Административное противоречие

  Философия административного противоречия проста и звучит обезоруживающе прямолинейно, например: «Так делать нельзя, но делать все-таки нужно!», или «Так продолжаться больше не может, нужно что-то делать!».

  Административное противоречие связано с человеком и наводит его на размышления – нужно что-то делать, но не знаю, как и с чего начинать.

  Административное противоречие включает в себя целый ряд задач, и многие трудности при его разрешении обусловлены попытками сразу понять ситуацию, без выявления конкретной задачи.

  Попытаемся преодолеть имеющееся административное противоречие на примере задачи. «Усовершенствуйте существующую высоковольтную линию электропередачи, мачтовые опоры которой расположены в зоне вечной мерзлоты. Некоторые фундаменты мачтовых опор отогревают прилегающий к ним грунт, который разжижается, теряет свою несущую способность, и опоры падают. Предложите способ, исключающий это явление». Прочитав такую формулировку, вы вряд ли сможете ясно представить себе, чем же, собственно, предстоит заняться.

  Разработать новую конструкцию мачты, чтобы она не передавала тепло на фундамент? Но ведь мачта уже изготовлена и стоит там, где ей и положено. Изменить мачту уже не представляется возможным. Предложить новый фундамент? И этого делать нельзя. Потребовались бы значительные капитальные работы и связанное с ними отключение линии. Сменить вокруг фундамента грунт? Маловероятно, что удастся это сделать без отключения линии. Выходит, можно заняться только укреплением имеющегося грунта путем его искусственного подмораживания. Но опор сотни. Неужели придется возле каждой из них в теплое время года пропитывать грунт низкотемпературной жидкостью? Это невозможно, да и не нужно. Аварийная оттайка грунта происходит только под некоторыми опорами. Но как узнать, под какой именно? Вот и появилась конкретная задача. Формулируется она так: «Предложите устройство или способ обнаружения аварийной оттайки вечномерзлого грунта под опорами линии электропередачи».

  Сравните эту формулировку с первоначальной. Разница, как видите, значительная. Теперь вы уже точно знаете, какой проблемой надо заниматься.

  В случае вновь проектируемой линии могло быть выявлено совсем иное направление, например создание самоохлаждающихся опор. Но к уже построенной линии такой подход невозможен. Требуется исходить из сложившейся ситуации и из ряда имеющихся задач выбрать ту, решение которой реально внедряемо.

  Итак, основные признаки административного противоречия в технике – неясность ситуации, конфликт между человеком и техникой, появление новой потребности при отсутствии средств ее реализации, или неспособность техники удовлетворять старые потребности, но в большем объеме.

  Преодоление административного противоречия, т.е. выбор конкретной задачи в конкретных условиях, связано с проведением причинно-следственного анализа ситуации, поиска первопричины.

  Таким образом, преодолев административное противоречие и выйдя на задачу, вы неизбежно столкнетесь с новым, так называемым техническим противоречием.

 

Вывод:

Основные признаки —«несоответствие в производственной ситуации желаемого и действительного. Возникновение противоречий между технической системой и человеком или природой. Обострение старых и появление многих новых технических и социальных задач на уровне надсистемы. Причины — отсутствие новой или исчерпание возможностей старой техни­ческой системы для удовлетворения повышенной или вновь возникшей потреб­ности.

Последствия — повышение вредного влияния на надсистему, природу, че­ловека.

Условия разрешения — анализ ситуации. Локализация нежелательного яв­ления, перевод в подсистему и выявление технического противоречия.

 

 

Техническое противоречие

Техническое противоречие возникает между параметрами системы, ее узлами или группами деталей. Оно диктует: «Если ты улучшишь одно —то непременно ухудшишь другое!» Много колышков с табличкой «финиш» оставили здесь изобретатели

Понять суть технического противоречия вам поможет следующий пример. Допустим, решили увеличить скорость самолета и для этого поставили на него новые мощные двигатели. Страшный рев этих двигателей сотрясает аэродромные плиты, но крылья не могут оторвать от земли значительно потяжелевший самолет Тогда решаете увеличить крылья. Теперь самолет взлетает, но возросшее лобовое сопротивление крыльев съедает всю мощь ва­ших новых моторов. Цель не достигнута — скорость не увели­чилась.

