2010年4月7日水曜日

システム要素の不均等発達の法則

 実際問題を解決したり技術発展を予測したりするにあたっては、技術システムの要素におけるボトルネックを正確に把握することが大変重要です。更に、要素が抱えている矛盾を見いだし、まさにこの箇所に対する継続的改善に力を注ぐ必要があります。

 システム要素の発達は不均等に進み、システムが複雑であればあるほど、その要素の発達は不均等になります。

 発達に伴い、技術システムの要素は人や環境からの変化する要求に従って改良されていきます。技術システムには、様々なライフステージにある、異なる発達段階の構成要素が含まれます。これらの不一致は矛盾という形で表現することができます。
特に、際立った矛盾がシステムの最も弱い部分であるボトルネックに現れます。
 システム要素の発達が不均等である理由のひとつとしてリソースによる制約があげられます。まず、物質資源に加えて開発、実装や市場参入の時間です。そして、この段階におけるかなりの制約は問題解決のための手法の欠如によりもたらされます。

●S字型カーブ

 技術システム(や生体システムなどの他のシステム)の生涯は、システムの主要パラメーターが時とともに変化していく様子を示すことにより描くことができます。
 このS字型カーブは、技術システムとその主要パラメーター(速度、出力、効率など)がその一生の間にどのように変化するかを示しています。システムによってカーブの形状は異なりますが、あらゆるシステムに対する共通点として、以下の段階を含むことがあげられます:
  • 幼少期
  • 成熟期
  • 老齢期
 技術システム全体の発達は、その要素の不均等な発達により、不規則に進むということに注目すべきです。
 幼少期(第1区分)では、技術システムはゆっくりと発達します。通常、この開発段階は先行システムの成熟期老齢期と重なります。新システムはまだ弱く、その主要パラメーターは旧システムのパラメーターよりも悪いかも知れません。若いシステムの開発のためのリソースが不足しているからです。でも、新たな作動原理は大きな潜在的可能性を秘めています。
 旧システムが残っていると、若い競合システムが出現しにくくなります。そして、旧システムが消えて初めて新システムの急速な発展が始まります(下図のα点)。成熟期(第2区分)の始まりです。
 ある時点(下図のβ点)から発達速度が鈍り始め、老齢期(第3区分)が始まると、新たな若い技術システムがいつでも出現しそうになります。下図のγ点を過ぎると、技術システムは新たなシステムに置き換わるか、あるいは、自転車の場合のように、ずっと変わらなくなってしまいます。

 発達過程において、技術システムは絶えざる変化に見舞われています。材料は変わり、また、より進歩した要素に置き換わる部分もあります。したがって、ある技術システムの生涯を表す線はそのシステムを構成する複数のサブシステムに対応するS字型カーブとして示すことができます(下図):

                      時間 →

 技術システムは以下のように多くの側面で不均等に発達します:
  • 技術システムの発達速度はその生涯における様々な段階で異なります
  • 技術システムの要素であるサブシステムの発達段階は時とともに異なります
  • それぞれのサブシステムの年齢は異なります
  • 技術システムの発達速度はその生涯における特定の段階内でも異なります
  • 条件が変わることにより、過去に排除されたサブシステムが一時的に復活することがあります
 技術システムの様々な要素に対して矛盾を見いだすことができますが、そのうちどの矛盾が最も制限的であるかを評価する必要があります。これに際し、選択した機能を実行しようとする場合に生じる有害作用や矛盾の数などが指標となります。

 時間に伴う発達により、技術システムは変化していきます。いくつかのサブシステムは、特定の条件下でより効率的なものに置き換わります。外部状況や人的要求も変わります。これらの変化が蓄積し、実際の使用や人的改良の過程でシステムの要素間や他のシステムとの間で対立が生じ、新たな発達の可能性のもととなります。
 この発達は時間に対して均等には進みません。システム内には最善のパラメーターを有する要素もあれば、システムの全体的な発達の足を引っ張るものもあります。
また、(技術システムの機能を実行する)主要パラメーターの意味合いも時に伴う不均等な変化に依存します。

