Zákony vývoja technických systémov

Prechod zo sféry možného do sféry skutočného.

Postup Formovania Zákonov Vývoja Technických Systémov
Zvládnutie TRIZ umožňuje nielen formuláciu a riešenie úloh, ale aj prognózovanie vývoja technických systémov.
Postup:

1. Vymedzenie ideálych zákonitostí vývoja konkrétnych technických systémov. Zdroj - patentová literatúra.
   
2. Stanovenie reálnych zákonov vývoja konkrétneho druhu technických systémov. Zdroj - predchádzajúce, súčasné, alebo predpokladané technické systémy.
   
3. Vymedzenie hraníc možného vývoja konkrétného druhu technických systémov. Zdroj - predchádzajúce dve pravidlá.
   
4. Pomocou TRIZ/ARIZ sú porovnané a formulované ideálne zákonitosti a riešene fyzikálne a technické rozpory. Zdroj - TRIZ/ARIZ
   
5. Definovanie možných funkcií technického systému. Zdroj - rôzne oblasti poznania.
   
6. Analogicky ako pre štruktúru, tak aj pre funkciu systému sú stanovené ideálne a reálne funkčne zákonitosti konkretného druhu technických systémov.
   
7. Porovnanie zákonov vývoja konkrétnych technických systémov s všeobecnými funkčnými zákonitosťami ARIZ/TRIZ.
   
8. Prognózovanie vývoja konkrétnych technických systémov na základe skúseností získaných z postupov 1. až 7.
   

Ľubovoľný technický systém vzniká syntézou jednotlivých častí v jediný celok.
Avšak nie každý súbor častí vytvára životaschopný systém.
Existujú najmenej tri zákona, ktorých splnenie je potrebné k životaschopnosti systému ako celku.

1. Zákon nutnosti existencie všetkých základných častí technckého systému
a ich aspoň minimálnej pracovnej schopnosti.

Základne časti systému sú zdroje energie, prevody, pracovné orgány a riadicí orgán.
Ak čo i len jediná z uvedených častí je nevyhovujúca (napríklad: spalovací motor v ponorke) potom systém
ako celok nieje schopný činnosti. Aby technický systém mohol byť riadený je nutné, aby aspoň jedna jeho časť
mohla byť riadená.

2. Zákon nutnosti priebežného prenosu energie všetkými časťami technického systému.
Znamená to napríklad, že výkon motoru musí byť prenesený všetkými jeho časťami a nemá zmysel zvyšovať výkon motoru, keď
ostatné časti túto energiu niesu schopné preniesť.
V úlohach riešiacich meranie musí byť zaistené, že energetický tok musí prenášať informáciu.
Často je potrebné zistiť:

1. Aký druh energie je možné najjednoduchšie priviesť?
   
2. Aký druh energie je možné nejjednoduchšie zo systému odvádzať?
   

3. Zákon súhlasnosti rytmu činnosti všetkých častí technického systému.
Zosynchronizovaním a zfázovaním funkcií všetkých častí technického systému sa znižuje ich energetická(časová) spotreba.

Tieto prvé tri zákony definujú podmienky kladené na jednotlivé časti systému, ktorých vlastnosti sú kvalitativne rozdielné
vďaka čomu, môžu vznikať technické systémy predstavujúce celok s novou kvalitou.

4. Zákon nerovnomernosti rozvoja jednotlivých častí technického systému.
Čím zložitejší systém, tým nerovnomernejší a rozpornejší je vývoj jeho jednotlivých častí.

Využívanie predchádzajúcich štyroch zákonov umožňuje odhaliť analógie s už vopred riešenými úlohami, na prvý pohľad úplne odlišnými
a priamo prejsť k riešeniu analyzovanej úlohy. To umožňuje usmernenie vývoja do perspektívnych a objektívne progresívnych smerov.