Это получилось потому, что не устранено главное противо­речие: крылья должны быть большими, чтобы обеспечить доста­точную подъемную силу при взлете, когда скорость еще мала, и они же должны быть маленькими, чтобы в скоростном полете, когда подъемная сила резко возрастает, не оказывали большого лобового сопротивления.

До недавнего времени казалось, что это неразрешимое проти­воречие. Конструкторы шли на компромисс. Они выбирали пло­щадь крыльев такой, чтобы она была минимальной, но достаточ­ной для взлета. Но это был обходной путь — из двух зол выбира­лось меньшее. Какое-то время положение было терпимым. Но вот потребовались новые, более высокие скорости. Идти по про­торенному пути не удавалось. Тогда решили увеличить взлетную и посадочную скорость самолетов, доведя ее до нескольких сотен километров в час. Поднимать в воздух такие самолеты и сажать их на аэродромы становилось все труднее и опаснее. Взлет и посадка стали одним из сложных и ответственных элементов полета. Дли­на взлетных дорожек стала измеряться километрами. Аэродром все дальше и дальше уносился за пределы города. Возникла ситуация, когда путь до аэропорта требовал больше времени, чем сам полет. Получился тришкин кафтан — в одном улучшили, в другом недопустимо ухудшили. Противоречие с крыльями тре­бовало своего разрешения. И вот появились самолеты с изменяе­мой геометрией крыла. Теперь при взлете крылья «распушались», увеличивая свою площадь на 50...60%, а с набором высоты и скорости они вновь уменьшались. Это позволило при тех же дви­гателях значительно увеличить крейсерскую скорость.

Рассмотрим более земную ситуацию. Вернемся к задаче о сигнализации оттайки грунта под опорами ЛЭП. Вы помните, нам нужно узнать, под какой именно опорой произошла недопусти­мая аварийная оттайка грунта, чтобы успеть вовремя принять соответствующие меры по его искусственному подмораживанию. Способы подмораживания грунта известны и широко применяют­ся, например его пропитка жидким кислородом или азотом. Учитывая, что опоры ЛЭП часто проходят по труднодоступной гористой или болотистой местности, желательно узнавать о состоя­нии грунта с воздуха, т. е. с самолета или вертолета.

Первая мысль, которая, вероятно, приходит каждому из вас,— поместить в грунте рядом с фундаментом несколько равномерно расположенных по глубине термометров. Снимая с них показа­ния и преобразовывая их в сигнальные огни на мачте, можно было бы судить о состоянии грунта с воздуха. Казалось, это единственно верный способ. Но обычные термометры непригодны: закопанные в грунт, они не дадут информации наверх. Следо­вательно, придется применить электроконтактные термометры или специальные термопары. Но тогда понадобятся индивидуальные источники энергии в виде аккумуляторов, дополнительные прибо­ры для приема и обработки поступивших из грунта сигналов, специальные электропровода и контролирующая аппаратура. Кро­ме того, учитывая морозное вспучивание грунта, надо будет принять меры, чтобы заложенные в нем приборы и провода не были повреждены. Возникает необходимость в специальных за­щитных устройствах и приспособлениях.

Итак, желая улучшить информативность системы, вы столкну­лись с недопустимой сложностью. В самом деле: «Знаю, как делить но от этого еще хуже» Уж лучше, решаете вы, все оставитьпо-старому и вручную, с помощью лома или лопаты, определять состояние грунта возле каждой опоры. Правда это долго, дорого, но зато надежно. Но, рассудив так, мы тем самым признали поражение от выявленного технического противоречия Как быть? Имеющийся в ТРИЗ специальный набор приемов разрешения технических противоречий поможет найти выход из этого положения. Об этих приемах и правилах их использования будет рассказано в специальной главе.

Нужно запомнить главное: техническое противоречие — это конфликт внутри технической системы, между ее узлами. При улуч­шении чего-то одного недопустимо ухудшается другое.

Разберем еще одну реальную производственную ситуацию, на которой проследим развитие технических противоречий.

