фотонов в высокочастотные с помощью кристаллических редкоземельных элементов. Принцип действия способа в такой формулировке почти очевиден: атом редкоземельного элемента поглощает низкочастотные фотоны и излучает высокочастотные (см. соответствующее правило вепольного анализа). Есть хорошая вепольная система, которая всё же недостаточно хороша. Следовательно, нужно построить сложную вепольную систему, использовав под-класс 2.1 системы стандартов. Превратим одну из частей веполя (конкретнее - вещество, атом редкоземельного элемента) в независимо управляемый веполь – построим цепной веполь (стандарт 2.1.1). Следовательно, он должен поглощать низкочастотные фотоны управляемо, в заданной последовательности. Теперь, когда принципиальная схема решения достаточно ясна, необходимо применять уже специальные данные о «поведении» редкоземельных элементов, чтобы выяснить, как они могут сами (в соответствии с законом стремления к идеальности) выполнить требуемое действие. Добиться этого можно с помощью резкого повышения скорости поглощения низкочастотных фотонов за счет увеличения их потока - без увеличения затрат на этот поток.

 

Новую задачу также нужно решать с помощью стандартов. Очевидно, что речь может идти только об устранении потерь потока... Контрольный ответ по этой задаче - разработка фирмы

«СТЛ»: в качестве вещества-преобразователя применяется

арсенид галлия, имеющий высокий показатель преломления света. Поэтому низкочастотные фотоны, попав внутрь материала, не могут его покинуть – и, в конечном счете, поглощаются. Более энергичные, высокочастотные фотоны могут покинуть вещество, что, в конечном счете, дает эффект световой трансформации.

 

Задача 4.4. Примеси в полупроводниковые материалы можно вводить с помощью пучка ионов этой примеси. Однако при этом нужно тщательно очищать добавку, что само по себе является сложной технической (технологической) проблемой. Что можно предложить?

 

Решение. Типично производственная задача: необходимо очистить некоторое вещество для его дальнейшего использования. Сделать это весьма трудно (в полупроводниковом производстве один атом «чужого» материала, спрятавшийся среди миллиарда

«своих», - это уже бракованная продукция). Будем исходить из того, что на данный участок технологической цепочки (внедрение примеси) добавка приходит предельно очищенной – и, тем не менее, такой чистоты недостаточно. Следовательно, качественную работу следует выполнить с помощью некачественного материала.

 

В таких случаях стандарты рекомендуют вводить добавки, однако в данном случае добавки вводить нельзя (интересно попробовать стандарт 5.1.1, который как раз и подсказывает: как ввести добавку, если ее нельзя вводить). Поэтому необходимо перейти к принципиально новой системе (класс 3), причем, работает явно подкласс 3.1: переход на микроуровень уже осуществлен, дальнейшее углубление не дает явно ощутимых результатов. Стандарты этого подкласса предписывают: ТС должна войти в качестве подсистемы в состав другой, более сложной системы.

 

Возвращаясь к условиям задачи, можно сказать: усовершенствовать дальше систему очистки только как систему очистки - бесперспективно. Но с какой системой ее объединить для образования надсистемы? Очевидно (этого требуют законы развития технических систем), с ТС, которая уже имеется, присутствует в данной технологической цепочке. По условию задана только одна такая система: введение примеси в виде пучка ионов. Следовательно, процесс введения ионов примеси в полупроводниковый материал должен одновременно сопровождаться очисткой материала примеси от вредных добавок (вернее, - должен быть причиной такого процесса). Как этого достичь? Необходимо использовать имеющиеся вещества и поля.

Здесь не обойтись без подсказки таблиц применения физических эффектов и явлений (см. раздел 3 «Физические эффекты»). Минимальная, но достаточная подсказка таблиц - ионы являются заряженными частицами, они несут на себе определенный (чаще - положительный) электрический заряд. Поскольку электрическое поле (наравне с магнитным) является наиболее удобным для управления – целесообразно оба требуемых по условию действия (введение и очистку) производить с помощью электрического или магнитного поля. Причем, как это было выяснено ранее, движение ионов в поле должно приводить не только к внедрению ионов, но и к устранению «лишних» атомов. Здесь полезно вспомнить, что собой представляет очистка, когда речь идет об атомах, к тому же - об атомах движущихся. Единственная управляемая характеристика для них - траектория движения. Очевидно, траектории «лишних» атомов должны отличаться от траекторий атомов необходимой примеси. Причем, это отличие должно обуславливаться именно электрическим или магнитным полем. Поле должно само отклонять «лишние» атомы, препятствуя их попаданию в полупроводниковый материал...

