Технические противоречия

Изобретательские задачи часто путают с задачами техническими, инженерными, конструкторскими. Построить обычный дом, имея готовые чертежи и расчеты, - задача техническая. Рассчитать обычный мост, пользуясь готовыми формулами, - задача инженерная. Спроектировать удобный и дешевый автобус, найдя компромисс между "удобно" и "дешево", - задача конструкторская. При решении этих задач не приходится преодолевать противоречия. Задача становится изобретательской только в том случае, если для ее решения необходимо преодолеть противоречие.

Не сталкиваемся мы с противоречиями и при решении задач первого уровня. Строго говоря, это задачи конструкторские, а не изобретательские. Юридическое понимание термина "изобретение" не совпадает с пониманием, так сказать, техническим, творческим. По-видимому, со временем юридический статус изобретения будет несколько изменен, и простые конструкторские решения перестанут считаться изобретениями. Во избежание путаницы будем пока пользоваться словосочетанием "изобретательская задача первого уровня", помня, однако, что подлинные изобретательские задачи второго и более высоких уровней обязательно связаны с преодолением противоречий.

В самом факте возникновения изобретательской задачи уже присутствует противоречие: нужно что-то сделать, а как это сделать - неизвестно. Такие противоречия принято называть административными (АП). Выявлять административные противоречия нет необходимости, они лежат на поверхности задачи. Но и эвристическая, "подсказывательная" сила таких противоречий равна нулю: они не говорят, в каком направлении надо искать решение.

В глубине административных противоречий лежат технические противоречия (ТП): если известными способами улучшить одну часть (или один параметр) технической системы, недопустимо ухудшится другая часть (или другой параметр). Технические противоречия часто указаны в условиях задачи, но столь же часто исходная формулировка ТП требует серьезной корректировки. Зато правильно сформулированное ТП обладает определенной эвристической ценностью. Правда, формулировка ТП не дает указания на конкретный ответ. Но она позволяет сразу отбросить множество "пустых" вариантов: заведомо не годятся все варианты, в которых выигрыш в одном свойстве сопровождается проигрышем в другом.

Дополнение.

Любую задачу можно назвать изобретательской, если для ее решения нужно разрешить противоречие. В ТРИЗ различают три вида противоречий: административное, техническое и физическое . АДМИНИСТРАТИВНОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ возникает, когда необходимо что-то сделать, но неизвестно каким способом.

ПРИМЕР. Необходимо повысить точность обработки какой-либо детали, но как? То ли платить дополнительно рабочему за увеличение точности, то ли использовать более совершенный станок, то ли вообще сменить технологию обработки.

Преодолевая административные противоречия каким-либо способом, сталкиваемся с противоречием техническим .

ПРИМЕР. Допустим, решили увеличить скорость самолета и для этого поставили на него мощные двигатели. Но крылья не могут оторвать от земли потяжелевший самолет. Решили увеличить крылья, но возросшее лобовое сопротивление свело почти на нет мощь новых двигателей.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ - это конфликт внутри технической системы между ее параметрами, узлами, деталями.

При уточнении задачи техническое противоречие заменяется физическим.

ФИЗИЧЕСКОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ возникает между параметрами технической системы в каком-либо одном элементе или даже его части.

ПРИМЕР Для приведенной выше задачи с самолетом физическое противоречие для крыла звучит так:

ДОЛЖНО БЫТЬ маленькое крыло, ЧТОБЫ не создавать лобовое сопротивление и не уменьшать скорости самолета, иДОЛЖНО БЫТЬ большое крыло, ЧТОБЫ оторвать самолет от земли.

Физические противоречия в простейших случаях можно разрешить, разделяя противоречивые требования во времени и в пространстве, иногда используют фазовые переходы и другие физические эффекты.

Например, разрешение противоречия во времени: во время полета крыло маленькое, а во время взлета и посадки - большое (крыло с изменяемой геометрией).

Для закрепления материала рассмотрим еще один пример. На игрушечной фабрике решили освоить новинку - летающую куклу Карлсон. Но как сделать куклу достаточно эстетичной и заставить ее летать - непонятно (это АДМИНИСТРАТИВНОЕ противоречие).

В результате разрешения административного противоречия пришли к ТЕХНИЧЕСКОМУ противоречию: если у куклы винт большой, то она летает, но внешний вид у нее ужасный - не Карлсон, а ветряная мельница. Если винт маленький, то внешний вид прекрасный, но летать кукла отказывается.

Физическое противоречие в данном случае можно сформулировать так: винт должен быть большим, чтобы кукла летала, и винт должен быть маленьким, чтобы она была эстетичной. Это противоречие довольно легко разрешается: в «спокойном» состоянии лопасти винта свернуты в рулон, но при вращении они разворачиваются центробежной силой и становятся большими.

