Синтез свойства вещественно-полевого ресурса

В задаче о запайке ампул был найден только пространственный образ Х-элемента, т.е. по сути, только одна координата - по оси L, равная L ³. И был он найден путем продвижения по клеткам LT-таблицы (рис. 3.9) в направлении голубой стрелки от исходной клетки L ¹ T ⁰, задающей свойство изделия. Значит, мы находимся в клетке L ³ T ⁰ и ни вправо, и ни влево уходить с нее не можем. Иначе получим L в другой степени. Поэтому для поиска временнóго свойства Х-элемента необходимо либо передвигаться по временному тренду L ³ T ^m вверх или вниз до нужной клетки (по вертикальной штриховой стрелке), либо остаться в исходной клетке L ³ T ⁰, считая, что объем есть не только свойство пространственного ресурса, но и свойство вещественно-полевого ресурса.

Рис.3.9. Нахождение пространственного образа Х-элемента

Попутно также заметим, что положительный эффект или решение задачи в пространственном смысле дает следующая клетка тренда L ⁴ T ⁰, которая напоминает, что геометрическим решением является не просто объем, а его какое-то возможное распределение по длине (высоте) ампулы.

Неизвестно, на сколько клеток надо передвигаться по временному тренду. Вторая координата, по оси времени, свойства Х-элемента не определена. Очевидно, что такая ситуация сложилась из-за того, что мы учли только один фактор, одно свойство, определяющее хорошую запайку, а именно, длину оплавленного капилляра. Поэтому и получили только одну координату свойства Х-элемента. Второй фактор – температуру нагрева, от которой может испортиться лекарство, пока не учли. Сделаем это следующим образом.

В разделе 2.2. получено дифференциальное уравнение (2.5), описывающее эволюцию свойства Х-элемента после момента "озарения" или захвата Х-элемента системой мысленного поиска и слежения в сознании изобретателя

Kdz/dt = 3 xy - az,

где x и y - координаты, описывающие эволюцию конкурирующих свойств технического противоречия, z - координата, определяющая эволюцию Х-элемента в режиме слежения, K - некоторый коэффициент, зависящий от психологической инерции, а - коэффициент, зависящий от остроты мышления.

Когда инерция преодолена, свойство z Х-элемента четко фиксируется сознанием, т.е. z уже не изменяется. Наступает установившийся режим, когда скорость изменения координаты равна нулю dz/dt =0. Тогда для установившегося режима получаем алгебраическое уравнение

z=3xy/a=Cxy, (3.3)

в котором, как уже указывалось неоднократно, произведение xy передает наследственную информацию о свойствах x и y "родителей", свойству z их "ребенка", т.е. Х-элементу.

Переходим в физический базис описания свойств Х-элемента, заменяя координаты x,y, z на их размерности в LT-базисе

L ^m3 T ⁿ³= C · L ^m1 T ⁿ¹ · L ^m2 T ⁿ³. (3.4)

Постоянная C является размерной константой, т.е. C= L ^m4 T ⁿ⁴, и где все mi и nj - целые числа, положительные и отрицательные.

В уравнении (3.4) произведение L ^m1 T ⁿ¹ · L ^m2 T ⁿ³ определяет тот элемент тренда СВПР, в котором заложены свойства того и другого "родителей" (при размерности коэффициента C= L ⁰ T ⁰). Сам же тренд СВПР, проходящий через этот элемент с размерностью L ^m1 T ⁿ¹ · L ^m2 T ⁿ³, назовем родительским.

Определим родительский тренд СВПР для задачи о запайке ампул. Для этого найдем факторы, разнородно влияющие на важную потребительскую характеристику нашей запайки. Ясно, что этой характеристикой является качество запайки. Будем считать, что на качество запайки влияют всего два разнородных фактора: длина оплавленного капилляра и температура лекарства.

Теперь эти два фактора мы должны сложить, соединить, и передать нашему Х-элементу. Решение должно иметь И "хорошую" длину оплавленного капилляра, И "хорошую" температуру лекарства. Для этого используем логическое умножение "И-И": размерность длины умножаем на размерность температуры в соответствии с (3.4) и получаем размерность элемента на родительском тренде

L ⁶ T ^-4=· L ⁺¹ T ⁰ · L ⁵ T ^-4

Обратим внимание, что свойства длины и температуры численно заложены в показателях степени при L и T, и при умножении размерностей эти показатели складываются. Таково второе проявление метода "И-И" Бартини.