 

Теперь можно обратиться к таблице физэффектов, рассмотрев управляемое перемещение мелкими частицами. Однако достаточно, наверное, вспомнить, что заряженные частицы всегда движутся по кривой в электрическом или магнитном поле. Причем, степень отклонения от прямолинейного движения зависит для заданных параметров поля от заряда движущихся частиц, их скорости и массы. Заряд и скорость у «лишних» и полезных ионов, как правило, одинаковы. Разница в массе. В полном соответствии с законами физики различные по массе ионы будут сепарироваться при движении в электрическом или магнитном поле. Теперь необходимо только воспрепятствовать попаданию в полупроводник ионов, отклонившихся больше или меньше нормы. Сделать это технологически намного просще, чем решить первоначальную задачу (например, поставив обыкновенный экран).

 

Контрольный ответ к задаче (разработка фирмы «Муллард рисерч лабораториз») - поток ионов пропускается через магнитную призму, которая обеспечивает направление на мишень разогнанных до требуемой энергии ионов только одного вида («Электроникс Уикли» № 642).

 

Задача 4.5. Установлено, что время релаксации ядерного спина протонов различно для нормальной и раковой ткани. Как использовать это явление для диагностики и лечения?

Решение. Причина разного времени релаксации спина пока не установлена. Возможно (данные английского журнала «Нью Сайентист», том 57, № 828), это связано с тем, что внутриклеточная вода в опухолях имеет менее выраженную структуру или опухоли содержат больше воды... Тем не менее, даже не зная точной причины явления южно использовать его по известным количественным характеристикам. Как это сделать - подсказывает соответствующий стандарт. Он «прячется» в классе 4 - там, где речь идет об обнаружении и измерении систем. Вопрос сформулирован: «для диагностики и лечения». Т.е. речь идет как об измерении, так и об изменении системы. Это –

«следы влияния» стандарта 4.1.1, который рекомендует так изменить систему, чтобы вообще отпала необходимость в измерениях.

 

По контрольному ответу (журнал «Нью Саиентист», том 57, № 823) метод измерения ядерного магнитного резонанса биологической ткани применяется только для диагностики: определяется наличие или отсутствие злокачественных образований. Если же следовать предписанию стандарта 4.1.1, то логично предположить принципиальную возможность с помощью изменения времени релаксации ядерного спина протонов известными в физике методами повлиять на рост злокачественных опухолей.

 

Задача относится к области перспективных и потому - проблематичных разработок. В таких случаях, безусловно, легче воспользоваться эффектами, причины которых выяснены с достаточной степенью точности. Однако не следует исключать (особенно при планировании исследовательских работ) направлений, подсказанных новыми, еще недостаточно исследоваными эффектами, если, к тому же, эти направления явно не противоречат известным законам природы, законам развития технических систем.

 

Задача 4.6. Если один и тот же цветной объект сфотографировать на черно-белую пленку дважды: через красный светофильтр и без него, а затем, после получения обычных (черно-белых) диапозитивов, спроецировать оба изображения на один экран (причем, изображение, снятое через светофильтр, проецировать через такой же светофильтр) - на экране появится полнокрасочное цветное изображение. Предложите (с помощью стандартов) способ цветной киносъемки, основанный на этом принципе.

Решение. Как и в предыдущей задаче - предлагается использовать новый эффект с невыясненным окончательно принципом действия. Предполагается, что здесь срабатывает один из механизмов психофизиологического восприятия цвета, поскольку в любой точке экрана объективно присутствует только красный цвет различной степени яркости. Тем не менее, эффект можно использовать даже в таком, «непроявленом» виде. В конечном счете, для решения задачи необходимо не выявлять суть эффекта, а только использовать его в известной технической системе - для создания принципиально новой ТС.

 

Прежде чем обращаться к системе стандартов, необходимо уточнить условия задачи. Необходимо обеспечить цветную киносъемку (и демонстрацию цветного изображения) с помощью описанного эффекта - на черно-белую кинопленку. К данной ситуации ближе всего стандарт 2.3.3, предусматривающий совершение одного действия в паузах другого, причем стандарт имеет в виду действие полей. В данном случае, задача не может быть сведена точно к известным стандартам, однако приближение стандарта 2.3.3 дает весьма значительную точность: очевидно, необходимо при съемке чередовать кадры, снятые через светофильтр и без светофильтра. Аналогичная задача возникает при демонстрации фильма - и решается таким же образом. Практически это реализуется с помощью вращающегося перед объективом камеры диска с чередующимися красными и бесцветными светофильтрами.