Список приемов устранения технических противоречий

1. Принцип дробления:

а) разделить объект на независимые части;

б) выполнить объект разборным;

в) увеличить степень дробления объекта.

2. Принцип вынесения:

отделить от объекта “мешающую” часть (“мешающее” свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть (нужное свойство).

3. Принцип местного качества:

а) перейти от однородной структуры объекта (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной;

б) разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции;

в) каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.

4. Принцип асимметрии:

а) перейти от симметричной формы объекта к асимметричной;

б) если объект асимметричен, увеличить степень асимметрии.

5. Принцип объединения:

а) соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты;

б) объединить во времени однородные или смежные операции.

6. Принцип универсальности:

объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах.

7. Принцип “матрешки”:

а) один объект размещен внутри другого, который, в свою очередь, находится внутри третьего и т. д.; б) один объект проходит сквозь полости в другом объекте.

8. Принцип антивеса:

а) компенсировать вес объекта соединением с другим, обладающим подъемной силой;

б) компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет аэро- и гидродинамических сил).

9. Принцип предварительного антидействия:

а) заранее придать объекту напряжения, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям;

б) если по условиям задачи необходимо совершить какое-то действие, надо заранее совершить антидействие.

10. Принцип предварительного действия:

а) заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично);

б) заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затраты времени на доставку и с наиболее удобного места.

11. Принцип “заранее подложенной подушки”:

компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.

12. Принцип эквипотенциальности:

изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект.

13. Принцип “наоборот”:

а) вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие;

б) сделать движущуюся часть объекта или внешней среды неподвижной, а неподвижную - движущейся; в) перевернуть объект “вверх ногами”, вывернуть его.

14. Принцип сфероидальности:

а) перейти от прямолинейных частей к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба и параллелепипеда, к шаровым конструкциям;

б) использовать ролики, шарики, спирали;

в) перейти от прямолинейного движения к вращательному, использовать центробежную силу.

15. Принцип динамичности:

а) характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы;

б) разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга;

в) если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.

16. Принцип частичного или избыточного действия:

если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить “чуть меньше” или “чуть больше” - задача при этом существенно упростится.

17. Принцип перехода в другое измерение:

а) трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (т. е. на плоскости). Соответственно задачи, связанные с движением (или размещением) объектов в одной плоскости, устраняются при переходе к пространству в трех измерениях;

б) использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной;

в) наклонить объект или положить его “на бок”;

г) использовать обратную сторону данной площади;

д) использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или обратную сторону имеющейся площади.

18. Принцип использования механических колебаний:

а) привести объект в колебательное движение;

б) если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой);

в) использовать резонансную частоту;

г) применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы;

д) использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.

19. Принцип периодического действия:

а) перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному);

б) если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность;

в) использовать паузы между импульсами для другого действия.

20. Принцип непрерывности полезного действия:

а) вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой);

б) устранить холостые и промежуточные ходы.

21. Принцип проскока:

вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.

22. Принцип “обратить вред в пользу”:

а) использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта;

б) устранить вредный фактор за счет сложения с другими вредными факторами;

в) усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.

23. Принцип обратной связи:

а) ввести обратную связь;

б) если обратная связь есть, изменить ее.

24. Принцип “посредника”:

а) использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие;

б) на время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект.

25. Принцип самообслуживания:

а) объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции;

б) использовать отходы (энергии, вещества).

26. Принцип копирования:

а) вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии;

б) заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии);

в) если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным и ультрафиолетовым.

27. Принцип дешевой недолговечности взамен долговечности:

заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).

28. Принцип замены механической схемы:

а) заменить механическую схему оптической, акустической или “запаховой”;

б) использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом; в) перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных - к меняющимся во времени, от неструктурных - к имеющим определенную структуру;

г) использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.

29. Принцип использования пневмо- и гидроконструкций:

вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.

30. Принцип использования гибких оболочек и тонких пленок:

а) вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки;

б) изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.

31. Принцип применения пористых материалов:

а) выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. д.);

б) если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом.

32. Принцип изменения окраски:

а) изменить окраску объекта или внешней среды;

б) изменить степень прозрачности объекта или внешний среды.

33. Принцип однородности:

объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).

34. Принцип отброса и регенерации частей:

а) выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т. д.) или видоизменена непосредственно в ходе работы;

б) расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.

