5 марта 2017 г.

Любомирский А. "Закон повышения эффективности использования потоков вещества, энергии и информации" Доклад

Закон повышения эффективности использования потоков вещества, энергии и информации

Алекс Любомирский

В настоящей работе приведены результаты проработки открытого Генрихом Альтшуллером Закона минимальной энергопроводимости. Приведены основные механизмы закона и их составляющие. Подавляющее большинство выявленных механизмов проиллюстрировано примерами из разных областей техники.

Закон, механизмы, потоки, энергия, информация, проводимость.

ФОРМУЛИРОВКА ЗАКОНА

Закономерность развития технических систем, содержащих потоки вещества, энергии и информации, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит повышение эффективности использования этих потоков.

ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАКОНА

Исторически сначала Г.С.Альтшуллер сформулировал Закон минимальной энергетической проводимости, гласивший, что для обеспечения минимальной работоспособности ТС все звенья, передающие энергию от источника энергии в оперативную зону выполнения главной функции (обычно подразумевалось, что это трансмиссия и рабочий орган) должны иметь некую минимальную проводимость. Этот закон относился к так называемой группе законов статики, т.е. описывающих начальные условия существования системы.

Затем Игорь Гриднев выдвинул идею распространить этот закон на весь период жизни системы. При этом он установил, что в процессе развития ТС проводимость ее частей, несущих потоки энергии, обычно возрастает, и выявил механизмы, обеспечивающие это повышение проводимости. Поэтому данный закон получил название "Закон повышения энергопроводимости". Довольно быстро он был распространен также на потоки вещества и информации, и название вновь изменилось - теперь оно звучало как "Закон повышения проводимости потоков вещества, энергии и информации", а в сокращенном виде - просто "Закон повышения проводимости потоков".

Параллельно развивался аналитический инструмент, основанный на этом законе, а именно Анализ потоков. В его рамках были выявлены особые виды потоков - вредные (выполняющие вредные функции в системе или надсистеме) и паразитные (всякого рода утечки, приводящие к потерям). Соответственно выяснилось, что развитие систем идет не только путем повышения проводимости полезных потоков, но и снижения проводимости вредных и паразитных, для чего существуют особые механизмы (часто зеркально-симметричные механизмам повышения проводимости полезных потоков).

А в дальнейшем было установлено, что эффективность систем может быть повышена и такими манипуляциями с полезными потоками, которые не связаны с повышением их проводимости. Более того, нашлись даже механизмы повышения эффективности систем, приводящие к снижению интенсивности полезных потоков и, соответственно, снижению необходимой проводимости каналов для этих потоков.

Добавление вновь выявленых механизмов вынудило еще раз менять название закона. По идее, лучше всего суть дела выражает название "Закон оптимизации потоков". Однако в ТРИЗ термин "оптимизация" имеет отрицательные коннотации, связанные с тем, что при решении задач с противоречием "оптимизацией" называется поиск компромисса, справедливо (во многих случаях) отвергаемый как тупиковый; правильным подходом при этом считается поиск решения, разрешающего противоречие. Поэтому пришлось остановиться на более громоздком названии "Закон повышения эффективности использования потоков".

МЕХАНИЗМЫ ЗАКОНА

Существует три основных тренда:

· Повышение позитивного эффекта полезных потоков

o Повышение проводимости полезных потоков

o Повышение эффективности использования полезных потоков

· Снижение негативного эффекта вредных потоков

o Снижение проводимости вредных потоков

o Снижение повреждающей способности вредных потоков

· Снижение негативного эффекта паразитных потоков

o Снижение проводимости паразитных потоков

o Снижение затрат на паразитные потоки

Рассмотрим каждый механизм в отдельности.

1. ПОВЫШЕНИЕ ПОЗИТИВНОГО ЭФФЕКТА ПОЛЕЗНЫХ ПОТОКОВ

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития повышается позитивный эффект полезных потоков.

1.1. Повышение проводимости полезных потоков

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития повышается проводимость полезных потоков.

1.1.1. Снижение количества преобразований потока.

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от потока, имеющего много преобразований, к однородному потоку.

Обычно каждое преобразование потока (перевод вещества из одного состояния в другое, смена типов энергии, смена способов представления информации) сопровождается потерями и торможением. Следовательно, снижение количества таких преобразований ведет к повышению проводимости. В идеале преобразований вообще не должно быть, и все компоненты потоков должны сразу иметь вид, необходимый для их конечного использования.

Пример - дизель-генератор и топливный элемент:

В дизель-генераторе поток энергии имеет следующий вид:

Химическая энергия топлива ® тепловая энергия ® механическая энергия ® электроэнергия.

В топливном элементе преобразование всего одно:

Химическая энергия топлива ® электроэнергия.