 

Такую камеру (для передачи телевизионного изображения) разработала для станции «Скайлэб» французская фирма

«Анженьё». Известны эксперименты английских ученых по передаче цветного изображения с помощью черно-белых телевизионных передатчиков и приемников, также основанные на одном из невыясненных механизмов зрения. Возможно, со временем эти эффекты позволят значительно упростить и удешевить цветное телевидение, а также сделать излишним длительную и сложную обработку цветных фотоматериалов.

 

Здесь, кстати, возникает любопытная задача: как с помощью описанного способа, получить на черно-белых фотоматериалах обыкновенный цветной снимок?

 

Задача 4.7. В свое время очереди у касс были самым серьезным препятствием на пути широкого распространения магазинов самообслуживания. Нужно (с помощью стандартов) показать

развитие способа автоматизированного подсчета стоимости фасованных товаров (которые составляют абсолютное большинство ассортимента в таких магазинах).

 

Решение. Очень простая - и очень сложная задача. Простота - в существующей технической реализации. Некоторое устройство должно точно определять вид и количество (массу) товара, чтобы сделать вывод о стоимости. Необходимо построить такую систему (сейчас, допустим, ее еще нет) - следовательно, необходимо достроить веполь. Все это - сфера действия стандартов подкласса 1.1. Очевидно, что вещество-товар необходимо объединить с некоторым вторым веществом, которое в свою очередь будет генерировать (излучать, отражать, изменять и т.п.) некоторое поле - это и даст необходимую информацию о веществе-товаре.

 

Напрашивается (и к этому подталкивают таблицы применения физических эффектов и явлений) применение удобных и универсальных магнитных меток. Однако, во-первых, не во все вещества допустимо введение магнитных меток (например, в пищевые продукты). Во-вторых, включаетея «человеческий фактор», который и делает задачу очень сложной: необходимо предусмотреть защиту от умышленного изменения метки-сигнала на товаре с целью изменения его цены. Поэтому вводимое поле должно легко контролироваться как продавцом, так и покупателем.

 

Лучше всего этого добиться с помощью применения оптического поля и - обычных пометок в виде, например, черно-белых дуг окружности различных радиусов и ширины (разработка фирмы

«Целъвегер»). Такие пометки легко считываются фотоэлементом кассы при движении фасованного товара на конвейерной ленте. Теперь небольшой компьютер точно подсчитывает стоимость покупок каждого посетителя магазина. К тому же - возникает возможность улучшить работу надсистемы, магазина в целом. Ведь компьютер одновременно с кассовой работой (и без значительных дополнительных затрат) определяет, например, расход того или иного товара, регулирует его подачу со склада, а также - заказ товаров на последующие дни. С помощью законов развития технических систем интересно проследить за другими изменениями в этой системе (а также надсистеме и подсистемах) в связи с внедрением этого метода продажи.

Задача 4.8. Во время намотки вольфрамовой нити для ламп накаливания ее стараются защитить от попадания железа, которое снижает температуру раскристаллизации нити (укорачивая тем самым срок службы лампы). Вольфрамовый порошок, из которого изготавливается нить, обычно достаточно хорошо очищен и не содержит примесей. Они появляются позже, в процессе отжига нити, которую наматывают на сердечник, содержащий железо. Все технологические неприятности заключаются в том, что этот вредный сердечник нельзя ничем заменить (причины этого для решения задачи значения не имеют). Что делать?

 

Решение. Есть типичный вредный веполь, который нельзя полностью разрушить: контакт между железом и вольфрамом полезен (по некоторым технологическим причинам) - и он же вреден - загрязняется вольфрам. Следовательно, сердечник нужно сохранить, однако при этом контакта (непосредственного) между сердечником и материалом нити не должно быть.

 

Случай типичный для стандарта 1.2.2. А этот стандарт рекомендует ввести между двумя веществами (они на микроуровне подвижны друг относительно друга) третье вещество - видоизменение одного или двух данных. Менять всегда легче инструмент, поэтому вводить необходимо видоизменение сердечника.

