Такие направления развития, как инвертирование системы, повышение к.п.д., повышение проводимости ЭК и повышение устойчивости определяются существованием внутренних процессов в ТС. Нет оснований утверждать, что повышение энергетической проводимости является законом, т.к. для реализации полезного процесса может потребоваться совсем обратное. Например, если возникнет необходимость временно снизить производительность ТС.
Процесс характеризуется рядом параметров, которые должны поддерживаться или, наоборот, меняться по заданному закону. Принцип действия регулятора основан на замерах отклонений регулируемого параметра от образцового значения, которое может устанавливаться человеком в ходе процесса управления или может быть задано (установлено) заранее. Значения параметров определяются при помощи датчиков, с которых начинается любая линия обратной связи. Линия обратной связи включает в себя также источник образцового значения параметра, преобразователь сигнала и исполнительное устройство. Перечисленные узлы являются обычными техническими объектами, в которых можно отыскать (определить) свои ТС.
Преобразователи, принцип действия которых основан на замерах значения регулируемого параметра, называются параметрическими регуляторами или, сокращенно, П-регуляторами. Главный их недостаток – реакция «де-факто», т.е. когда изменение уже произошло. На возврат параметра к исходному значению требуется некоторое время, поэтому П-регулятор реагирует с запаздыванием, т.к. не способен спрогнозировать значение параметра на следующий отрезок времени.
Более совершенны регуляторы, реагирующие на значение производной от значения параметра, т.е. скорость. Этот регулятор называется И-регулятором (интегральный регулятор). И-регуляторам присущ тот-же недостаток. Дифференциальный регулятор (Д-регулятор) реагирует на изменение второй производной, т.е. на ускорение изменения параметра. Наиболее совершенные регуляторы представляют из себя комбинацию П-регулятора, И-регулятора и Д-регулятора. Это т.н. ПИД-регуляторы. Иногда используют обозначение «PID-регулятор».
Отличие П-регулятора от ПИД-регулятора хорошо заметно при сравнении поведения за рулем водителя-профессионала и водителя-новичка. На начальном этапе обучения новичок плохо улавливает связь между своими действиями и поведением автомобиля, поэтому при уходе с прямой автомобиль успевает отклониться от нее на большое расстояние, прежде чем новичок отреагирует. Поведение новичка меняется, когда он научится реагировать на величину, скорость и ускорение ухода автомобиля от требуемой траектории.
Функции компонентов линии обратной связи в ряде случаев могут выполнять элементы, вновь вводимые или уже имеющиеся в ТС. Задачи на измерение относятся к проблемам управления и в «Стандартных решениях изобретательских задач» можно найти множество способов решения этих проблем, а также проблем улучшения управляемости.
При наличии линии обратной связи несложно организовать управление полезным процессом. Преобразователь сигнала дополняется устройством, позволяющим в широких пределах менять уровень сигнала и тем самым - параметры процесса. Необходимо различать цели введения обратной связи и управления. Отрицательная обратная связь вводится для повышения устойчивости ТС к изменениям Среды, а управление – для оперативного влияния на ход полезного процесса.
Иногда в ТС используется положительная обратная связь, например, для генерации сигналов или усиления слабых сигналов. Применяется также «обратная связь вперед», при которой исполнительное устройство имеет мощность, достаточную для «подкачки» энергии на выход ТС при перегрузках.
Минимальное участие Оператора в работе ТС может заключаться в инициировании и/или прекращении ГПП, но и оно не является системообразующим условием. К примеру, биметаллическая пластинка (или ее монометаллический аналог, имеющий специальную форму) не содержит источника энергии и не нуждается в инициирующем воздействии. Это воздействие в данном случае оказывает энергия, поступающая из Среды
Человек и САМ способен играть роль достаточно сложной ТС, инициатора полезного процесса и линии обратной связи, наделенной прогнозирующим устройством. Даже наличие инструмента (рабочего органа) не всегда обязательно, т.к. руки (или другие части тела) сами по себе являются достаточно совершенными инструментами. Вообще говоря, использование в ТРИЗ термина «Человек» часто является источником различных недоразумений. Психологи давно решили эту проблему, придерживаясь ролевой терминологии в отношении человека. Дело в том, что каждое мгновение своей жизни человек играет какую-то роль – пассажира, водителя, Решателя, Оператора, руководителя, преподавателя и т.п. Причем играет со всей серьезностью! Так человека и надо воспринимать – по исполняемой роли.