このように

「システム要素の発達は不均等に進み、システムが複雑であればあるほど、その要素の発達は不均等になる」わけですが、

これをシステム要素の不均等発達の法則 と言います。


Copyright notes

This book has been developed in the frame of the TETRIS project funded by the European Commission—Leonardo da Vinci Programme.
The partners of the project consortium are:
AREA Science Park (Italy) www.area.trieste.it (project coordinator)
ACC Austria Gmbh (Austria) www.the-acc-group.com
European Institute for Energy Research - EIfER (Germany) www.eifer.uni-karlsruhe.de
Fachhochschule Kärnten (Austria) www.fh-kaernten.at
Harry Flosser Studios (Germany) www.harryflosser.com
Higher Technical College Wolfsberg (Austria) www.htl-wolfsberg.at
Jelgava 1. Gymnasium (Latvia) www.1gim.jelgava.lv
Siemens AG, Sector Industry, Industrial Automation and Drive Technology (Germany) w1.siemens.com/entry/cc/en/
STENUM Environmental Consultancy and Research Company Ltd (Austria) www.stenum.at
Technical Institute for Industry “Arturo Malignani” (Italy) www.malignani.ud.it
The educational center for adults of Jelgava (Latvia) www.jrpic.lv
University of Florence (Italy) www.dmti.unifi.it

2010年4月6日火曜日

システムの理想性向上の法則

 あらゆるシステムの発達は、理想性の度合いが増大する方向に進みます。

 理想性の概念は次の式で説明することができます: I = E/C
ここで、
     I: 理想性
     E: 最大限の効果
     C: 最小限のコスト
です。

 つまり、より大きな効果をより少ないコストで得られるほど理想性が高くなります。
 また、同じコストであれば効果を増大させることにより、そして、同じ効果であればコストを減らすことにより理想性を向上できます。
 なお、この場合のコストには、お金だけではなく、エネルギーや時間など経済、社会、環境などの観点も含まれます。

●理想システム

 コストが全くかからずに機能を実行するシステムのことです。
 上の式に当てはめると、C = 0 なので、I = E / 0 = ∞ となり、理想性の度合いは無限大になります。
 「タダほど(理想性が)高いものはない」ということです。

●理想解

 マイナス効果を何一つ引き起こさない解決策のことです。
 一般的に理想解は達成不可能ですが、解決策の評価基準として用いられます。
 理想解と比較することにより、解決策をより客観的に評価することができます。

●理想最終結果(Ideal Final Result - IFR)

 相容れない二つの要求に起因する具体的な矛盾を解消した姿のことです。
 これにより、矛盾を解消する解決策に対する評価の基準が決まります。
 すなわち、理想最終結果に近い解決策ほど優れたものと見なされます。

●問題状況に対する解決策の「最も望ましい結果(Most Desirable Result - MDR)」

 問題状況に対する解決策の結果として得たい最大限の目的のことです。
 これは、ある問題状況において必要なあらゆる理想システムと理想最終結果を統合したものであり、理想解へ最大限に近づくことを目的としています。

●S字型カーブ

 技術システム(や生体システムなどの他のシステム)の生涯は、システムの主要パラメーターが時とともに変化していく様子を示すことにより描くことができます(下図):

S字型カーブ

 このS字型カーブは、技術システムの主要パラメーター(速度、容量、生産性など)がその一生の間にどのように変化するかを明確に示しています。システムによってカーブの形状は異なりますが、共通点として、以下の段階を含むことがあげられます:
  1. 幼少期
  2. 成熟期
  3. 老齢期
 技術システムの発達過程においてその主要パラメーターは増大し、システムは良くなり、理想に近づいていきます。分析するシステムのこれまでの開発に関する特許やその他の情報をもとにシステムの主要パラメーターの時間による変化をS字型カーブとして描くことにより、システムが発達過程のどの段階にあるかを知ることができます。

 理想性向上には以下のようにいくつかの段階があります:
  • コストは増えるが、システムのパラメーターをそれ以上に改善する
  • コストを変えずに、システムのパラメーターを改善する
  • コストは増えるが、システムに新機能をそれ以上に追加する
  • コストを変えずに、システムに新機能を追加する
  • コストは減らし、システムのパラメーターを改善する
  • コストは減らし、システムに新機能を追加する
 技術システムを他のシステムと統合したり、その主要機能を新システムに組み込んで自身はサブシステム化したりすることにより、もとのシステムの姿を完全に消すことができた場合、大幅にコストを減らすことができます。

