5 марта 2017 г.

Глава 11. Вепольный анализ

Записывая условия задачи в вепольной форме, мы отбрасываем все несущественное, выделяя причины возникновения задачи, то есть «болезни» технической системы, например, недостроенность веполя.
Г.С. Альтшуллер
Автор ТРИЗ Г.С. Альтшуллер ввел в [6] интересное новшество - он предложил вепольный анализ (ВА). Суть его подхода состоит в том, что он любые вещественные объекты - от ядра атома до галактик, станок, машину, инструмент, изделие - предложил обозначать одной буквой В (Вещество). Однако один объект (В1) всегда взаимодействует с другим объектом (В2). Взаимные воздействия можно изобразить противоположно направленными стрелками:
В1        В2
Направление стрелки указывает направление воздействия. Одностороннее воздействие В1 на В2 обозначается так:
В1       В2
Сужающейся стрелкой мы будем обозначать слабое воздействие В1 на В2:
В1 ä В2
Если объекты не взаимодействуют, то стрелки совсем не указываются:
В1    В2
При взаимодействии двух объектов между ними может возникнуть некоторое поле (обозначим его П) или несколько полей различной природы (П1, П2 и т.д.). Веполем будем называть схему взаимодействия различных объектов (веществ) и полей, например:
Здесь объект В1 воздействует на В2 и в результате возникает поле П. Этот веполь моделирует, например, задачу взаимодействия обрабатывающего инструмента (В1) с заготовкой (В2), в результате которого возникает некоторое поле (П).
Веполь, в котором обозначены взаимные воздействия и возникает два различных поля (П1 и П2), можно изобразить так:
Если объект вепольного анализа содержит несколько вещественных и полевых компонент (например, пластина кремния покрытая окислом и напылённым алюминием при определённой температуре), то его в схеме ВА можно изобразить последовательностью символов:
В1В2В3ПТ,
где: В1 - кремний, В2 - окисел кремния, В3 - слой напылённого алюминия, ПТ - температура объекта.
Термин веполь происходит от сокращения названия двух основных объектов взаимодействия: вещества и поля. Если с понятием вещество все более или менее понятно (это - любой вещественный объект), то поле - значительно более сложное понятие. Природа полей очень многообразна. В рассматриваемых нами задачах следует учитывать все многообразие полей.
Сам автор ТРИЗ применяет термин «поле» значительно шире, чем в физике. Он полагает [6], “что поле - это пространство, каждой точке которого поставлено в соответствие некоторая векторная или скалярная величина. Подобные поля часто связаны с веществами- носителями векторных или скалярных величин. Мы будем применять термин «поле» очень широко, рассматривая наряду с «законными» физическими полями и всевозможные «технические» поля - тепловые, механические, акустические и т.д. Два вещества могут быть самыми различными, но они необходимы и достаточны для образования минимальной технической (а по нашему мнению и биологической) системы, получившей название веполь”.
Например, токарный резец В1 взаимодействует с заготовкой В2. В результате такого взаимодействия возникают:
- температурное поле Пт в месте контакта В1 и В2,
- контактная разность потенциалов - электрическое поле. Пэл.,
- давление резца на заготовку - поле давления Пд.
Вепольную схему процесса снятия резцом металла заготовки можно показать так:
    Þ 
Символ Þ обозначает преобразование исходной вепольной схемы в другую, где учитывается отделение вещества стружки (В2) от вещества заготовки и образование окончательной детали (В2о).
Учтем в исходной схеме ВА поля (П0102), связанные с движением резца и заготовки:
Поля П01 и П02 образуются в частях схем ЗПЧС, показанных ниже пунктиром.
Теперь представим вращающуюся заготовку и подающийся на еёе обработку резец как взаимодействующие рабочие органы (РО1 и РО2) металлорежущего станка и изобразим их в составе схем ЗПЧС:
где: Пит. - орган энергопитания,
Дв.   - двигатель,
Тр.   - трансмиссия,
П01   - поле сил подачи, связанное с резцом РО1,
П02   - поле сил вращения, связанное с заготовкой РО2.
(Под рабочими органами изображены их вепольные взаимодействия с остальными частями ЗПЧС-схем, обведёнными пунктиром.)
Очевидно, что в процессе токарной обработки возникают и другие поля - звуковое, вибрационное и т.п. Здесь они не показаны, чтобы не усложнять вепольного анализа.
Что дают такие схемы решателю? Вот несколько советов по методике решения творческих задач с помощью этих схем:
1. С помощью схемы ВА можно рассматривать любые процессы и выявлять различные поля и преобразованные вещества.
1       К составлению, схем ВА следует относиться творчески. Решая задачу, желательно сначала составить схему взаимодействия веществ и затем перейти к взаимодействиям с полями.
2       В схеме ЗПЧС легко увидеть, соответствует ли рассматриваемая система этому закону и, если нет, можно определить, какие элементы в ней отсутствуют, и как еёе следует дополнить.
3       Если можно получить хотя бы небольшую подсказку для решения задачи с помощью какой-либо схемы или метода, то их следует использовать.
Рассмотрим два примера решения технологической и биологической задач.
Вакуумный термический процесс напыления алюминия на поверхность кремния. Ранее, когда кремниевые пластины были неподвижны, было очевидно, что подсистемы откачки воздуха из под колпака и нагрева спирали, на которой размещается распыляемый металл, можно изобразить схемой ЗПЧС, а саму пластину - нет.
Представим процесс напыления на неподвижную и не нагреваемую пластину в вепольной форме.
В началом процесса, когда система подогрева спирали выключена, вепольная схема выглядит так:
где: В0   - вещество вакуума,
В1   - спираль нагрева алюминия,
В20 - алюминий в исходном со стоянии (перед напылением),
В2   - остаток алюминия на спирали,
В2’’ - алюминий, осажденный на кремниевой пластине до конца процесса напыления,
В3   - кремниевая пластина,
П1 - поле, связанное с нагревом спирали,
П2 - поле, связанное с получением вакуума под колпаком,
ПЭТ - поле, связанное с электротоком в спирали,
Пт, Пт - тепловые поля, связанные с нагревом спирали и пластины.
Псв - поле светового излучения спирали,
ПАД - поле сил адгезии (сцепления) напыленного алюминия с кремнием.
Вепольная схема кремниевой пластины с полностью напылённым на неё алюминием выглядит так:
 
