ДЕНЬ ДЕВЯТЫЙ

ОДИН — ХОРОШО. А ДВА ЛУЧШЕ!

Хорошо в лагере! Каждый день вмещает столько интересных и разнообразных событий, что только диву даешься. Но одно неизменно: десять часов утра — начало занятий. Мы продолжаем разбираться с экранами хроноскопа. Сегодня рассмотрим два новых: «РАЗВЕРТЫВАНИЕ» и «СВЕРТЫВАНИЕ». Ребята смеются. Похоже на стол упаковки... Но вперед!

 — Сколько будет, если к одному прибавить один? Ребята оскорблены в лучших чувствах и ожидают подвоха. Кто-то все-таки нехотя отвечает;
— Ну два, а что?
— Всегда ли один плюс один равняется двум?

Ребята обсуждают задачу. Идеально было бы, конечно, если бы подставок не было, а катушка не каталась. Сделать ее квадратной! Но тогда как с ней работать? Ведь для того, чтобы сматывать кабель с катушки, она должна кататься! Противоречие: катушка должна быть круглой, чтобы удобно было сматывать с нее кабель, и не должна быть круглой, чтобы не кататься по вагону. Как такое противоречие разрешить? Хорошие решения получаются, когда используются ресурсы. В данном случае — сами катушки, их ведь в вагоне много.

— Связать две или три катушки вместе! Связка будет некруглой, она не сможет кататься!
— К одной круглой катушке прибавили другую круглую и получили...
— Некруглую!
— Верно. Получили новое качество, новое свойство, которого не было раньше. Такой прием разрешения противоречия в ТРИЗ называется системным переходом. Помните, мы говорили, что система — это то, что имеет системное свойство, не сводящееся к свойствам составляющих ее элементов и возникшее благодаря их объединению. Можете привести примеры проявления новых системных свойств при объединении?
— Мы на прошлом занятии говорили о биметалле. Соединили два разных металла и получили новое свойство — изменение формы от температуры, — вспомнил Дима.
— Отличный пример!
— На самолетах используют турбовинтбвые двигатели — объединение винта и реактивного двигателя.

Первыми живыми организмами на Земле были одноклеточные. Возможности их были невелики. И они стали объединяться в колонии. Чем больше в колонии клеток, тем она сильнее. Но появляются и неудобства — мешают они друг другу. Тогда возникает «разделение труда». Разные группы клеток начали выполнять разные функции: добычу пищи, переваривание, защиту от врагов, общее управление... Появляется иерархия — подчинение одних групп другим. Происходит постепенное развертывание системы. Чем выше по развитию живой организм, тем сложнее и многоступенчатее его структура. Аналогично развиваются и технические системы.

Развертывание в технике происходит двумя путями: системы объединяются друг с другом (такое объединение называется переходом в надсистему) либо система постепенно дробится на части. Самый первый шаг к объединению — это попарное объединение. В ТРИЗ это называют переходом к би-системе (сдвоенной). Просто поразительно, как много новых свойств дает би-переход! Особенно эффективен он, когда объединяются системы-конкуренты, предназначенные для выполнения одной и той же функции, но работающие на разных физических принципах. Объединение конкурентов чаще всего используется, когда одна система уже исчерпала возможности своего развития, а другая только-только родилась. Первые паровые машины ставили на парусные корабли, потому что машины были еще недостаточно экономичными. Но во время штиля они выручали. Таким образом, парусно-паровой корабль сочетал в себе достоинства парохода — независимость от ветра — и экономичность парусника. И первые реактивные двигатели были установлены на самолете с обычными поршневыми моторами. Работать они могли всего несколько минут, но разгоняли самолет до рекордной скорости. Набрав силы в «содружестве» со старой системой, новая постепенно занимает ее место. Конечно, при объединении систем нужно следить, чтобы появились полезные качества и исчезли ненужные, вредные. Иначе может получиться как у одного незадачливого огородника: после многолетней работы он вывел гибрид репы с капустой, у которого вершки были от репы, а корешки от капусты!

— Эта задача на объединение конкурентов? — спрашивает Женя.
— Да.
— Тогда все просто. Нужно заполнить камеру дешевым инертным газом и откачать.

Теперь можно откачивать не до миллионной доли атмосферы, а только до тысячной. Все равно кислорода останется, как при миллионной. Так у нас и газ дешевый, и откачка намного проще... Развертывание системы на би-переходе не останавливается. Следующий шаг — переход к полисистеме, когда объединяется либо много систем, либо однородная система разбивается на множество элементов.