 技術システムの発達段階(S字型カーブの第2、第3段階)における存続特性として、あらゆるシステムの発達は、理想性の向上へ向かい、以下の段階で構成されます:
  1. 主要パラメーターの増大
  2. 機能を実行するためのコストの減少および新たな機能の付加
  3. 他システムとの統合による機能の移動または他システムの機能の実行
このように

「あらゆるシステムの発達は、理想性の度合いが増大する方向に進む」わけですが、

これをシステムの理想性向上の法則 と言います。


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2010年4月5日月曜日

2010.4.4 柳谷杯

Section F Team #11
Team 218VP(3/14位) [Av. 195VP + 23VP]

http://www.fitsys.jp/JtosResultPage/WrpMultiRanking.aspx?CC=JCBL&TC=JCBL10040303&Id=0

Session 4
Board: 19
Dealer: South
Vul: E-W

E
S: 3
H: K5
D: 107
C: AKQJ9854

N  E  S  W
  P 1C
P  ?

Q1. Eのビットは?

-------------------

N  E  S  W
P 1C
P 2C* P 2NT
P  ?

(*): inverted minor

Q2. Eのビットは?

-------------------

N  E  S  W
P 1C
P 2C* P 2NT
P 4C P 4H**
P  ?

(*): inverted minor
(**): 0/3 aces

Q3. Eのビットは?

-------------------

N  E  S  W
P 1C
P 2C* P 2NT
P 4C P 4H**
P 7C P  P
P

(*): inverted minor
(**): 0/3 aces

OL: DK

W
S: A954
H: AJ9
D: AJ6
C: 1063

Q4. プレーの方針は?

http://www.fitsys.jp/JtosResultPage/WrpTrvView.aspx?CC=JCBL&TC=JCBL10040303&Id=9

2010年4月4日日曜日

システム要素のリズム調和の法則

 技術システムが生き延びられるためには、システムのすべての部分でリズム(振動数、周期)が調和している必要があります。

 技術システムの制御パラメーターは、振動数、周期以外に方向、速度、相、順序、気孔率などの場合もあります。
 技術システム要素のリズムの不一致は技術システムの不均等な発達の理由のひとつにもなっています。

●例: スピーカー

裸のスピーカーの場合、後ろ側から回り込んだ音が前方から出る音と調和していないため、干渉して前方から出る音を弱めてしまいます

後ろ側から回り込んだ音が前方から出る音と調和するように遮蔽板を付けることができますが、半波長の迂回をさせるためには(50ヘルツの場合)3メートル四方の面が必要となり、家庭用音響再生装置としては大きくなり過ぎます


「遮蔽板は、調和させるためには大きくなくてはならないが、家庭用とするためには大きくてはならない」という物理的矛盾を発明原理「新次元移行(別次元移行)」により解決して立体的なスピーカーにすると幾分コンパクトにできます

後ろ側から音が回り込まないようにスピーカーの背後を密閉してしまうことができますが、そうすると、密閉領域内の振動数が拡散板の振動数と合わないために、特に低周波領域の再生が劣化してしまいます

密閉領域を大きくすれば、これにより形成される空気バネの弾性を小さくして上記の弊害が起こらないようにすることができますが、そのためには巨大な領域(5000リットル、20メートルの部屋)が必要となります


このように

「システムのすべての部分でリズム(振動数、周期)が調和している必要がある」わけですが、

これをシステム要素のリズム調和の法則と言います。


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2010年4月3日土曜日

システムの「エネルギー伝導性」の法則

 技術システムが生き延びられるためには、エネルギーがシステムのすべての部分を通って妨げられることなく流れる必要があります。

 技術システム内のある部分を制御するためには、その部分と制御装置の間でエネルギーの伝導性を確保する必要があります。
 技術システムの4つの基本要素(エンジン、伝達装置、ツール、制御装置)を通って流れるエネルギーは、下図の赤い矢印で示されます:















4要素モデルのエネルギー伝導性


 したがって、技術システムは以下の手順により解析できます:

1. 技術システムの4要素モデルを構築する
2. 各構成要素を通ってエネルギーが流れていることを確認する(上図の太い赤矢印)
3. 各構成要素と制御装置の間にエネルギー伝導性があることを確認する
 (上図の細い赤矢印)
4. どのような場が用いられているか調べ、うまく作用していない場を置き換える必要性と可能性を以下の順にしたがって検討する:
 重力場 → 機械場 → 熱場 → 磁場 → 電場 → 電磁場

 このように
「技術システムが生き延びられるためには、エネルギーがシステムのすべての部分を通って妨げられることなく流れる必要がある」わけですが、
これをシステムの「エネルギー伝導性」の法則と言います。


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2010年4月2日金曜日

システム要素完全性の法則

 技術システムが生き延びられるためには、システムの基本的要素がそろっていて機能する必要があります。
 技術システムが制御可能であるためには、その要素の少なくともひとつが制御可能である必要があります。ここで、「制御可能」とは、制御する人の要求に応じて特性を変えることを意味します。

 技術システムの主要部分は、下図の破線で囲まれているエンジン伝達装置ツール制御装置です。














技術システムの主要部分


 破線で囲まれていないエネルギー源産物は通常、技術システムに含まれません。例えば、水車を動かす川の水流とか風力発電用回転翼の羽根を回す風などのエネルギー源です。
(懐中電灯の電池の場合など、エネルギー源エンジンが一体化している特殊な場合などには技術システムの一部と見なされることもあります。)

 一般的なガソリン自動車の主要機能を「人を運ぶ(人をある場所から別の場所へ動かす)」とした場合、技術システムの主要部分などは以下のようになります:
  • 産物: 主要機能の対象となる
  • ツール: 主要機能を果たすために産物と直接的に関わり合っている座席
  • エンジン: ツールが主要機能を果たす形にエネルギーを変換する内燃機関
  • 伝達装置: エンジンからツールへエネルギーを伝えるトランスミッション
  • 制御装置: エンジン伝達装置ツールを制御する制御機構
  • エネルギー源: エンジンが動作するために必要なガソリン酸素
 一般的なガソリン自動車の主要機能を「(自動車)自身をある場所から別の場所へ動かす」とした場合、技術システムの主要部分の何れかに問題があるとどうなってしまうか見てみましょう。
  • エンジン: ガソリンや酸素が無かったら、エンジンが動かないので動力を生み出せません
  • 伝達装置: ピストンの往復運動を車軸の回転運動に変換しないと、前後に動けません
  • ツール: タイヤと路面の間に充分な摩擦が無ければ、推進力を得ることができません
  • 制御装置: 燃焼の制御、進行方向の制御などができなければ、機能を果たせません
 このように
「技術システムが機能するためには、システムの基本的要素がそろっていて動作する必要がある」わけですが、
これをシステム要素完全性の法則と言います。


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2010年4月1日木曜日

空飛ぶ円盤

 適切な科学的効果を見つけられるように、要求される効果に応じて物理現象が構造的に分類された知識データベースを組み込んだオンラインサービスを見てみましょう。

●例 「空飛ぶ円盤」

1. 一般的な問題記述

 円盤状の自力飛行物体を飛ばしてみたい

2. 要求機能としての問題記述

 「円盤状の自力飛行物体」 → 「(円盤状の)物体」を(空中で)「移動させる」

3. 効果データーベースの使用

 「物体」 → (一般化すると)「固体」 → (英語では) solid (substance)

 「移動させる」 → (一般化すると)「動かす」 → (英語では) move(s)

 「物体」を「移動させる」 → (一般化すると、英語では) Moves Solid

 Moves Solid に分類された科学的効果とその事例を見てみる(下図)


















4. 適切な物理現象

 役立ちそうな科学的効果 → Coanda Effect (コアンダ効果)

5. 物理現象の解釈とアイデア創出

 コアンダ効果とは、上図で説明されているように、流れの中に物体を置いた時にその物体に沿って流れの向きが変わる流体の性質です。

 上図の事例を右に90°回転させて下向きの推進力を得れば、(水中ではなく)空気中でも使えそうですね。この性質を利用して、空飛ぶ円盤を作ってしまいましょう(下図)。


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