Находим сумму S _n+m =6-4=2. По величине S _n+m находим, что это нижний голубой тренд на рис. 3.7.

Каковы могут быть дальнейшие движения в поиске ответа? Имеются только две альтернативы: либо остаться в этой точке L ⁶ T ^-4 и считать это свойство искомым ресурсом Х-элемента, либо продвигаться по родительскому тренду (по диагонали) в поисках нового решения.

Почему именно по диагонали? Потому что мы ищем свойство вещественно-полевого ресурса, а не пространственное и не временное свойство. Для нашей же задачи о запайке мы непременно должны продвигаться по диагонали родительского тренда, так как нам необходимо пересечение с временным трендом L ³ T ^m. По голубому тренду идем вниз налево и, наконец, находим ячейку " Объемный расход" с размерностью

L ³ T ^-1 (рис. 3.10).

Рис.3.10. Поиск свойства на родительском тренде

Попробуем эту задачу решить через физическое противоречие (ФП), формулируемое в АРИЗ, когда задаются два строго противоположных физических свойства. ФП можно записать так: Х-элемент должен быть горячим, чтобы не мешать сильному пламени оплавлять капилляр, и должен быть холодным, чтобы не перегревалось лекарство.

Свойство "горячий" и свойство "холодный" должны передаться Х-элементу, а измеряются они оба в градусах температуры. Поэтому размерность температуры возводим в квадрат и находим элемент родительского тренда

(L ⁵ T ^-4) ²= L ¹⁰ T ^-8.

Определяем сумму показателей S _n+m =10-8=2. Мы попали на тот же самый нижний голубой тренд, а, следовательно, получим то же самое решение.

Сформулируем другое ФП: длина пламени должна быть большой, чтобы хорошо запаять, и должна быть маленькой, чтобы не перегреть. По образцу и подобию предыдущего варианта возводим длину в квадрат

(L ¹ T ⁰) ²= L ² T ⁰.

Определяем сумму показателей S _n+m =2+0=2. Мы снова на том же тренде ВПР.

Разбирая задачу о запайке ампулы, Г.С. Альтшуллер и А.Б.Селюцкий указывали вариант, при котором качество запайки определялось временем нагрева ампулы: большое время - хорошая запайка, но порча лекарства, малое время - плохая запайка, но не портится лекарство. Отсюда ФП - "И" большое, "И" малое время нагрева (т.е. "хорошее" время - которое и надо!).

Возводим в квадрат

(L ⁰ T ¹) ²= L ⁰ T ².

Определяем сумму показателей

S _n+m =0+2=2.

Вариант без подробностей и без ФП, учет только главных факторов: "И" время пайки, "И" длина капилляра:

L ⁰ T ¹ · L ¹ T ⁰= L ¹ T ¹.

S _n+m =1+1=2.

"И" время, "И" температура:

L ⁰ T ¹ · L ⁵ T ^-4= L ⁵ T ^-3.

S _n+m =5-3=2.

Как видно, результаты полностью совпадают. Во всех случаях мы попадаем на родительский тренд.

Следовательно, Х-элемент как ВПР должен обладать физическим свойством " Объемный расход", измеряемым в [м³/с]. Обычно в таких единицах измеряется расход тепло- или хладоносителя. Из решения задачи по АРИЗ, мы знаем, что Х-элементом является вода. Здесь такого ответа нет. Однако можно сказать, что ответ получается более геометричный и физический. В задаче о запайке ампул пока еще не найденная вода, а всего лишь тепло/хладоноситель, уже получается расходуемой и распределенной по высоте, что соответствует физике и геометрии процесса.

Г.С. Альтшуллер и А.Б. Селюцкий, решая задачу по АРИЗ на противопоставлении огню при тушении пожаров, сначала находят, что Х-элемент - это вода, А потом говорят, что воду можно сделать проточной. В LT-базисе Х-элемент сразу получается проточным, проходящим, поскольку в размерность его входят секунды.

Хорошее определение геометрических, временных и физических свойств Х-элемента является компенсацией за то, что не называется сам Х-элемент. Мы должны опознать его по найденным свойствам.