5. Zákon zvyšovania stupňa ideálnosti riešenia technických systémov
Ideálna varianta riešenia je taká, že funkcia je zaistená a pri tom žiadný systém není potrebný.
Riešenie sa dá teda vysloviť ako:
"Je potrebné zaistiť konkrétnu funkciu, ale je to potrebné vykonať bez zavedenia nových mechanizmov, alebo zariadení."
Vďaka formulovaniu ideálnej varianty riešenia (pokrievka zo ztuhnutej struskovej peny) pomocou presných pravidiel a následne stanovenie myšlienkovej operácie
podľa zákonu umožňuje do značnej miery eliminovať metódy pokus-omyl, šťastnú náhodu, intuíciu, odhad a osvietenie.

Základne spôsoby zvyšovania stupňa ideálnosti riešenia:

1. Prehlbovanie specializácie technických systémov, ktorá vedie k zvyšovaniu merných parametrov:
   
   1. pomeru hodnoty užitkového parametru (výkon, produktivita, presnosť,...)
      
   2. k hodnote škodlivého pôsobenia (straty, poruchy,...)
      
   3. alebo konštrukčného parametru (hmotnosti, rozmeru,...)
      
   4. alebo ekonomického ukazateľa (náklady, cena...).
      
   5. zvýšením jednotkových výkonov (energetických, dopravných, ťažobných, alebo obrábacích strojov)
      
   6. alebo zvýšením ich rýchlosti (rychlosti realizácie pohybu)
      
2. Zvýšenie univerzálnosti - "Multifunction is better then single function."
   
3. Využitie doposiaľ nevyužívaných vlastností, parametrov, alebo častí príslušného technického systému.
   
4. Prechod k dynamickým, pregulovateľným, alebo autoregulovateľným systémom. Platí hlavne pre systémy na vysokom stupni rozvoja.
   
5. Zvýšenie stupňa zladenosti jednotlivých častí systému medzi sebou a okolím.
   
6. Prechod do nadsystému. (napríklad: modem)
   
7. Prechod z makroúrovne na mikroúroveň (ak ďalšie zvyšovanie stupňa ideálnosti v konkrétnych podmienkach už nieje možné).
   
8. Zvýšenie automatizácie a postupné vylúčenie človeka zo systému.
   

6. Zákon zvyšovania dynamičnosti a regulovateľnosti technických systémov

1. Prechod od systémov s konštantnými parametrami k systémom s premenlivými parametrami (lietadlo s promenlivou geometriou krídel).
   
2. Prechod od systémov s úzko vymedzenými funkciami k multifunkčným systémom.
   
3. Prechodom k systému s diferencovanymi vnútornými podmienkami.
   
4. Prechodom k systémom s väčším počtom voľností.
   
5. Prechodom k systémom s premenlivými väzbami medzi prvkami. (látkové väzby meniace sa pôsobením poľa, teploty...)
   
6. Prechodom k regulovateľným systémom a zvyšovaním stupňa regulovateľnosti. (napríklad: využitím fázových prechodov, ionizácie a rekombinácie, disociácie a syntézy riadené el.-mg. poľom,
   prechodom pomocou zavedenia dobre riaditeľného opačného procesu, prechodom k zpätnoväzbovému riadeniu)
   
7. Prechodem od systému so statickou stabilitou k systémom s dynamickou stabilitou dosahovanou vhodnou reguláciou systému.
   
8. Využívanie samoprogramujúcich, samoučiacich a automaticky sa prestavujúcich systémov.
   

7. Zákon zlaďovania v technických systémoch
Zladovaním jednotlivých podsystémov medzi sebou a s vnejším prostredím (okolím) systémov, keď sa zlaďujú:

1. materiály (predpätý betón),
   
2. tvary a rozmery (buľba na nose predku lode),
   
3. rytmus činnosti (samonastaviteľné systémy, samosynchronizácia kmitajúcich sústav - rádio prímač, nástenné hodiny na rovnakej stene)
   
4. zlaďovanie podsystemov zložitých systémov (vylúčenie vložených podsystémov, zobecnenie jednotlivých uzlov podsystému, tendencie k nárastu zložitosti elementárnych častí podsystému,
   standardizácie elementárnych častí systému)
   
5. iné parametry (pevnosť, spoľahlivosť, životnosť, teplota (bimetalický pásik), vstupné a výstupné elektrické odpory, magnetické a optické vlastnosti...), je možné docieliť optimalizáciu funkčnosti danného systému.
   