 

По данным американского журнала «Дизайн Ньюс» (том 27, № 23), фирма «Дьюро-Тест корпорейшн» использовала в качестве такого видоизменения-прокладки тонкий слои меди. При этом устраняется диффузия железа в вольфрам при изготовлении спирали.

 

Использование меди обеспечивает еще ряд определенных преимуществ. Она, например, хорошо «смачивает» вольфрам, не растворяясь в нем. Сердечник, покрытый медью, хорошо растворяется в смеси азотной и серной кислоты, применяемой для растворения сердечника после изготовления продукта (вольфрамовой спирали).

 

Задача 4.9. Материал «микротерм» состоит из спрессованных волокон двуокиси кремния. Он не горит, не проводит ток, имеет высокую химическую стойкость, механическую прочность. Изоляция из «микротерма» толщиной 4 сантиметра заменяет 14 сантиметровую изоляцию из асбеста. Какие еще свойства может иметь такой материал?

Решение. В контрольном ответе (журнал «Швейцарише Технише Цейтшрифт» № 4) приводятся еще некоторые свойства

«микротерма», например, температурная стойкость. Однако, при чем здесь стандарты? 0ни могут работать только в том случае, если все это свойства образуют систему, обусловленную действием тех или иных стандартов. Поэтому давайте посмотрим, что представляет собой «микротерм» с точки зрения вепольного анализа? Это - вещество о высокой степенью дисперсности и наверняка обладающее микропористой структурой. Таким образом, веполь, в который будет входить «микротерм», станет достаточно эффективным, к тому же - с возможностью применения эффекта микропористости (капиллярности). Если электроизоляционные свойства зависят в основном от состава материала, то остальные (перечисленные) - от вепольной структуры.

 

Как еще можно повысить эффективность веполя, учитывая, что переход к фепольной системе в данном случае нежелателен (утрачиваются электроизоляционные свойства)? Здесь целесообразно обратиться к под-классу 2.4 системы стандартов и рассмотреть возможности перехода к фепольным системам в том случае, когда недопустима замена вещества феррочастицами. Перспективным представляется использование стандарта 2.4.5. При этом ферродобавка в небольших дозах может вводиться как между волокнами двуокиси кремния (с определенной пространственной структурой), так и в сами волокна при их изготовлении (переход на микроуровень).

 

Как уже указывалось, система стандартов постоянно развивается и дополняется. Например, переход к использованию физических эффектов и явлений в стандартах предусмотрен только для фепольных систем. Однако данный пример показывает наличие такой возможности и для систем нефепольных. Достаточно вспомнить (обратившись к таблицам использования физэффектов), что двуокись кремния - один из материалов, обладающих пьезоэлектрическими свойствами. Таким образом, под действием электрического поля «микротерм» должен изменять свои линейные размеры, что в свою очередь приводит к изменению степени микропористости.

 

Задача 4.10. Многие способы диагностики онкологических заболеваний основаны на обнаружении веществ, накапливающихся в опухолях. Обнаружено вещество

(селенометионин), накапливающееся там уже на ранних стадиях заболевания. Как использовать его для лечения?

 

Решение. В самом условии заложено применение стандарта 4.1.1: нужно перейти от диагностики к лечению, от измерения системы к ее изменению. Известно, что чем раньше приступить к лечению, тем эффективнее терапевтические средства. (И наоборот, на поздних стадия заболевания применение этих средств практически не дает положительных результатов). Поэтому целесообразно в профилактических целях время от времени вводить в организм противораковые препараты. Однако делать это нужно крайне осторожно, поскольку в больших количествах такие препараты вредны и для здоровых тканей. Итак - в организм необходимо ввести некоторую добавку и нельзя вводить эту добавку. Такое противоречие помогает разрешить стандарт 5.1.1.5: добавку вводят в очень малых дозах, но размещают ее концентрированно - в отдельных частях объекта. Другими словами, добавка-лекарство должна сама накапливаться в тех частях организма, где только начинает образовываться злокачественная опухоль. Таким носителем может стать, например, селенометионин.

 

Задача 4.11. В обычных условиях пилот гражданского реактивного лайнера должен следить за показаниями около 300 приборов. При посадке, когда все внимание пилота приковано к лобовому стеклу, резко возрастает опасность не заметить критического показания одного из приборов. Как быть?