Составим матрицу баланса ресурсов по формуле (3.3):

z = C· x·y

Таблица 5. Матрица баланса ресурсов для задачи о запайке ампул

Входной фактор, х	Входной фактор, y	C = Vk =(L 1 T -1) k	Выход – объемный расход, z
Длина, L 1 T 0	Длина, L 1 T 0	V 1	L 3 T -1
Длина, L 1 T 0	Время, L 0 T 1	V 2	L 3 T -1
Время, L 0 T 1	Время, L 0 T 1	V 3	L 3 T -1
Время, L 0 T 1	Температура, L 5 T -4	V -2	L 3 T -1
Длина, L 1 T 0	Температура, L 5 T -4	V -3	L 3 T -1
Температура, L 5 T -4	Температура, L 5 T -4	V -7	L 3 T -1

В этой матрице правый столбец определяет выход модели задачи, т.е. свойство Х-элемента, которое получается перемножением свойств входных факторов x и y и коэффициента С. На родительском тренде коэффициент С равен гену скорости в некоторой степени k, где k - целое число, как положительное, так и отрицательное.

Как видно, в результате анализа ресурсов получилось 6 разных значений коэффициента k, т.е. 1,2,3,-2,-3,-7. Возникает вопрос, а не могут ли быть другие значения k, например, 0, и что же заключается в величине k?

Рассмотрим подробнее первую строку матрицы баланса ресурсов. В случае использования булевой алгебры можно записать:

большая длина пламени AND малая длина пламени AND линейная скорость =объемный расход,

где AND - операция логического "И" (конъюнкция). Операнды конъюнкции образуют те внешние факторы, которые влияют на конечный результат, потребительскую функцию (качество запайки). Естественно, длина пламени может быть заменена эквивалентной длиной оплавляемого капилляра.

Первые два операнда образуют физическое противоречие, а третий операнд - линейную скорость - мы отбрасываем, решая задачу по АРИЗ. Ясно, что это приводит к трудностям поиска решения.

Но что это за линейная скорость? Вспомним задачу о запайке ампул. 25 ампул в клетках деревянной кассеты едут по конвейеру к месту запайки. В месте запайки конвейер останавливается, и 25 горящих газовых горелок смещаются вниз к капиллярам ампул. Теперь ясно, что линейная скорость - это вертикальная скорость подачи горелок, или скорость надвижения пламени на ампулу. Очевидно, этот фактор должен быть учтен наравне с физическим противоречием. Собственно, поиск этого третьего фактора в некотором смысле аналогичен поиску фактора разрешения ФП в АРИЗ. Отличие только в том, что здесь известна физическая размерность этого фактора, это размерность скорости в целой степени, и для данного ФП эта степень равна единице.

Для второй строки матрицы баланса ВПР строгого ФП не получается, и формально об этом свидетельствует четная степень гена скорости, т.е. k =2. Действительно, для второй строки имеем следующее логическое уравнение:

большая длина пламени AND малое время запайки AND линейная скорость AND линейная скорость = объемный расход.

Чисто формально этот случай сводится к предыдущему, если один операнд скорости мы логически умножим на время, тогда получим длину и строгое физическое противоречие.

Если этого не делать, то можно предположить, что вторая линейная скорость относится к скорости подачи газа в горелку или его истечения из нее (имеется в виду вертикальная составляющая скорости). Получается, что конечный результат зависит от четырех входных факторов: длины пламени, времени запайки, скорости подачи горелки и скорости протекания газа в трубе.

Баланс по третьей строке матрицы также может быть сведен к первым двум случаям, либо третья скорость будет учитывать какую-то более "тонкую" структуру, например, скорость движения на молекулярном уровне в реакции горения.

Для отрицательных значений k, которые связаны с появлением температуры среди операндов логической формулы баланса СВПР, можно предполагать, что гены скорости определяют процессы оплавления стекла, движения молекул жидкого лекарства, химические реакции порчи лекарства и т.п.

В принципе, от отрицательных значений k можно уйти, поскольку при k <0 выходим на понятия длительности расстояния, поверхности времени и т.п. Чтобы эту ситуацию исключить, можно логическую формулу баланса СВПР помножить на ген скорости в какой-то положительной степени.

Например, возьмем четвертую строку матрицы баланса и помножим в ее логической формуле левую правую части на V ^-3. Тогда получим

время AND температура AND линейная скорость =
= распределение температуры по длине,

т.е. результат (выход) будет оцениваться не по объемному расходу L ³ T ^-1, а по другому фактору родительского тренда - L ⁶ T ^-4.

Осталось только показать, как получается k =0. Это следует из формулы

расход нагретого газа AND V ⁰ = расход холодной воды.

Баланс свойств ресурсов показывает, что в LT-базисе можно работать с несколькими входными факторами, а не с двумя, как АРИЗ. Именно в этом заключается важное отличие LT-метода от АРИЗ.