1. Zlaďovanie parametrov podsystému (pre zvyšovanie užitočného efektu, alebo vylúčení škodlivého efektu - oddeliť plevel od zrna)
   
2. Riadené rozlaďovanie parametrov podsystému (následne získanie nového užitočného efektu)
   
3. Prechod k dynamickému zlaďovaniu a rozlaďovaniu pri príprave k činnosti, alebo počas (v priebehu) pracovnej činosti podsystému.
   

8. Zákon prechodu na úroveň nadsystému

1. etapa: Kvalitatívne vymedzenie prvkov systému: Čo to je? Z čoho sa tento nový systém musí skládať?
   
2. etapa: Najdenie optimálneho konštrukčneho riešenia: Ako je to usporadané?
   
3. etepa: Skúmanie systému vo vlastnej dynamike: Ako sa technický systém mení v interakcií s okolím (vnejším prostredím)?
   
4. etapa: Prognóza rozvoja: Ako sa tento technický systém bude ďalej rozvíjať?
   

1. cesta: Vytvoriť nadsystém z rovnorodých (alebo rovnakých) systémov.
   
2. cesta: Vytvorenie nadsystému z konkurujúcich si (alternatívnych) systémov. (keď jeden systém dosiahol vrchol svojho rozvoja)
   
3. cesta: Vytvorenie nadsystému z antagonistických systémov (zo systému s opačnými funkciami) pre zvyšenie stupňa riaditeľnosti.
   

1. Nadsystém z prakticky samostatných systémov, ktoré sa pri spojení nemenia.
   
2. Nadsystém z čiastočne pozmenených systémov, vzájomne zladených
   
3. Nadsystém z úplne zmenených, vzájomne plne zladených systémov, ktoré môžu fungovať iba v rámci daného nadsystému
   (špirálový prechod: monosystém-bisystém-polysystém-monosystém)
   

1. etapa: Skupina prvkov (systém s nulovou väzbou medzi prvkami)
   
2. etapa: Čiastočne zjednodušené systémy
   
   1. efektívnosť vytvoreného nadsystému môže byť zvýšena predovšetkým rozvojom väzieb (posilňovanie väzieb, zvýšenie dynamičnosti týchto väzieb) prvkov v tomto nadsystéme
      
   2. Efektívnosť novo vytvorených bisystémov a polysystémov môže byť zvýšená špecializáciou prvkov
      (zvyšovaním rozdielnosti medzi pôvodne podobnými prvkami nového nadsystému)
      
      1. od rovnorodých prvkov k prvkom s rozlíšenými charakteristikami (viac-náplňové pero)
         
      2. od prvkov s rozlíšenými charakteristikami k rôznorodým prvkom (pero s ramienkom kružidla)
         
      3. od rôznorodých prvkov k integrovaným prvkom - "prvok + antiprvok" (ceruzka s gumou)
         
   3. etapa: Plne zjednodušený systém (multifunkčný dom)
      
   4. etapa: Integrovaný systém - nový monosystém (kvalitatívne nové vnútrne prostredie v nadsystéme)
      

9. Zákon prechodu na mikroúroveň
Prechod na mikroúroveň sa uskutočňuje v niekoľkých etapách:

1. etapa: Vzájomne pôsobenie (interakcia) zložitých podsystémov, alebo súčastí zložitých tvarov (na makro úrovni častí systému).
   
2. etapa: Vzájomne pôsobenie súčastí jednoduchých tvarov (plochých, valcovitých, guľatých,...).
   
3. etapa: Vzájomne pôsobenie drobných častí (práškov, pórov v kapilarne-pórovitých materiáloch).
   
4. etapa: Zmena kryštalickej mriežky látok (fázové prechody látky, zmena molekulárnej štruktúry látky).
   
5. etapa: Chemická reakcia (rozklad a syntéza, katalitická reakcia, polymerizácia,...)
   