35. Принцип изменения физико-химических параметров объекта:

а) изменить агрегатное состояние объекта;

б) изменить концентрацию или консистенцию;

в) изменить степень гибкости;

г) изменить температуру.

36. Принцип применения фазовых переходов:

использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например, изменение объема, выделение или поглощение тепла и т. д.

37. Принцип применения теплового расширения:

а) использовать тепловое расширение (или сжатие) материалов;

б) использовать несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения.

38. Принцип применения сильных окислителей:

а) заменить обычный воздух обогащенным;

б) заменить обогащенный воздух кислородом;

в) воздействовать на воздух и кислород ионизирующим излучением;

г) использовать озонированный кислород;

д) заменить озонированный кислород (или ионизированный) озоном.

39. Принцип применения инертной среды:

а) заменить обычную среду инертной;

б) вести процесс в вакууме.

40. Принцип применения композиционных материалов:

перейти от однородных материалов к композиционны

В ТРИЗ есть представление, что если в проблемной ситуации удалось сформулировать противоречие (системное или физическое), то оно обязательно может быть разрешено.

К настоящему моменту выявлено 11 способов разрешения противоречий:

1. Во времени - в интервал времени t 1 изменяемый объект (система, действие) обладает свойством А, а в интервал времени t 2 - свойством не А,

2. В пространстве - в месте М 1 изменяемый объект (система, действие) обладает свойством А, а в месте М 2 - свойством - не А,

3. В системе (системный переход 1) - объединение объектов (систем, действий), обладающих свойством А в надсистему, обладающую свойством не А,

4. В системе (системный переход 2) - сочетание изменяемого объекта (системы, действия), обладающего свойством А с объектом (системой, действием), обладающим свойством не А,

5. В системе (системный переход 3) - весь изменяемый объект (система, действие) наделяется свойством А, а его части - свойством не А,

6. В структуре - одна часть изменяемого объекта (системы, действия) обладает свойством А, а другие части - свойством не А,

7. В фазовом состоянии (фазовый переход 1) - замена фазового состояния части изменяемого объекта (системы, действия) или внешней среды (надсистемы),

8. В фазовом состоянии (фазовый переход 2) - “двойственное” фазовое состояние одной части изменяемого объекта (системы, действия) - переход этой части из одного состояния в другое в зависимости от условий работы,

9. В фазовом состоянии (фазовый переход 3) - использование явлений, сопутствующих фазовому переходу,

10. В отношениях - по отношению к эталону Э 1 изменяемый объект (система, действие) обладает свойством А, а по отношению к эталону Э 2 - свойством не А,

11. В воздействиях - при воздействии В 1 изменяемый объект (система, действие) обладает свойством А, а при воздействии В 2 (отсутствии воздействия) - свойством не А.

В предлагаемой вниманию читателей работе А.С. Токарева показано, как одна и та же задача могла бы решаться с помощью каждого из сорока приемов, предложенных Г.С. Альтшуллером. Эти примеры конечно же не претендуют на то, чтобы закрыть реальную проблему защиты крыш от снега, о которой идет речь в работе. Это, в первую очередь, любопытные иллюстрации к приемам, позволяющие рассмотреть и сопоставить механизмы их действия. За многие годы, прошедшие после публикации Г.С. Альтшуллером списка из 40 приемов, накоплен определенный опыт практического использования этого инструмента. В то же время, при изучении приемов они как правило иллюстрируются довольно ограниченным набором технических решений, взятых из различных областей техники. В подавляющем своем большинстве эти решения - иллюстрации были получены их авторами без применения приемов. Эти два фактора (ограниченное число иллюстраций и крайне ограниченное количество примеров реального использования приемов) затрудняют представление совокупности приемов именно как целостного и работающего инструмента. Предлагаемая работа призвана частично устранить этот недостаток. Она может быть полезна преподавателям, позволяя строить объяснение работы всей совокупности методов вокруг одной задачи.
Редактор

Примеры применения приемов
устранения технических противоречий

Токарев А.С.

Московский общественный институт технического творчества
2005/2006
Выпускная работа Часть 2

Разбор задачи с применением инструментов ТРИЗ

***

Одну из значимых частей ТРИЗ составляют приемы устранения технических противоречий (предложены Г.С.Альтшуллером. Подробнее смотри в http://www.altshuller.ru/triz/tools.asp) Приемы были получены путем обобщения решений большого количества задач в технике. Сегодня их применяют не только в технике, но и в бизнесе, рекламе. Рассмотрим использование этого инструмента при решении следующей проблемы.

Проблема: снег, падающий зимой на автостоянку, затрудняет передвижение автомобилей и пешеходов.