Соответственно, к.п.д. топливного элемента в два раза выше.

1.1.2. Преобразование потока

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от потока, плохо поддающегося передаче, к потоку, хорошо поддающемуся передаче.

Если имеется значительное cопротивление потоку, а потери при его преобразовании относительно невелики, поток преобразуют к виду, наиболее легко поддающемуся передаче.

Пример - переговорная труба на корабле.

С увеличением размеров кораблей пользоваться такими трубами было все труднее. В итоге произошел закономерный переход к интерфону - поток звука преобразовали в удобный для передачи электрический сигнал.

1.1.3. Сокращение длины потока

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от длинного потока к короткому.

Обычно многие виды потерь и сопротивлений потоку пропорциональны его длине. Следовательно, для повышения проводимости следует уменьшать длину потока. В идеале поток должен иметь нулевую длину, т.е. его компоненты должны сразу появляться там, где используются.

Пример - бормашина. Раньше сверло приводилось в движение стационарным двигателем через гибкую передачу, а то и систему передач.

Большая длина потока механической энергии накладывала ограничения на скорость вращения сверла, что снижало производительность и увеличивало страдания пациента. В современных системах источник вращения расположен в корпусе бора, т.е. длина потока сокращена почти до нуля.

В качестве примера из другой области можно указать на такой известный всем военным факт, что сильно растянутые коммуникации крайне негативно сказываются на снабжении войск, поэтому сокращение коммуникаций (т.е. уменьшение длины потока снаряжения) - постоянная головная боль стратегов.

1.1.4. Устранение "серых зон"

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от потока, содержащего области, в которых его поведение не поддается предсказанию с достатоточной точностью, к потоку, свободному от таких областей.

Поскольку поведение потока в "серой зоне" не поддается расчету, параметры этих областей обычно подбирают эмпирически. Поставить достаточное количество экспериментов удается далеко не всегда, поэтому такие области, как правило, недостаточно оптимизированы, что приводит к повышению потерь и сопротивления. Следовательно, устранение "серых зон" косвенно ведет к повышению проводимости за счет более эффективной оптимизации.

Пример - ловля рыбы. Косяк под водой не видно, его поведение точному предсказанию не поддается, поэтому обеспечить устойчивый поток рыбы из моря на борт рыбацкого судна сложно - возникает много лишних затрат на неудачные забросы сетей и холостые переходы.

Для устранения серой зоны применили сонар - теперь видно, есть рыба или нет, и можно забрасывать трал прицельно.

Серой зоной также является, например, область взаимодействия потока рекламной информации с потенциальными потребителями, что вызывает перерасход средств на рекламу при ее невысокой эффективности. Устранить эту зону пытаются разными способами, в том числе направляя рекламу на предположительно однородные группы: куклу Барби рекламируют во время рассчитаных на девчонок мультиков, а прелести службы в армии - в рекламных паузах мордобойных боевиков.

1.1.5. Устранение "бутылочных горлышек"

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от потока, содержащего области, сопротивление которых значительно больше погонного сопротивления тракта, к потоку, свободному от таких областей.

"Бутылочное горлышко" - область потока с резко повышенным сопротивлением. Очевидно, что устранение таких областей значительно повышает проводимость.

Пример - фильтры, препятствующие проникновению частиц, вызывающих аллергию, на слизистую оболочку носа.

Хорошо задерживая аллергены, они оказались серьезным препятствием для воздуха (типичным "бутылочным горлышком") - через них так трудно дышать, что такие фильтры широкого распространения не нашли.

Поэтому, в соответствии с трендом, в нашей компании разработали антиаллергенные вставки в нос, работающие по принципу циклона.

В этих вставках в результате закручивания воздушного потока взвешенные в нем твердые частицы центробежной силой отбрасываются к стенкам и прилипают к покрытой невысыхающим клеем поверхности; сам же воздух свободно проходит, почти не испытывая дополнительного сопротивления. Таким образом, "бутылочное горлышко" было устранено.

1.1.6. Повышение проводимости отдельных звеньев потока

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в повышении проводимости отдельных звеньев потока вплоть до физического предела для данного типа проводников.

Поскольку сопротивление потоку сильно зависит от характеристик проводников, их улучшение приводит к повышению проводимости. В идеале характеристики должны соответствовать физическому пределу для данного типа проводников.

Примеров можно привести много. Вот дороги - проводники потока колесного транспорта - развились от грунтовых проселков до скоростных многорядных шоссе.

Другой пример - обмотки электрических машин. Лучше меди проводника нет (не считая сверхпроводников), поэтому электропроводность повышать не удается. Зато развиваются изоляционные материалы и технологии их нанесения, благодаря чему можно увеличивать напряжение.