... В кабинет начальника цеха вошла взволнованная кранов­щица и сказала: «Я отказываюсь работать в вашем цехе. Совер­шенно нечем дышать! Моя кабина находится на самом верху, и туда поднимается весь дым, который идет от закалочных ванн». Начальник цеха, как мог, успокоил женщину, а затем долго сидел в задумчивости, анализируя ситуацию. Это уже не первый случай, когда рабочие цеха жаловались на чрезмерную загазованность воздуха.

Дело в том, что заказ на термозакалку в масле партии круп­ногабаритных деталей поступил неожиданно, и специальный участок для этой операции не был готов. Приходилось выполнять термозакалку прямо в цехе. Мостовой кран брал раскаленную в печи деталь и опускал ее в ванну с маслом. По мере погружения детали соприкасающееся с ней масло вспыхивало, и густой едкий дым заполнял цех. Когда деталь полностью погружалась в масло, горение прекращалось, лишь небольшой дымок испарения подни­мался над его поверхностью.

Способ закалки менять было нельзя — он предписывался тех­нологией, но и делать такую работу в цехе было тоже нельзя. Уже знакомое вам административное противоречие. Имеющаяся вентиляция не справлялась с повышенной загазованностью. Про­бовали увеличить ее мощность, но новые вентиляционные трубы перегораживали весь цех, создавая такой сквозняк, что многие рабочие простужались. Пришлось отказаться от этой затеи Ре­шили установить над ванной крышку, которая захлопывалась бы вслед опускающейся детали. Но, согласно правилам безопасности труда, крановщик должен всегда видеть груз, с которым он ра­ботает, а крышка мешала этому. Поэтому и от этого новшества пришлось отказаться.

Был объявлен заводской конкурс, как уменьшить загазо­ванность цеха. Первое место заняло решение, по которому пред­лагалось резко увеличить скорость опускания раскаленной детали а масло. Срочно было дано задание конструкторам изменить конструкцию привода крана, чтобы опускание детали длилось 2 с вместо 10 с. За два дня кран переделали. Провели испытания. Деталь шлепалась в ванну, поднимая большие волны, которые выплескивались за борта. Пришлось наращивать высоту ванны, но это создало массу неудобств обслуживающему персоналу, который зацеплял и отцеплял погружаемую деталь. Кроме того, выяснилось, что тормозная система крана не выдерживает новых нагрузок, и при очередном опускания детали было пробито днище ванны. Помещение цеха залило маслом. На следующий день ме­ханики поставили более мощные тормоза, которые мгновенно останавливали груз. Появившиеся динамические нагрузки при резком торможении привели к прогибу несущей балки крана. Цех остановился.

Главный инженер созвал экстренное совещание инженерно- технических работников, чтобы найти выход из сложившейся аварийной ситуации. Техническое противоречие все более обостря­лось. Совет решил немедленно усилить балку мостового крана дополнительной фермой жесткости. Сделали и это. Через два дня обнаружилось, что балка крана выдерживает динамические на грузки и не прогибается, зато в опорах рельс, на которых стоял кран, появились трещины... Это уже грозило аварией всего здания цеха. Как быть? Ситуация складывалась безвыходная.

Как видите, неразрешенное техническое противоречие, где бы оно ни было, в любом случае приводит к резкому ухудшению в соседних узлах и, все более удаляясь в надсистему, вызывает там опасные нарушения. Вероятно, вы уже догадались, в чем со­стояла основная ошибка и победителя конкурса, и конструкторов цеха. Все они боролись со следствием, а не с причиной. Техни­ческое противоречие — это сигнал о том, что задача выбрана не­верно и что решается она не в том месте.

Попытаемся вернуться к изначальной исходной ситуации и увидеть ее первопричину. Итак, идет задымление цеха. Пока рас­каленная деталь, опускаясь, не касается масла, горение его не происходит, т. е. задачи еще нет. Когда деталь полностью погру­жена в масло, проблем тоже нет. Неприятности происходят в мо­мент соприкасания детали с поверхностью масла. Вот тут-то и «живет» задача. Теперь определим основные элементы, присут­ствующие в данном месте и в данный момент: это горячая деталь, масло и воздух. Из этих элементов выбираем один, который в наи­большей степени порождает нежелательное явление. Источником задымления служит масло. Но нам ничего нельзя с ним делать, так как оно обеспечивает главный технологический процесс, который изменять нельзя. А что способствует воспламенению масла? Воз­дух, точнее — содержащийся в нем кислород.