 

Решение. Пилот должен смотреть на приборы - и не должен смотреть на приборы. Нельзя обойти это противоречие, его нужно устранить, преодолеть. Как это лучше сделать с помощью стандартов? Прежде всего, отметим, что перед нами - задача на обнаружение. В самом деле: необходимо обнаруживать нежелательные отклонения в показания приборов (и в то же время не смотреть на эти приборы). Применить стандарт 4.1.1 пока не представляется возможным, поэтому второй шаг - использовать стандарт 4.1.2. Если нет возможности непосредственно проводить измерения одновременно по приборам и лобовому стеклу (которое при посадке является основным источником информации) - требуемые операции можно осуществлять с их оптическими копиями.

 

Контрольный ответ (разработка Японского научно- исследовательского авиационного института в Токио): показания приборов отображаются на полупрозрачное стекло, которое

крепится к лобовому стеклу кабины. Таким образом, пилот может одновременно, не отвлекаясь от наблюдения за посадочной полосой, видеть показания необходимых приборов.

 

Задача 4.12. Предложите способ демонстрации стереокинофильмов с помощью обыкновенной (и единственной) стандартной кинопроекционной установки (обычно для этого используют два проектора). Какими усложнениями надсистемы придется компенсировать простоту этого способа?

 

Решение. По контрольному ответу (данные журнала «Нью Сайентист», том 57, № 832) изображение для каждого глаза совмещается на одном кадре кинопленки (рядом или друг над другом), а проекционная камера снабжается поворотными призмами, которые обеспечивают поляризацию изображений и их совмещение. Просмотр фильма осуществляется через поляризационные очки. Преимущества такого способа заметны: отпадает необходимость в принудительной синхронизации работы двух кинопроекционных установок. Усложнения надсистемы, на первый взгляд, оправданы: поляроидные очки и до этого применялись при демонстрации стереокинофильмов, сложность в изготовлении кинопленки при массовом тиражировании быстро окупается. Однако есть и нерационально усложняющее звено - призма. Лучше было бы обойтись без нее…

 

Пример хорошо показывает процесс трансформации технической системы, вернее, ее последовательное приближение к виду, диктуемому законами развития технических систем. Возникла сложность с синхронизацией кадров на разных кинопленках - совместим изображения на одном кадре. Однако чрезмерное совмещение также не дает хороших результатов. Целесообразнее все же изображения для правого и левого глаза сжимать на различные кадры, но - на одну пленку (реализация стандарта 5.1.2). Усложнение процесса изготовления пленки по сравнению со способом-прототипом незначительное (изготовление становится даже более простым). Отпадает необходимость в регулировке положения изображений, пленка приближается к стандартному виду, не меняется размер и форма кадров.

 

Задача 4.13. Номеронабиратель для телефонных аппаратов состоит из электретной металлизированной пластины с токоотводными элементами. При нажатии на пластину в определенном месте возникает электрический сигнал, соответствующий коду определенной цифры. Спрогнозируйте развитие этой системы.

Решение. Прогнозировать развитие ТС с помощью стандартов допустимо по той причине, что стандарты базируются на основе законов развития технических систем. В то же время более конкретные по сравнению с законами стандарты позволяют сделать этот прогноз точнее, увереннее.

 

Прежде всего, необходимо описать техническую систему вепольным языком. Номеронабиратель представляет собой вещество металлизированной пластины, в котором под действием механического поля возбуждается электрическое поле, передаваемое на вещество токоотводного элемента. Система уже построена, требуется увеличить ее эффективность. Как это сделать - подсказывают стандарты класса 2. Каждый из них - последовательная ступень совершенствования системы

«номеронабиратель».

 

Так, увеличение степени дисперсности инструмента (электретной пластины) позволяет отказаться от сложной системы кодирования сигналов с помощью электронных схем: достаточно для каждой цифры взять элемент электретной пластины с определенными, индивидуальными параметрами. Каждый элемент (часть пластины), таким образом, модулирует свой собственный сигнал (отличающийся от других напряжением, частотой модуляции или любым другим параметром). Необходимо отметить, что в контрольном ответе (разработка фирмы «Белл лабораториз», штат Нью-Джерси, США) использованы устаревшие способы выделения сигнала, например, расположение токоотводящих элементов в шахматном порядке.