1.1.7. Повышение удельных характеристик потока

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от большого потока низкой плотности к маленькому потоку высокой плотности.

Часто сопротивление потоку не зависит от его удельных характеристик. Поэтому для повышения проводимости выгодно снижать объем потока при одновременном повышении его плотности. В результате по тому же проводнику можно пропустить больший поток, либо при том же потоке снизить затраты на проводник.

Пример - транспортировка газа от места добычи к потребителям. Для повышения производительности на входе в магистральный трубопровод газ сжимают компрессором, так что по трубе данного сечения проходит значительно больше газа.

1.1.8. Придание потоку дополнительных функций

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в передаче всех или части функций одного потока другому.

Если поток дополнительно берет на себя функции другого потока, второй становится ненужным. Поэтому суммарная мощность потоков в системе уменьшается без ухудшения функционирования, а значит, растет эффективность.

Пример - карбюраторный двигатель внутреннего сгорания. В нем есть поток электроэнергии, вызывающий искру, которая поджигает топливо-воздушную смесь.

При переходе к дизельному двигателю функцию "поджигать смесь" взял на себя поток механической энергии, преобразующийся в тепло при сжатии смеси.

1.1.9. Полезное действие потоков друг на друга

Потоки различной природы могут воздействовать друг на друга таким образом, что проводимость системы по отношению к ним возрастает.

Пример - термо-экструзия. Поток тепла полезно действует на поток экструдируемого материала, повышая его пластичность.

1.1.10. Полезное действие потока на проводящий тракт другого потока

Поток может улучшать характеристики проводников другого потока, что приводит к интегральному повышению проводимости системы.

Пример: известный физический эффект - охлаждение проводника приводит к снижению электросопротивления. Поэтому при разработке концепции водородной экономики предложено комбинировать линии электропередач с трубопроводами для жидкого водорода. При этом поток отрицательного тепла от водорода заодно будет снижать сопротивление электрического кабеля.

1.1.11. Использование одного потока в качестве переносчика второго

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от независмой передачи разнородных потоков к переносу одного потока другим.

Потоки различной природы можно использовать для переноса друг друга: поток вещества может переносить различные виды энергии, поток энергии может переносить информацию и т.п.

Пример - двухтактный двигатель.

В нем, в отличие от обычного двигателя, где потоки топлива и смазочного масла разделены, масло вводят непосредственно в бензин, т.е. налицо перенос одного потока другим.

Другой пример - во времена, когда вычислительная техника использовала перфоленты, возникла проблема - как предупредить пользователя, что лента в катушке скоро кончится? Нашли простое решение - последние несколько метров ленты окрасили в розовый цвет. Дальше просто - раз пошла розовая лента, надо ставить новую катушку. С нашей точки зрения, налицо ситуация, когда поток вещества (лента), несущий, кстати поток информации для машины, стал переносчиком еще одного потока информации - для пользователя.

Еще пример: в бытовой газ добавили сильно пахнущее вещество (меркаптан). Теперь поток газа несет с собой и сигнальный поток, информирующий людей об утечке.

1.1.12. Передача нескольких однородных потоков по одному каналу

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от передачи нескольких однородных потоков по независимым каналам к их передаче по одному каналу.

Объединение нескольких однородных потоков в одном канале повышает интегральную проводимость системы и снижает затраты на проведение каждого потока.

Пример - многоканальная передача, при которой по одному и тому же телефонному проводу или оптическому волокну передается одновременно множество независимых потоков информации, разнесенных по несущей частоте.

Другой пример - передача информационных сигналов по осветительной сети.

1.1.13. Модификация потока для повышения проводимости

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в придании потоку комплекса свойств, облегчающих его передачу по тракту данного типа.

Иногда удается так модифицировать поток, что сопротивление ему уменьшается. К таким модификациям относятся различные способы снижения вязкости жидкостей, ламинаризация/турбулизация потоков, использование "окон прозрачности" и т.п.

Пример - переход от визуального осмотра (использование потока видимого света) к рентгеновским лучам, для которых тело человека значительно более прозрачно (тот же поток электромагнитного излучения, но сдвинутый по частоте), позволил врачам заглянуть внутрь живого организма без помощи скальпеля и зонда.

1.1.14. Полное или частичное выведение потока за пределы системы

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от потока, целиком идущего по системе, к потоку, полностью или частично идущему по внешнему по отношению к данной системе тракту.

В некоторых случаях удается пропускать поток через надсистему или окружающую среду. Это позволяет использовать внешние тракты с большой проводимостью, а также снизить требования к системе и затраты на внутрисистемный канал.

Пример - вместо прокладки выделенной линии для быстрой связи домашнего компьютера с Интернет-провайдером используют передачу сигнала по каналу кабельного телевидения.