На этом пока закончим анализ задачи о закалке детали. По - пытайтесь сами выйти на решение. Мы же вернемся к этой задаче в следующей главе. А сейчас выделим главное: чем дальше от пер­вопричины возникновения нежелательного явления начинают ре­шать задачу, тем все острее и неразрешимее будет техническое противоречие. Конечно, его можно как-то сгладить, усложнив всю систему, но, как правило, оно вскоре заявляет о себе вновь в дру­гом месте. Техническое противоречие — это всего лишь середина на пути к решению задачи.

Вывод:

Основные признаки — ухудшение каких-либо частей системы при улучшении других. Возникновение нескольких новых технических задач на уровне системы.

Причины — исчерпание возможностей технической системы. Неверный выбор места изменения системы. Борьба со следствием, а не с причиной.

Последствия — усложнение системы и надсистемы, резкое повышение мате­риальных и экономических затрат.

Условия разрешения — проведение причинно-следственного анализа, выявле­ние первопричины возникновения нежелательного явления и микрозадачи в под­системе. Определение физического противоречия.

Физическое противоречие

Понять сущность физического противоречия поможет следую­щая задача. При посадке самолета происходит повышенный износ колес шасси. Неподвижные колеса, касаясь набегающих аэродромных плит, не могут мгновенно раскрутиться и проскальзывают по их шершавой поверхности. После посадки на колесах можно заметить лысины, которые сняты будто напильником. Это и есть результат встречи неподвижных колес с аэродромными плитами на большой скорости. Для тяжелых самолетов, особенно при неудач­ной посадке, протектор колес шасси изнашивается особенно быст­ро. Как устранить этот недостаток?

Вы можете сказать: «Ну, что это за задача? Нужно всего - на всего предварительно раскручивать колеса, чтобы их окружная скорость была равна линейной скорости посадки самолета». Вот в этом-то и вся сложность. Скорости посадки самолетов различ­ные и зависят от направления и скорости ветра. Кроме того, пробовали ставить на колеса отдельные электродвигатели, но это недопустимо усложняло шасси: требовалось дополнительное мес­то, куда можно было бы убирать эти электроприводы после взлета. А главное, электропривод значительно утяжелял самолет. Колеса раскручиваются всего несколько секунд перед посадкой, а возить электроприводы приходилось постоянно, расходуя на них дорогое в полете топливо.

Возникло серьезное техническое противоречие — улучшили од- но, и сразу недопустимо ухудшилось другое, причем во многих местах. Вероятно, поэтому на большинстве самолетов отсутствуют приводы раскрутки колес. Противоречие так и остается пока не преодоленным.

Давайте уточним задачу, а для этого выйдем на ее первопричину: найдем тот элемент, который испытывает противоречи­вые требования по физическому состоянию, и определим для него идеал. Если удастся, считайте, что задача близка к решению. Место и момент появления задачи — это поверхность колеса, ко­торая при приземлении касается бетонных плит аэродрома. По­верхность колеса должна быть подвижной, чтобы не происходило проскальзывания, и не должна быть подвижной, чтобы не иметь специальных систем раскрутки.

Идеальное решение — икс-элемент, совершенно не усложняя и не утяжеляя самолет, сам раскручивает до нужной скорости ко­леса самолета, когда они выходят из крыльев.

Что это за икс-элемент? У нас вокруг только струи набегаю­щего воздуха. Попробуем дать им роль этого загадочного икс-эле­мента. Задача уточнилась. Как сделать, чтобы набегающие потоки воздуха сами раскручивали колеса шасси? Из физики известно:

чтобы что-то стало вращаться, нужно приложить пару сил. Но воздух одинаково давит на верхнюю и нижнюю части колеса. Пары не получается. Опять физическое противоречие: воздух дол­жен давить равномерно на колесо, потому что самолет движется весь сразу, и не должен давить равномерно, чтобы появилась пара сил и колесо стало вращаться от их воздействий.