— Я читал, что теперь используют суда, состоящие из отдельных частей, каждая из которых может самостоятельно держаться на плаву. Их можно собирать вместе и возить как поезд.
— Верно, такие судна называют лихтеровозами. Баржи-лихтеры соединяют друг с другом, к ним пристыковываются носовая и кормовая части с двигателями — и судно готово в дальний путь. В порту каждый лихтер самостоятельно становится под разгрузку, а новый лихтеровоз собирается из заранее нагруженных барж и уходит без задержки в следующий рейс. Это типичный переход к полисистеме.

И на полисистемах развитие не останавливается. Полисистемы усложняются, внутри появляется собственная структура, иерархия, внутренние связи. Это хорошо видно на развитии одной не совсем технической системы.

...В 490 году до нашей эры огромная армия персов высадилась на побережье Греции. Их встретило сравнительно небольшое войско афинян. Но сражение при Марафоне, как известно, закончилось разгромом завоевателей. Всего 192 афинянина погибли в нем, а персов — свыше 6 тысяч, остальные бежали в панике. Как это могло случиться? Персы были прекрасными воинами. Но они умели биться только каждый за себя. А афиняне были обучены сражаться в строю — знаменитой греческой фаланге. 10 тысяч афинян, построенные в ровные шеренги, ощетинившиеся копьями, бегом бросились на лагерь персов и промчались через него, сокрушая все на своем пути. Так система победила бессистемность.

А можно ли победить фалангу? Ее «победил» через несколько столетий римский легион. При своих достоинствах фаланга была крайне неуклюжа. Как развернуть 10 тысяч человек при неожиданном нападении с фланга? Римский легион состоял из отдельных небольших фаланг, которые назывались манипулами. Каждая манипула могла маневрировать самостоятельно, а при необходимости манипулы объединялись в единую грозную фалангу.

— Как лихтеровоз! — воскликнул Алеша.
— Да. Сначала все манипулы были однородными. В более поздние времена манипулы разделились на три линии: в первой шли малообученные легковооруженные бойцы, а в третьей — тяжеловооруженные опытнейшие воины — триарии, прослужившие 20 и более лет.

В античные времена командир легиона сам участвовал в сражении, или командовал, посылая ординарцев. Сегодня армия — это сложнейшая многоуровневая иерархическая система с множеством внутренних связей, по которым снизу вверх поступают сведения, а сверху вниз — приказы. В ней взаимодействуют различные подразделения, специалисты многих военных профессий. Словом, армия напоминает современный обрабатывающий центр с множеством разных инструментов, датчиками, которые сообщают «командованию» — центральному процессору — ЭВМ информацию, с рабочими органами, выполняющими «команды».

 — Значит, все технические системы в конечном итоге превратятся в автоматизированные, роботизированные, компьютеризованные комплексы? — ставит вопрос ребром Женя.
— И да, и нет. Пора обратить внимание на экран «СВЕРТЫВАНИЕ».

— Сделать другую, более надежную схему!
— Выполнить коммутатор на микросхеме!
— Тогда вулканизатор станет еще дороже!
— Нет, ребята, вы предлагаете сделать нашу систему еще более сложной и дорогой, продолжаете ее развертывать. А нужно попытаться свернуть.

Преподаватель рассказывает случай из собственной практики. Ответственные детали мощных автоматических выключателей покрывают серебром. Деталь опускают в ванну с раствором соли серебра. Но выяснилось, что серебрить нужно не всю деталь, а только небольшой «хвостик». Тогда предложили накрывать ванну сеткой, на которую укладывали детали «хвостиками» вниз. Это позволило экономить серебро. Но оказалось, что получается много брака. Уровень раствора в ванне колеблется, соответственно «хвостик» либо покрывается серебром не на полную высоту, либо уходит лишнее серебро. Решили создать установку для контроля и поддержания уровня раствора. Конструкторам выдали техническое задание на его разработку. Установка должна была включать датчики уровня, систему кранов для впуска и выпуска раствора, управляющее устройство и т. п. Конструкторы брались за дело очень неохотно. Известно, что производство грязное, датчики будут засоряться, отказывать. И тогда на помощь пришли специалисты по ТРИЗ. Какое решение было бы идеальным?