 

Задача 4.14. Детекторы, применяемые для поиска оружия в багаже авиапассажиров, обладают существенным недостатком: если частота электромагнитного сигнала мала - детектор срабатывает просто от суммарной массы металла, например, от четырех-пяти банок с аэрозолем; если же частота велика - детектор реагирует больше на плотность металла и срабатывает, например, от ключа в кармане. Как усовершенствовать прибор, чтобы он срабатывал только при наличии в багаже оружия (т.е. металла плотного и массивного)?

 

Решение. Перед нами - типичное противоречие в системе. Инструмент (электромагнитное поле) должен иметь высокую частоту - и, одновременно, низкую частоту. Электромагнитные поля используются сейчас в технике очень широко. И так же часто повышение эффективности их использования

наталкивается на только что сформулированное противоречие. Например, при измерении влажности грунта с помощью электромагнитного поля частота последнего должна быть большой (тогда поле лучше «чувствует» воду) - и частота должна быть маленькой, чтобы на результате измерений не отражалась форма поверхности грунта. Обычные пути решения этой задачи сводятся либо к устранению неровностей поверхности (а это далеко не всегда возможно), либо к подбору некоторой промежуточной частоты, при которой сигнал еще реагирует на воду, но уже почти не реагирует на неровности. Очевидно, что такой путь сопряжен с неизбежными погрешностями в измерениях, ведь противоречие в данном случае не устраняется, а только маскируется.

 

Итак, необходимо улучшить технические показатели системы и это наталкивается на препятствия принципиального характера. Решения в таком случае должны подсказывать стандарты под- класса 3.1. Конкретный стандарт 3.1.5 рекомендует выход в над- систему, при этом частички системы выполняют одно требуемое действие (или имеют одно требуемое свойство), а вся система в целом - противоположное. В данном случае (для решения обеих задач) необходимо применять высокочастотное электромагнитное поле - промодулированное по амплитуде низкой частотой. Таким образом, один электромагнитный сигнал совмещает в себе два противоположных требования, обладает двумя прямо противоположными свойствами.

 

Такое совмещение требований (свойств) давно известно в радиотехнике. Остается только удивляться тому, что во многих задачах (не относящихся, правда, непосредственно к радиопередаче и радиоприему) этот способ приходится переоткрывать заново, нередко - со значительными затратами, потерями времени. Так, задача об измерении влажности грунта была решена не так давно, а контрольный ответ по детектору для оружия всё еще отстает от теоретически возможного. Фирма

«Электроник системз саппорт» (отделение фирмы «Вестингауз»), которая производит такие детекторы променяет два источника электромагнитного поля различной частоты, причем сигнал опасности подается только при одновременном срабатывании обоих линий контроля.

 

Задача 4.15. Предложите электромагнитную систему определения месторасположения самолета, пригодную для полетов на рейсовых трассах.

Решение. Ограничение – «рейсовые трассы» - намного облегчает построение необходимой технической системы. Рейсовость говорит о регулярности полетов в данном районе, таким образом, эксплуатация ТС должна быть весьма продолжительной, система должна работать постоянно (или почти постоянно). Как и в предыдущей задаче, создавая новую техническую систему желательно воспользоваться стандартами подкласса 3.1. Указание к переходу в надсистему необходимо конкретизировать с помощью таблиц применения физических эффектов и явлений.

 

Совместное применение стандартов и таблиц показывает, что необходимо получить в значительных масштабах стабильное электромагнитное поле, свойства которого изменяются известным образом от точки к точке. На самолете достаточно иметь только сравнительно небольшое (и дешевое) устройство для определения параметров этого свойства. Такую систему

«Омега» описывает английский журнал "»Флайт Интернейшнл» (том 103, № 3336). Она основана на непрерывном синхронном излучении несколькими наземными радиостанциями сверхдлинных радиоволн. В зоне полетов сигналы образуют интерференционную картину с максимумами и минимумами амплитуды. При этом в пространстве образуется стационарная сеть «линий», которые легко «прочитываются» несложным устройством, размещенным на борту самолета.

 

4.3. Задачи для самостоятельного решения.

Задача 4.16. Стойловая муха наносит значительный вред животноводству. Для борьбы с ней применяется биологический метод – осы специального вида. Как повысить эффективность способа другими методами, например, химическими. Ответ обоснуйте стандартом.

 

Задача 4.17. В установке, вводящей примеси в полупроводниковые материалы с помощью ионного потока, предусмотрен магнитный переключатель, обеспечивающий пять различных положений ионного потока. Это позволяет одновременно обрабатывать в равных режимах пять полупроводниковых образцов. Как улучшить этот способ?