6. etapa: Procesy prebiehajúce medzi atómami a vo vnútri atómov (radiácie, prúdy elementárnych častíc,...)
   
7. etapa: Vzájomné pôsobenie látok a polí (magnetické a elektrické vlastnosti látok, ionizácia,...)
   

10. Zákon postupného vylučovania účasti človeka zvyšovaním úplnosti častí technických systémov
Technický systém je považovaný za úplný, ak je zložený zo všetkých častí potrebných k zaisteniu funkcií tohoto systému bez spoluúčasti človeka.
V úplnom technickom systéme musia byť zaistené tieto tri funkčné útovne:

1. úroveň: Zaisťovanie primárnych funkcií technického systému
   
2. úroveň: Riadenie procesov zaisťujúcich primárne funkcie
   
3. úroveň: Zpracovavanie informácie a prevedenia regulačných a riadiacích rozhodnutí a príkazov v procese zaisťovania primárnych funkcií.
   

1. Funkčná úroveň: Zaisťovanie funkcií
   
   1. používanie pracovných nástrojov (kyj, kamenný nôž, sekera,...)
      
   2. využívanie mechanizmov k premene energie (páka, klín, kľuka, kladka,...)
      
   3. využívanie rôznych zdrojov energie (prírodná energia - vietor, voda, slnko, zvieratá,...
      tepelná energia - parné stroje, parné turbíny, spaľovacie motory,...)
      
2. Funkčná úroveň: Riadenie procesov
   
   1. zariedenie pre nastavovanie a ovládanie mechanizmov (kormidelné koleso na lodi,...)
      
   2. mechanizmy, prevodníky a meniče v systémovom riadení strojov (kormidelné stroje v námornictve,...)
      
   3. zariadenie vydávajúce impulzy a povely pre riadenie procesov, pracujúce bez zpätnej väzby (rôzne kopírovacie zariadenia,...)
      
3. Funkčná úroveň: Informačne-rozhodovacia
   
   1. používanie čidiel, doplňujúcich zmysly človeka
      
   2. strojové vyhodnocovanie údajov, agregovanie a pretváranie informacií do formy vhodnej pre vnímanie
      
   3. automatizované systémy riadenia
      

11. Zákon zvyšovania stupňa VEPOLnosti
Metodika TRIZ/ARIZ využíva pre modelovanie špecifický jazyk, ktorým je VEPOLová analýza. VEPOLové modely - minimálne modely technických systémov -
vyjadrujú vzájomné pôsobenie dvoch hmotných prvkov (nástroja a výrobku) z určitých látok (VEščestva) v nejakom POLi, charakterizujúcim energiu tohoto
vzájomného pôsobenia. Ako nástroj môžu pôsobiť aj látky tvoriace okolie (vnejšie prostredie) systému.

Rozvoj súčasných technických systémov prebieha v smere zvyšovania stupňa VEPOLnosti, čo znamená:

1. NEVEPOLové (daný je iba jeden prvok) a neúplne VEPOLové (dané sú iba 2 prvky) systémy prechadzajú do úplných VEPOLov (dané sú 2 hmotné prvky a pole).
   
2. Zvyšuje sa stupeň dispersnosti častíc látky B2 (nástroja)
   
3. VEPOLy majú tendenciu meniť sa na FEPOLy (VEPOLy, v ktorých je jeden látkový prvok ferromagnetický, najčastejšie z drobných častíc a pole je magnetické, alebo elektromagnetické).
   
4. VEPOLy a FEPOLy prechádzajú na dvojité, alebo reťazové VEPOLové, alebo FEPOLové systémy, na biVEPOLy, alebo biFEPOLy, prípadne na polyVEPOLy a polyFEPOLy.
   
5. Zvyšuje sa počet takých väzieb v systémoch, ktoré je možné riadiť.
   
6. Vo VEPOLoch a v FEPOLoch sú používané také látky a polia, ktoré umozňujú, bez zvyšovania zložitosti systému zavádzaním ďalších látok, realizovať
   potrebné fyzikálne javy a efekty, rozširovať funkčné možnosti systému, zvyšovať stupeť ideálnosti systému...