Еще пример - переход от проводных телефона и телеграфа к радиосвязи. Передача сигнала через окружающую среду позволила снизить затраты на прокладку и поддержание каналов связи (кабелей, проводов).

1.2. Повышение эффективности использования полезных потоков

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит повышение эффективности использования полезных потоков.

1.2.1. Устранение "застойных зон"

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от потока, содержащего области, в которых некоторая его часть задерживается надолго или навсегда, к потоку, свободному от таких областей.

"Застойная зона" - это область потока, в которой некоторая его часть задерживается надолго или навсегда. В результате эффективная мощность потока уменьшается, как при наличии утечек, хотя формально он весь остается в системе. Следовательно, устранение "застойных зон" ведет к повышению эффективности использования полезного потока за счет повышения полноты его использования без увеличения общей мощности.

Пример - проблема холодного старта автомобильного двигателя.

Известно, что до 70-80% износа двигателя происходит во время так называемого "холодного старта". Дело в том, что при старте двигателя в холодную погоду, когда смазочное масло загустевает, масляный насос не успевает его подавать в цилиндры, и первое время трение в паре "цилиндр - поршень" происходит без всякой смазки, что, естественно, приводит к усиленному износу. Как видим, налицо типичная "застойная зона" в потоке масла, временно возникающая при холодном старте. Действительно, формально масло в системе имеется в достаточном количестве, но не используется по назначению, т.к. застряло где-то на подходе.

Понятно, что с этим явлением борются - например, с помощью специальных добавок в масло, или просто прогревая двигатель на холостых оборотах. Похоже, универсального решения пока нет, но, несомненно, рано или поздно тренд восторжествует, и можно будет стартовать прямо с места, не боясь за двигатель.

Еще один пример - дорожный перекресток. Чтобы пропустить один поток машин, приходится останавливать другой. Формально на дороге места достаточно, а фактически - за перекрестком пусто, а перед ним - застойная зона, т.е. всем хорошо знакомая пробка. В соответствии с трендом, такие зоны устраняют, например, с помощью многоуровневых развязок.

1.2.2. Переход к импульсным воздействиям

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от постоянного потока к импульсному (в т.ч. знакопеременному) потоку.

Нередко эффективность потока зависит в основном от его амплитудного значения. Поэтому для повышения эффективности выгодно переходить к импульсному потоку. Суммарная мощность такого потока может быть небольшой т.к. его действующее значение невелико, а эффективность значительной, т.к. амплитуда импульсов может быть весьма высокой. К тому же большую амплитуду легче обеспечить в импульсном режиме, накапливая энергию в паузах.

Пример: разрушение бетона импульсной струей воды.

1.2.3. Использование резонанса

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от импульсного (переменного) потока с произвольной частотой к потоку, частота которого равна частоте собственных колебаний источника потока, элементов его тракта или объекта, на который направлен поток.

В частности, использование резонанса позволяет обеспечить избирательное высокоинтенсивное воздействие при небольшой суммарной мощности потока.

Пример - резонансный конвейер.

В отличие от обычного виброконвейера, он при тех же затратах энергии и габаритах обеспечивает значительно большую производительность. Дело в том, что его подвижная часть вибрирует на частоте собственных колебаний, поэтому энергия привода используется с максимальной эффективностью.

1.2.4. Модулирование потока

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе к потоку, характеристики которого меняются во времени в соответствии с изменениями характеристик объекта, на который направлен поток.

Поток модулируют таким образом, что он действует на объект только в те моменты времени, когда объект наиболее чувствителен к этому воздействию. При этом эффективность потока увеличивается.

Пример - такая общеупотребительная вещь, как атомная бомба.

Оказалось, что для ее подрыва необходимо создать в расщепляющемся материале поток нейтронов определенного уровня. Для этого там предусмотрена нейтронная пушка. Но облучать уран просто так бесполезно - все равно не создать нейтронный поток такой плотности, которая необходима для инициирования реакции. Поэтому нейтронный луч включают ровно в тот момент, когда все докритические части заряда соединяются вместе - именно тогда, когда они наиболее чувствительны к нему. Тут-то все и происходит.

1.2.5. Использование градиентов

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от равномерно или произвольно распределенного в пространстве потока к потоку, характеристики которого распределены в пространстве в соответствии с расположением объекта (частей объекта, нескольких объектов), на который (которые) направлен поток.

Часто высокая интенсивность потока нужна только в какой-то определенной области (оперативной зоне), в то время как затраты определяются общей интенсивностью. Поэтому для повышения эффективности выгодно применять поток с градиентом - высокоинтенсивный в оперативной зоне и слабый по всему остальному тракту.