 
Здесь предполагается, что весь исходный объем металла перешел на пластину.
 
Теперь технология изменилась. Пластину кремния стали нагревать, покачивать, вращать вокруг своей оси, и поэтому появилась возможность применить схему ЗПЧС и к этим процессам, причем к каждому из них в отдельности. Если подсистемы нагрева, покачивания и вращения пластины изобразить схемами ЗПЧС и обозначить соответствующие им поля как П3, П4 и П5, то веполь пластины примет следующую форму:
Второй пример - из области биологии.
Каталитическая способность РНК. Выше была описана неизвестная каталитическая способность РНК. Суть ее состоит в том, что РНК сама из себя самой вырезает незначительный кусочек, называемый интроном. Как это происходит, по-видимому, не ясно.
Попытаемся поискать варианты объяснения и постановок экспериментов с помощью схем ЗПЧС и ВА.
Мне представляется, что могут быть два крайних случая. Первый, когда РНК представляет собой рабочий орган схемы ЗПЧС, а все остальные элементы этой схемы находятся вне РНК:
 
Где находятся и как реализуются эти элементы, пока неясно.
Во втором случае все элементы ЗПЧС располагаются в самой РНК (по аналогии с мышцей). Здесь РНК удобнее представить следующей схемой ВА:
где: В1 - вещество РНК,
     В2 - среда, в которой расположен РНК,
 П1 - поле имитирующее все элементы ЗПЧС для РНК, кроме рабочего органа,
 П2 - то же для среды,
 П3, П4 - поля , возникающие от взаимодействия В1 и В2.
Между этими двумя вариантами могут быть и промежуточные. Например, элемент питания для РНК находится в среде, а двигатель - в РНК, и т.д.
Можно поставить вопрос: "Куда уходит вырезанный интрон, и что с ним происходит?" Интрон попадает в среду В2 и его составляющие, по-видимому, используются для питания и образования элементов других молекул РНК либо для повышения концентрации молекул среды.
Итак, схема ЗПЧС позволяет хотя бы в первом приближении объяснить, как РНК сама себя "оперирует".
Я думаю, теперь можно также утверждать, что приступая к решению любой научной или производственной задачи (например, поиску причин брака), следует воспользоваться вепольным анализом.