Прежде чем применять какие-либо методы решения, следует проблему свести к задаче, так как аналитически решать можно только задачу. Проблема, представляет собой негативное ощущение человека, поставившего ее. Задача же содержит исходные условия и характер результата, который должен быть получен. Поэтому, сначала следует хотя бы в общих чертах определить возможные направления решения проблемы, чтобы впоследствии конкретизировать их вплоть до формулировки задач. В нашем случае возможны следующие направления решения проблемы:

1. Совершенствовать средства передвижения пешеходов и автомобилей. Сейчас есть для пешеходов - лыжи, снегоступы, коньки, снегоходы с мотором; для автотранспорта - зимняя резина, цепи, гусеничный ход. Можно заняться их модернизацией.

2. Убирать или уничтожать упавший снег. Этим сейчас и занимаются дорожные службы в городах. В арсенале - дорожные машины, снегоуборщики, самосвалы, снегоплавильные станции, реагенты. Можно сконцентрировать усилия на их совершенствование.

3. Не допускать падения снега на поверхность дороги или тротуара. Из имеющихся средств - навесы. Улучшению этой, последней, технической системы (ТС) и будет посвящен дальнейший разбор.

Навесы используются для защиты поверхности от падения снега очень давно, но в условиях рыночной экономики к ним предъявляется дополнительное требование - иметь низкую себестоимость. Отсюда можно сформулировать новую, более узкую проблему: при защите автопарковки от падающего снега при использовании навеса приходится тратить деньги на его строительство. Мы получили административное противоречие: требуется снизить себестоимость навеса, но неизвестно, как это сделать. Это еще не задача - нет ни исходных данных, ни характера результата. Для того, чтобы привести это противоречие к технической задаче необходимо конкретизировать условия. Для этого следует описать техническую систему, с которой, или на основе которой, будет вестись разработка решений. Сразу нужно отметить, что получаемые решения не обязательно должны быть похожи на исходную ТС, ведь главной побуждающей силой является решение проблемы, а не модернизация имеющейся ТС.

Для того, чтобы выйти на техническое противоречие, для устранения которого можно будет применить приемы, необходимо предъявить к нашей ТС такие технические требования, которые требовали бы существования ТС в противоположных состояниях одновременно. Одно требование вытекает из главной функции ТС - не пропускать снег на автостоянку. Второе требование - "низкая себестоимость" не является техническим, так как напрямую не относится к технической стороне навеса. Значит надо найти технический эквивалент себестоимости и формулировать противоречие относительно него. В нашем случае возможно несколько вариантов таких эквивалентов. Рассмотрим некоторые из них.

Себестоимость навеса в основном складывается из стоимости материалов и стоимости работ по его постройке. Для обычных конструкций стоимость работ пропорциональна стоимости материалов, к тому же стоимость работ также не является технической характеристикой навеса и формулирование противоречия на ее основе не даст продвижения вперед. Стоимость материалов пропорциональна размеру защищаемой площади автостоянки, которая определяется заказчиком. Обратим внимание на конструкцию, которая состоит из крыши и опор. Площадь крыши также определяется размерами автостоянки. Из оставшихся технических характеристик можно выделить: толщину крыши, количество и расположение опор, площадь сечения опор.

Здесь следует особо подчеркнуть, что выбранная характеристика (например, толщина крыши) будет являться "наживкой", на которую мы будем "ловить" новые идеи, и выбор ее не имеет определяющего значения для решения задачи. В зависимости от выбранной характеристики и предъявленным к ней требованиям решение задачи может пойти по разным путям, но все они должны привести к решениям. Если вдруг выяснится, что в конкретных условиях на выбранную "наживку" реальные идеи "не ловятся", тогда можно выбрать другую (скажем, количество опор на единицу площади навеса), третью и так до полной победы. Более того, как будет показано ниже, получаемые решения часто будут иметь мало общего, как с исходно выбранной характеристикой, так и со структурой исходной ТС вообще.

В нашем случае выберем толщину крыши. Для того, чтобы стоимость материалов крыши была минимальной при определенной площади, ее толщина должна быть минимальна. Таким образом мы заменяем экономический критерий "низкая себестоимость" на техническую характеристику "минимальная толщина крыши".

Теперь можно сформулировать техническое противоречие: если толщину крыши сделать большой, то крыша удержит вес снега, но получится очень дорогой; если толщину крыши сделать маленькой, то она будет дешевой, но не сможет удержать вес снега и разрушится.

Итак, у нас образовалась конфликтующая пара в виде крыши и снега. Поскольку в ТС входит только крыша, то основные изменения будем осуществлять с ней. (В некоторых случаях, снег тоже может стать объектом применения приемов, то есть служить ресурсом для достижения нашей цели - борьбы с вредным давлением толщи снега).