Собственно, на концентрации усилия в выбранном месте изделия основано действие всех режущих и колющих инструментов - при относительно небольшом общем усилии напряжения в месте контакта, имеющем очень малую площадь, возрастают настолько, что превосходят пределы сопротивления материала.

Еще пример - резка стекла.

Рабочий процарапывает стекло в нужном месте, а затем слегка нагружает его. При этом возникает такая концентрация напряжений, что стекло не выдерживает и отламывается ровно по надрезу.

Еще пример - кумулятивный заряд.

Благодаря особой форме заряда большая часть энергии взрыва концентрируется в очень малой области, что обеспечивает чрезвычайно высокую эффективность пробивания брони при весьма невысокой общей мощности заряда.

1.2.6. Сложение нескольких однородных потоков

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от одного сильного потока к нескольким слабым, складывающимся в нужном месте.

Для достижения локальной концентрации потока можно также использовать несколько слабых однородных потоков, которые складываются в оперативной зоне. Для потоков, имеющих волновую природу, можно использовать явление интерференции. Поскольку выигрыш в суммарной мощности таким способом не достигается, обычно так поступают в тех случаях, когда несколько слабых потоков обеспечить легче, чем один сильный.

Пример - уже упоминавшаяся по другому поводу многовесельная лодка. Каждый гребец в отдельности не может создавать большое усилие в течение длительного времени, а все вместе - могут, просто за счет сложения.

Еще пример - сушка бумаги. Мокрую бумагу перематывают с барабана на барабан и отжимают свободную воду специальным роликом.

При этом, чтобы снизить вязкость воды и тем самым увеличить эффективность отжима, бумагу нагревают. Для этого опорный барабан изнутри обогревают паром. Однако выяснилось, что из-за огромной скорости перемотки время контакта бумаги с горячей поверхностью барабана столь мало, что вода не успевает нагреться. Если же увеличить температуру барабана, то из-за ограниченной теплопроводности бумаги ее поверхностные слои, прилегающие к барабану, начнут обгорать. Т.е. сложилась ситуация, в которой сильный поток тепла использовать нельзя, а слабого не хватает. Поэтому, в соответствии с трендом, ввели второй поток тепла - стали обдувать бумагу снаружи горячим воздухом.

1.2.7. Многократное использование потока (сложение потока с самим собой)

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от сильного потока к слабому, многократно проходящему через оперативную зону.

Суммарную мощность потока можно снизить, если обеспечить многократный проход относительно слабого потока через оперативную зону. Обычно так поступают в тех случаях, когда сильный поток создать трудно или он не может быть использован полностью за один проход, а эффект от него может накапливаться.

Пример - катушка электромагнита.

Необходимую напряженность магнитного поля, в принципе, можно получить, имея всего один виток. Однако для этого понадобится пропустить по нему ток огромной силы. Вместо этого используют относительно слабый ток, многократно проходящий через оперативную зону - для этого его пропускают по многовитковой катушке; при этом магнитные поля от каждого витка складываются в одно мощное поле.

1.2.8. Использование двух разнородных потоков для достижения синергетического эффекта

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от одного сильного потока к двум слабым разнородным, совместное использование которых приводит к синергетическому эффекту.

Иногда вместо одного мощного потока можно использовать два слабых разнородных, которые обладают синергетическим эффектом. Этот эффект заключается в том, что результат одновременного воздействия обоих потоков значительно больше, чем сумма результатов их раздельного использования. За счет этого слабые потоки при небольших потерях обеспечивают высокую эффективность системы.

Пример - проблема уничтожения спор сибирской язвы. Эти споры крайне устойчивы к нагреву и химическим воздействиям. Однако оказалось, что одновременное воздействие некоторых химических агентов и относительно небольшого нагрева надежно их убивает. Т.е. налицо использование синергетического эффекта двух одновременно действующих потоков (тепла и химических реагентов). 1.2.9.

Предварительное насыщение оперативной зоны веществом, энергией и информацией

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от сильного потока к слабому, действующему на объект, предварительно насыщенный составляющими этого потока.

В идеале потоков в системе вообще не должно быть, поскольку любой поток приводит к потерям и дополнительной нагрузке на систему. Полного свертывания потоков можно добиться, если заранее насытить оперативную зону веществом, энергией и информацией нужного вида и в требуемом количестве. При этом часто достаточно слабого инициирующего сигнала для проведения всего процесса. Если невозможно полностью снабдить оперативную зону всем необходимым, можно ограничиться частичным насыщением. В этом случае можно будет перейти к использованию слабых потоков.

Пример на предварительное введение вещества - снотворные таблетки.

При их передозировке возможно отравление вплоть до смертельного исхода. В этом случае для спасения человека часто достаточно вызвать рвоту. Поэтому, в соответствии с трендом, было найдено следующее решение - в таблетки заранее ввели небольшую дозу рвотного. В обычной ситуации это никак не сказывается на самочувствии, а при значительной передозировке оно срабатывает раньше, чем человеку будет нанесен непоправимый вред.