Как разрешить это физическое противоречие? Снова обра­тимся к идеалу: окружающий воздух сам неравномерно давит на части колеса. То есть на одну часть колеса — нижнюю, воздух должен давить, а на другую часть — верхнюю, не должен. Что нужно для этого сделать? Это уже микрозадача, решение которой наверняка доступно многим. Нужно просто перед верхней частью колеса поставить преграду набегающему потоку воздуха в виде кожуха или обтекателя. Воздух, воздействуя на протектор только в нижней части колеса, раскрутит его до скорости, близкой к ско­рости посадки. Проскальзывание колес в момент их касания об аэродромные плиты сведется к минимуму. В глубине технического противоречия всегда лежит физическое. Сформулировав его, мож­но считать, что мы угадали 5 цифр из 6 в нашей лотерее.

Физическое противоречие возникает не между параметрами технической системы, а внутри какого-либо одного элемента или даже в части его.

К одному и тому же элементу предъявляются противополож­ные требования по физическому состоянию. Например, элемент должен быть тяжелым и легким, или горячим и холодным, или магнитным и немагнитным и т. п.

Проследим это на примере, а для этого продолжим разбор уже знакомой задачи о контроле за оттайкой грунта под опорами

ЛЭП. В оперативной зоне, т. е. на глубине, где оттаивание грун­та приводит к аварийной ситуации, элементов какой-либо техни­ческой системы нет. Поэтому требования идеальности предъявляем к имеющимся элементам природной системы, т. е. к грунту.

Идеальный конечный результат будет выглядеть следующим образом: грунт, совершенно не усложняя систему, сам выдает на поверхность сигнал о недопустимой величине своей оттайки. Как видите, задача стала звучать несколько фантастично, но посмот­рим, что мешает тому, чтобы это действительно стало так.

Частица грунта, находящаяся на определенной глубине, не в состоянии сама подняться на поверхность и своим видом пока­зать наблюдателю, что она оттаяла и нужно принимать меры.

Вот оно — физическое противоречие! Грунт должен быть твер­дым, неподвижным, чтобы держать нагрузку, и он же должен быть жидким и подвижным, чтобы вынести информацию наверх.

Пусть вас не смущает такой поворот событий — мы добрались до главной болевой точки. Образно говоря, мы уже достали кащее- ву иглу и держим в руках. Остается немногое — переломить ее. В этом помогут общие принципы разрешения физических проти­воречий (см. приложение 1).

Более подробно вы с ними познакомитесь позже, а сейчас пока воспользуемся одним из них, который рекомендует исполь­зовать явления, сопутствующие фазовому переходу вещества из одного состояния в другое.

Вы знаете четыре состояния вещества — твердое, жидкое, газообразное и плазменное. В каком состоянии у нас грунт? Почти все виды грунтов включают в себя воду, поэтому при минусовых температурах он образует прочный монолит, который легко выдерживает нагрузку опоры. При плюсовых температурах содержащийся в грунте лед превращается в воду, которая под массой твердых и тяжелых частей грунта вытесняется наверх.

Вот и разрешилось физическое противоречие! Грунт стал твердым и жидким, подвижным и неподвижным.

Подвижная часть грунта — вода и будет служить нам инфор­мирующим органом, который, как диктует ИКР, «сам выдает на поверхность сигнал о недопустимой величине оттайки». Но как от­личить воду, поступившую из нижних слоев грунта, от воды, уже находящейся на поверхности? Это уже новая подзадача. Состав­ляем идеал: «Поступившая на поверхность вода сама резко отли­чается по цвету или иным признакам от воды, которая уже име­ется на поверхности». Как это сделать?

Вероятно, ответ у вас уже готов. На критической глубине оттаивания грунта нужно заранее расположить кусочки какого-ли­бо красящего вещества, например марганцовки. Как только грунт оттает и содержащаяся в нем вода перейдет в жидкое состояние, она тут же растворит кристаллы красителя и приобретет яркий цвет. Под действием давления, развиваемого фундаментом опоры, а также в силу капиллярного эффекта подкрашенная вода вы­ступит на поверхность и окрасит всю окружающую местность.