Минимально необходимое для инициирования системы количество информации составляет 1 бит, но его нельзя отличить от случайного воздействия Среды. В технике это явление известно, как ложное срабатывание, поэтому в отношении некоторых процессов применяется усложнение процедуры инициирования. Следует отметить, что усложнение процедуры только снижает вероятность ложных срабатываний, никогда не сводя ее к нулю. Возможность использования энергии в качестве инициирующего воздействия дает возможность выстраивать цепочки взаимозависимых процессов. Пример такой цепочки: палец - спусковой крючок – курок – боек – капсюль – порох – пуля – ствол - мишень. В цепочке перечислены не сами процессы, а их носители. Читателю предоставляется возможность самому перечислить эти процессы.
Решатель лишен возможности управлять процессами непосредственно, но способен влиять на них посредством создания соответствующих структур. Вот здесь и возникает конфликт между желаемым и действительным. Создавая или совершенствуя структуру М-процессора, Решатель имеет приблизительное представление о поведении Среды и гораздо более слабое - о дереве процессов, которое отнюдь не заканчивается на «физэффектах». А «физэффекты» тоже реагируют на состояние Среды и оказывают влияние на состояние ЭК. Имея столь приблизительные представления о предмете совершенствования, несложно ошибиться в ожиданиях, поэтому новшества всегда должны проходить испытание.
Чтобы выявить другие возможные направления развития ТС, необходимо уточнить, какие характеристики являются для процессов наиболее общими. Первое, что надо отметить - процесс протекает во времени и в пространстве. Во времени он характеризуется моментами начала и завершения, следовательно, здесь можно говорить о его скорости. В пространстве он характеризуется объемом, занимаемым носителем процесса. В этом случае мы можем говорить о его интенсивности.
Развивать систему вынуждает и ряд внешних причин:
1. Требуется пополнять запас вещества – вещество (рабочий орган) может пополняться самыми разнообразными способами. Например, организацией потока вещества или простой заменой.
2. Требуется пополнять запас энергии – эта линия развития приводит к использованию встроенного источника энергии (ИЭ). В этом случае имеет место пространственное разделение рабочего органа (РО) и источника энергии. Пространственное разделение вынуждает решать проблему передачи энергии от ИЭ к РО, т.е. вводить трансмиссию.
3. Требуется увеличить скорость процесса – увеличениескорости полезного процесса может производиться за счет использования дополнительных преобразований энергии.
4. Требуется увеличить интенсивность процесса – развитие ТС по линии «моно – би -…- поли».
Итак, выявлено 8 основных причин, побуждающих к развитию ТС. Из них 4 являются внутренними и 4 - внешними. Дополнительно выявлено, что трансмиссия и преобразователь энергии появляются в ТС по совершенно различным причинам. Это тоже неожиданный вывод.
Изделие, источник энергии, преобразователь энергии, трансмиссия, система управления и система пуска/остановки не являются системообразующими.
Главное свойство фрактальных структур – экономность. Минимум вещества, минимум энергии. Развитие их определяется ограничениями, вытекающими из особенностей Среды и реализуемого процесса. Суперпозиция фракталов является оптимальной формой сосуществования технического объекта со Средой. Экономность - главное требование к системе, а не пресловутая «идеальность». Есть и другие важные требования (и в то же время – направления развития) – приспособленность к человеку и Среде, лаконичность, выразительность, отражающая специфику работы. Эстетика не оперирует цифрами, но красоту и функциональность Потребитель способен оценить не хуже иного эксперта. Иногда целью Потребителя может являться именно дороговизна и никто ему не может этого запретить. Есть также требования, вообще не имеющие никакого отношения к потребительским качествам – например, защита системы «от дурака».
Развитие структуры ТС вне перечисленных направлений может идти за счет усложнения фрактала, а естественным ограничителем здесь является снижение надежности структуры при возрастании числа ее элементов. Дальнейшее развитие может идти за счет повышения многофункциональности, т.е. динамизацией элементов, связей, структуры, состава. Нет принципиальных запретов на комбинирование направлений развития.