Еще пример - уже упоминавшиеся мины. Вместо того, чтобы обстреливать противника (обстрел - это организация потока определенных веществ через внешнюю среду), заряды заранее располагают в местах его вероятного появления.

Пример на предварительное насыщение оперативной зоны энергией - саморазогревающиеся консервы. Теперь не нужен костер или иной внешний источник тепла - просто нажми на донышко и получишь банку горячего кофе.

Пример предварительного насыщения оперативной зоны информацией - использование кодовых сигналов. Если заранее договорится, какой сигнал что означает (т.е. предварительно ввести в ОЗ подавляющую часть информации), то любой сигнал (и, в принципе, даже отсутствие сигнала!) может нести практически неограниченный объем информации. Так, командиры подводных лодок имеют подробнейшие инструкции о порядке действий в случае, если они после всплытия не получат определенного сигнала с базы (отсутствие сигнала означает уничтожение базы - тут-то подводная лодка себя и проявит так, что супостату мало не покажется!).

1.2.10. Снижение интенсивности потоков информации за счет перехода к саморегулирующимся процессам

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от системы с принудительным регулированием, сопровождающимся большими потоками информации между системой управления и рабочим органом, к саморегулирующейся системе.

Часто потоки информации в системе необходимы для управления протекающими в ней процессами. Снизить интенсивность или вообще исключить эти потоки можно, если использовать саморегулирующиеся процессы.

Пример - чайник со свистком.

Свисток - это информационный сигнал, по которому человек должен все бросить и идти выполнять определенные действия - снять чайник с огня или выключить его. Затем сделали самовыключающийся чайник, в котором сидит почти полностью свернутая изящная системка - биметаллическая пластина. Это датчик и исполнительный элемент в одном лице, использующий для работы энергию своей надсистемы. В итоге человек может заниматься своими делами, а не бегать по свистку, как собачонка.

2. СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ЭФФЕКТА ВРЕДНЫХ ПОТОКОВ

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития снижается негативный эффект от вредных потоков.

2.1. Снижение проводимости вредных потоков

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития снижается проводимость вредных потоков.

2.1.1. Предотвращение вредного потока

Предотвращение вредного потока практически сводится к предотвращению или существенному снижению потерь в полезных потоках. Для этого используются перечисленные выше методы.

2.1.2. Поглощение вредного потока

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от сильного нежелательного потока к слабому (отсутствующему) путем его частичного или полного поглощения в тракте.

Для поглощения потока следует увеличить сопротивление системы. Для этого обычно применяются методы, обратные тем, которые используются для полезных потоков:

2.1.3. Преобразование потока

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от вредного потока, хорошо поддающегося передаче, к потоку, плохо поддающемуся передаче.

Пример: одна из составляющих технологии "Стэлс" - маскируемый объект покрывают веществом, преобразующим радиоволны в тепло.

С точки зрения пилота радиоволны являются вредным потоком. Очевиднно, что тепло распространяется в атмосфере значительно хуже, чем радиоволны, поэтому такое преобразование дает положительный эффект.

2.1.4. Увеличение длины потока

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от короткого вредного потока к длинному.

Обычно многие виды потерь и сопротивлений потоку пропорциональны его длине. Следовательно, для повышения сопротивления вредному потоку следует увеличить его длину.

Действительно, в полном согласии с данным трендом, источники неприятных шумов и запахов, а также вредных излучений, в простейшем случае просто стараются убрать подальше от мест постоянного пребывания людей.

Конкретный пример - лабиринтное уплотнение.

Лабиринт многократно увеличивает длину пути, а значит, и сопротивление вредному потоку загрязнений извне, а также потоку масла (паразитный поток) изнутри.

2.1.5. Введение в тракт "бутылочных горлышек"

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от вредного потока, свободного от областей, сопротивление которых значительно больше погонного сопротивления тракта, к потоку, содержащему такие области.

"Бутылочное горлышко" - область потока с резко повышенным сопротивлением. Очевидно, что введение таких областей значительно снижает проводимость по отношению к нежелательному потоку.

Пример - солнечные очки.

2.1.6. Введение в тракт "застойных зон"

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от вредного потока, свободного от областей, в которых некоторая его часть задерживается надолго или навсегда, к потоку, содержащему такие области.

"Застойная зона" - это область потока, в которой некоторая его часть задерживается надолго или навсегда. В результате эффективная мощность потока уменьшается, хотя формально он весь остается в системе. Следовательно, введение "застойных зон" ведет к фактическому поглощению вредного потока в тракте.

Пример - респиратор.