Совершая очередной облет ЛЭП, пилот замечает по окраске местности неблагополучную опору и сообщает о ней специальной аварийной команде, которая, выезжая на место, производит искус­ственное подмораживание грунта. В краситель, который распола­гается в грунте, можно добавить и люминофоры, тогда сигнал об аварийном оттаивании грунта будет виден даже ночью.

Конечно, полученное решение не является единственно воз­можным. Могут быть применены и другие явления, сопровождаю­щие фазовый переход вещества из одного состояния в другое. Например, лед, превратившись в воду, в силу закона Архимеда, будет выталкивать наверх любое погруженное в него тело. Исполь­зуем это явление. Рядом с фундаментом в мерзлом грунте про­буривают шпур нужной глубины, заполняют снегом, в который закладывают равномерно по высоте какие-либо плавучие элемен­ты, например деревянные шары. По мере оттаивания грунта снег в шпуре превращается в воду и шары всплывают на ее поверх­ность. По количеству плавающих шаров можно судить о величине оттаивания грунта. Рассмотренный способ защищен авторским свидетельством.

Повторяем, все возможные решения касались сохранения уже существующих опор ЛЭП, а не создания новых.

А теперь вернемся к задаче о закалке металлической детали в масле. Вы уже проанализировали техническое противоречие и вышли в оперативную зону, т. е. в зону возникновения перво­причины. Выяснили, что основным виновником возгорания масла является воздух, точнее кислород, который содержится в нем. Теперь составим идеал к воздуху: «Воздух не поддерживает го­рение и сам гасит пламя». Это возможно в том случае, если в воз­духе не будет кислорода, но, с другой стороны, он должен быть, иначе мы с вами задохнемся. Итак, появилось физическое проти­воречие — кислород должен быть и не должен быть.

Один из принципов разрешения физических противоречий ре­комендует разнести противоречивые требования в пространстве (см. приложение 1). Это значит, что там, где находимся мы, в воздухе есть кислород, а там, где раскаленная деталь соприка­сается с маслом, кислорода нет. Как это выполнить?

Задача предельно упростилась, и для многих она уже не пред­ставляет трудности.

Действительно, над поверхностью масла следует образовать какую-то газовую среду, в которой отсутствует кислород. Это может быть углекислый газ, который по удельному весу тяжелее воздуха и всегда будет находиться в ванне над поверхностью масла. Теперь масло хотя и будет нагреваться, соприкасаясь с горячей деталью, но гореть не будет, так как в этой зоне нет кислорода. Как это выполнить? Берем углекислотный огнетуши­тель и обрабатываем им масло. Проблема решена! Можно еще более упростить решение — добавить в масло вещество, которое при высокой температуре, разлагаясь, выделяет инертный газ.

Обобщим изложенное. Выходя в оперативную зону задачи (а она всегда лежит в месте возникновения первопричины), на­ходят элемент, не выполняющий нужную функцию или порождаю­щий нежелательное явление, и предъявляют к нему требования с позиции идеала. Если в оперативной зоне такого элемента техни­ческой системы нет, то предъявляют требования идеальности к ближайшему элементу окружающей среды. И вот здесь, как пра­вило, возникает внешне непреодолимое физическое противоречие. На этом этапе окончательно формулируется собственно задача, которую нужно решать, применяя свои знания по физике, химии и другим наукам.

А теперь подведем итоги рассмотрения противоречий и попро­буем сформулировать их основные признаки, причины возникно­вения и возможные последствия и условия разрешения.

Вывод:

Основные признаки — возникновение противоречивых требований к физи­ческому состоянию одного элемента подсистемы.. Выявление одной новой физи­ческой задачи на уровне подсистемы.

Необходимость внесения изменений в один элемент или в часть его.

Причины — несоответствие состояния вещества элемента или вида энергии требуемому.

Последствия — усложнение системы, введение новых элементов и новых ви­дов энергий.

Условия разрешения — уточнение физических требований по времени и пространству. Задействование ранее неиспользуемых веществ и энергий, имею­щихся в системе, подсистеме и надсистеме. Использование знаний законов при­роды.