— Чтобы положение деталей само изменялось с изменением уровня электролита, тогда никакие датчики и устройства будут не нужны...
— А как это сделать?
— Так это же просто! Нужно, чтобы сетка плавала в ванне! Это и было предложено. Система была «свернута», еще даже не развернувшись. И помогла изобретателям физика. Какой закон физики был использован?
— Закон Архимеда!
— — Верно. Закон Архимеда «сработал» и за датчики, и за управляющее устройство. А теперь вернемся к вулканизатору. Знаете ли вы такой закон физики, который мог бы там заменить сложное устройство?

Ребята молчат. Законов много, так сразу и не вспомнишь. Нужно сформулировать идеальное решение.

— Идеально было бы, если бы температура поддерживалась сама все время, без регуляторов.
— Давайте нарисуем график температуры, который нам нужен. К доске выходит Дима и начинает рисовать, комментируя:
— Сначала температура растет, пока не достигнет заданной. Потом в течение 10 — 15 минут она должна не меняться. — На графике появляется горизонтальная площадка. — А потом она может снижаться.
— Что нам необходимо?
— Чтобы была «площадка»...
— Вспомнил! — вмешивается Миша. — Я видел такую площадку в учебнике физики, называется «теплота плавления»! Если какое-то вещество начало плавиться, то пока все не расплавится, температура не повышается!
— Верно. Это происходит, потому что энергия нагрева идет не на повышение температуры, а на плавление. Аналогично и при охлаждении: пока всё не затвердеет, температура не падает. Теперь понятно, какое решение нужно?
— Понятно! Нужно снабдить нагреватель некоторым количеством вещества, которое плавится при нужной нам температуре!
— А как обеспечить необходимое время выдержки?
— Наверное, это зависит от количества вещества?
— Правильно. Вот мы и «свернули» нашу систему. Датчиков нет, коммутатора нет. Получилось очень простое устройство.
— Здорово!
— Конечно! Какой был самый массовый самолет во время Великой Отечественной войны?
— Ла-5?
— Як-3! Ил-2!
— Ил-2. Знаменитый штурмовик конструктора С. Ильюшина. Перед войной в разных странах пытались создать самолет такого класса. Но штурмовик должен быть с броней, и самолеты получались слишком тяжелыми. Все пытались крепить броню к корпусу самолета. А Ильюшин предложил делать сам корпус из брони — и Ил-2 стал лучшим самолетом войны!
— А велосипедный ключ на разные размеры — это ведь тоже
свертывание»?
— Конечно. Все системы так и развиваются. Сначала развертывание, обеспечивающее появление и эффективное выполнение новых функций за счет усложнения системы, а потом — свертывание, когда за счет перехода на микроуровень, повышения динамичности системы упрощаются, становятся надежнее, проще, дешевле, сохраняя полезные функции.

Вечерние размышления

Мы подробно рассмотрели сегодня еще несколько закономерностей развития технических систем. Интересно, что они действуют не только в технике. В психологии давно известны понятия «свертывание» и «погружение» — основные способы изучения, понимания, запоминания любого материала, освоения навыков. Боксер отрабатывает технику удара по частям: движение ног, корпуса, поворот плеча, движение руки, потом локтя, кисти. Даже в медленном темпе вначале это трудно выполнить правильно. Но постепенно отдельные движения сливаются в одно, доведенное до полного автоматизма, — мгновенный удар. Комплекс движений «свернут» и «погружен» в подсознание, перешел на инстинктивный уровень.

Мало кто способен запомнить подряд хотя бы сотню несвязанных слов. А стихотворение, даже длинное, запомнить несложно — оно легко «свертывается», укладывается в памяти и так же легко потом «развертывается»: слова, строчки тянут за собой другие слова и строчки. Понять — значит уметь свернуть и потом развернуть. Почему же так мало используется этот универсальный механизм? Пожалуй, только В. Ф. Шаталов применяет его сознательно. Даже обычный лист бумаги свертывается не как попало, а в закономерных направлениях. Хорошо свернуть материал можно, только зная его внутренние закономерности построения. Когда информация свернута, остается несколько основных «памятных знаков», тех «ниточек», за которые нужно потянуть, чтобы информация развернулась. Такие «ниточки» и знаки — опорные конспекты В. Ф. Шаталова, его выразительные рисунки и схемы. Аналогичную роль выполняют и наши плакаты, рисунки на доске, интересные истории, технические примеры. Это наши «памятные знаки», помогающие ребятам понять, «свернуть» и «погрузить» в себя элементы ТРИЗ.

ДЕНЬ ВОСЬМОЙ

ДЕНЬ ДЕСЯТЫЙ