Вредный поток пыли застревает на фильтре (это типичная застойная зона), формально оставаясь в системе, но не причиняя вреда.

2.1.7. Снижение проводимости отдельных звеньев потока

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в снижении проводимости отдельных звеньев вредного потока вплоть до нуля.

Поскольку сопротивление потоку сильно зависит от характеристик проводников, их снижение приводит к уменьшению проводимости. В идеале проводимость должна быть нулевой. Типовым примером служат всякого рода изоляторы.

Пример - кухонная прихватка.

Зачем мы одеваем рукавичку или просто используем тряпку, чтобы взять горячую сковородку? Тем самым мы вводим в поток тепла, идущий от сковородки к нашей руке и потому вредный, звено с довольно низкой теплопроводностью, и теперь сковородку вполне можно держать.

2.1.8. Ослабление вредного потока путем его сложения с самим собой.

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе к вредному потоку, ослабление которого происходит путем его сложения с самим собой.

Пример: один из вариантов конструкции автомобильного глушителя, в котором звуковые колебания глушат сами себя. 2.2.

Снижение повреждающей способности вредного потока

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в предотвращении нежелательного действия потока на объект путем изменения характеристик вредного потока (без изменения его силы) или повреждаемого объекта.

2.2.1. Введение в тракт "серых зон"

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от вредного потока, свободного от областей, в которых его поведение не поддается предсказанию с достатоточной точностью, к потоку, содержащему такие области.

На этом принципе основана вся военная маскировка.

Взаимодействие потока пуль/снарядов/бомб/ракет с невидимым противником не поддается точному предсказанию (может, его там вообще нет), поэтому заведомо неэффективно, чего специалисты по маскировке и добиваются.

2.2.2. Снижение удельных характеристик потока.

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от маленького потока высокой плотности к большому потоку низкой плотности.

Пример: электрооборудование, предназначенное для работы в опасных для человека с точки зрения возможного поражения током условиях (сырость, металлические конструкции), рассчитывают на очень низкое напряжение - вплоть до 12 вольт. Токи при этом текут большие, приходится увеличивать сечение проводников, но зато в случае, если человек попадет под напряжение, он не пострадает.

2.2.3. Уход от резонанса

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от импульсного (переменного) вредного потока с произвольной частотой к потоку, частота которого далека от частоты собственных колебаний источника потока, элементов его тракта или объекта, на который направлен поток.

Пример - подвеска автомобиля. Автомобиль представляет из себя колебательную систему, совершающую вынужденные колебания с частотой, зависящей от скорости движения и характера шероховатости дороги. Частота этого вредного потока вибрации довольно высока, поэтому собственную частоту колебаний автомобиля стремятся снизить насколько возможно, для чего используют как можно более мягкие рессоры.

2.2.4. Использование градиентов

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от равномерно или произвольно распределенного в пространстве вредного потока к потоку, характеристики которого распределены в пространстве в соответствии с расположением объекта (частей объекта, нескольких объектов), на который (которые) направлен поток.

Вредный поток перераспределяют таким образом, чтобы в наиболее уязвимых местах он имел минимальную интенсивность. Суммарная мощность потока не снижается, а его вредное действие уменьшается.

Пример - дымящие производства располагают относительно жилых массивов с учетом розы ветров, чтобы вредный поток дыма в основном уходил в малонаселенную область.

Еще пример - фары дальнего света в автомобиле настраивают таким образом, чтобы голова водителя встречной машины оказалась в наименее освещенной зоне.

2.2.5. Сложение потока с анти-потоком

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе к вредному потоку, снижение вредного действия которого происходит путем его сложения с анти-потоком.

Иногда можно нейтрализовать вредное действие потока путем его сложения с другим потоком, обладающим противоположным набором характеристик.

Пример - активная броня. Кумулятивная струя (вредный поток) нейтрализуется/рассеивается встречным взрывом (анти-поток).

2.2.6. Модификация потока с целью снижения его вредного действия

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в придании потоку комплекса свойств, снижающих его вредное действие.

Иногда можно нейтрализовать вредное действие потока путем такой его модификации, которая делает повреждаемый объект нечувствительным к потоку. При этом поток остается, но перестает быть вредным.

Пример - проявление фотопленки.

Чтобы пленка не засвечивалась, фотолабораторию освещают красным светом (после модификации поток света остался, но перестал вредить пленке).

2.2.7. Модификация повреждаемого объекта с целью снижения вредного действия потока на него

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в придании объекту, повреждаемому вредным потоком, комплекса свойств, снижающих вредное действие.

Иногда можно нейтрализовать вредное действие потока путем модификации повреждаемого объекта, которая делает его нечувствительным к потоку. При этом поток остается, но перестает быть вредным.

Пример - использование в различных изделиях, работающих в агрессивной среде, нержавеющей стали, а также всякого рода защитных покрытий, делает их нечувствительными к повреждающему действию этой среды.

2.2.8. Введение второго потока, исправляющего повреждения от первого

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе к вредному потоку, вредное действие которого исправляется другим потоком.

Если вредный поток и повреждаемый объект не поддаются модификации, вводят второй поток, исправляющий повреждения. Вредное действие остается, но не приносит видимых результатов.

Пример - сварка неплавящимся электродом в инертном газе.

Поток тепла от дуги разрушает электрод даже при использовании тугоплавких сплавов и различных методов охлаждения. Одно из возможных решений этой проблемы - введение в поток инертного газа небольших количеств метана. Пиролиз метана вызывает появление на катоде тонкой пленки электропроводной сажи. Эта пленка постоянно разрушается теплом дуги, но столь же постоянно восстанавливается. В итоге срок службы электрода значительно увеличивается.

Сюда же относятся намораживание пленки льда на переднюю кромку подводного крыла, повреждаемого кавитацией, и закрепление слоя сахарного песка на стенках бункера, истираемых этим же песком.

2.2.9. Предварительное насыщение повреждаемого объекта веществом, энергией и информацией, необходимых для нейтрализации вредного потока

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе к вредному потоку, действующему на объект, предварительно насыщенный составляющими нейтрализующего потока.

Если невозможно обеспечить подвод нейтрализующего потока, повреждаемый объект заранее насыщают нейтрализаторами вредного потока.

Пример - широкое использование буферных растворов в химии: при появлении избытка H+ или OH- ионов (вредный поток) равновесие реакций в растворе смещается таким образом, чтобы нейтрализовать этот избыток и восстановить pH на прежнем уровне. Как видим, нейтрализующий поток не подводится извне, а заранее введен в систему.

Сюда же относятся антисептики, уже в процессе изготовления введенные в материал хирургических халатов.

2.2.10. Выведение потока за пределы системы

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от вредного потока, идущего целиком внутри системы, к потоку, полностью или частично идущему по внешнему по отношению к системе тракту.

Для устранения вредного действия или просто снижения нагрузки на систему вредный поток выводят за пределы системы. Для этого проводимость повышают всеми способами, применяемыми для полезных потоков.

Примеры - охлаждение всего перегревающегося с рассеиванием тепла в окружающей среде с помощью разного рода радиаторов, сброс сточных вод, дыма и мусора, отвод стружки при механической обработке, заземление электрооборудования, обеспечивающее отвод в землю ставшего в аварийном режиме вредным потока электроэнергии, и т.д.

2.3. Снижение негативного эффекта паразитных потоков

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития снижается негативный эффект от паразитных потоков.

2.3.1. Снижение проводимости паразитных потоков

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития снижается проводимость паразитных потоков.

2.3.2. Предотвращение паразитного потока

Предотвращение паразитного потока практически сводится к предотвращению или существенному снижению потерь в полезных потоках. Для этого используются перечисленные ранее методы.

2.3.3. Поглощение паразитного потока

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в переходе от сильного паразитного потока к слабому (отсутствующему) путем его частичного или полного поглощения в тракте.

Для этого используются те же методы, что и для вредных потоков.

2.3.4. Снижение затрат на паразитные потоки

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития снижаются затраты на паразитные потоки.

2.3.5. Повторное использование паразитного потока

Закономерность развития технических систем, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит переход к замкнутым паразитным потокам, возвращающимся в оперативную зону для повторного использования.

Примеры - повторное использование металлолома, отходов пластмассы и бумаги, различные технологии с замкнутым циклом, рекуперация энергии, и т.п.

РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫВОДЫ, СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ

Таким образом, приведенные материалы позволяют взглянуть на эволюцию систем под несколько иным углом зрения - с точки зрения оптимизации потоков. Находят свое объяснение некоторые механизмы ранее открытых законов - например, обычно происходящее в первую очередь свертывание трансмиссий объясняется необходимостью сократить длину потока и количество его преобразований. Основанный на данном законе аналитический инструмент - анализ потоков - успешно применяется на регулярной основе при выполнении консультационных проектов на фирме "Алгоритм".

Поэтому представляется разумным рекомендовать данный закон для всеобщего применения.

К направлениям дальнейших исследований следует отнести следующие:

· Уточнение выявленных механизмов закона

· Поиск новых механизмов

· Выявление последовательности применения механизмов, поскольку в настоящий момент все они выглядят равноправными

· Поиск и обоснование критериев выбора того или иного механизма, т.к. на сегодяшний день совершено не ясно, следует ли, допустим, пытаться устранить "бутылочное горлышко" в потоке или просто обойти его.