Внимательный читатель заметит в приведенных выкладках еще одну пару противоположностей, касающуюся главной полезной функции крыши, а именно - не пропускать снег и удерживать вес снега. При кажущейся эквивалентности этих понятий существует следующая разница. Запись "удерживать вес снега" предполагает, что снег будет скапливаться и находиться на крыше все время. Запись "не пропускать снег" более общая, так как заранее не предполагает никакого конкретного "поведения" снега, кроме того, она точнее отражает функцию навеса - защита автостоянки, а не удержание снега. Ввиду того, что своей толщиной крыша обязана именно весу снега, который она должна удерживать в рамках традиционного решения, противоречие записано именно с термином "удержать вес снега". В противном случае не будет понятно, зачем нужна толщина, которая обеспечивает крыше прочность. Далее будут предложены примеры использования каждого приема для решения поставленной задачи.

Изложение организовано по следующей схеме: название приема, краткое его содержание, привязка или адаптация содержания приема к рассматриваемой задаче и решение, которое из этого вытекает. Название приемов и их краткое содержание цитируется по работе Г.С. Альтшуллера http://www.altshuller.ru/triz/technique1.asp . Процедура адапации не входит в число рекомендованных Г.С. Альтшуллером и почерпнута из иных методов работы с приемами (метод записной книжки Хефеле). Идеи решений носят оригинальный характер, они были получены автором настоящей работы. Следует отметить, что предлагаемые варианты адаптации и тем более полученные идеи решений не являются единственно возможными, а только одними из вариантов. В реальной практике, мысли, образующиеся в результате применения приемов, будут зависеть от опыта, эрудиции, фантазии, особенностей видения ресурсов и иных особенностей ситуации и многих других процессов, происходящих в психике решателя.

Прием 1. Принцип дробления. а) Разделить объект на независимые части;

б) Выполнить объект разборным;

в) Увеличить степень дробления объекта.

Адаптация: разделить крышу на много маленьких крыш, стоящих на своих опорах. Тогда основную нагрузку веса снега будут нести опоры и крышу можно делать тонкой.

Решение: сделать крышу в виде множества маленьких крыш на своих опорах. Представленное решение промежуточное, так как сразу возникает проблема большого количества опор.

Прием 2. Принцип вынесения. Отделить от объекта "мешающую" часть ("мешающее" свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть (нужное свойство).

Адаптация: Мешающей частью является толщина крыши. Она появляется в основном из-за того, что нагрузка на крышу получается изгибающая и напряжения в материале весьма велики. Вот если бы удалось сделать нагрузку только растягивающую, то это значительно снизило бы напряжения.

Решение: Подвесить крышу на многочисленных тонких тросах, закрепленных на зданиях или высоких опорах.

Прием 3. Принцип местного качества.
а) Перейти от одной структуры объекта (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной.
б) Разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции.
в) Каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.

Адаптация: поскольку у крыши две функции - не пропускать снег и удерживать его вес, следует разделить ее на элементы, специализирующиеся на этих функциях.

Решение: Сделать крышу из двух слоев - один будет снегонепроницаемым, второй силовым, удерживающим весовую нагрузку.

Прием 4. Принцип ассиметрии.
а) Перейти от симметричной формы объекта к асимметричной.
б) Если объект асимметричен, увеличить степень асимметрии.

Адаптация: Исходная ТС представлена как плоскость, лежащая на опорах. Придать ей ассиметричную форму можно наклонив эту плоскость.

Решение: Сделать крышу наклонной, уменьшив тем самым нагрузку на единицу площади крыши, а также с наклонной крыши снег будет скатываться и не будет накапливаться на ней, что тоже уменьшит нагрузку.

Прием 5. Принцип объединения.
а) Соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты.
б) Объединить во времени однородные или смежные операции.

Адаптация: следует соединить все соседние крыши между собой, уменьшив таким образом количество опор и увеличив надежность.

Решение: Делать крыши единым навесом используя в качестве опор все годные для этого сооружения (здания, столбы, киоски и пр.)

Прием 6. Принцип универсальности. Объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах.

Адаптация: Следует добавить крыше выполнение других функций, например быть полом.

Решение: Надстроить над автостоянкой один этаж, который использовать под офис или склад.

Прием 7. Принцип "матрешки".
а) Один объект размещен внутри другого объекта, который, в свою очередь, находится внутри третьего и т. д.;
б) Один объект проходит сквозь полость в другом объекте.

Адаптация: Разместить крышу внутри другой крыши.

Решение: Организовать автостоянку под имеющимися сооружениями - эстакадами, мостами, перекрытиями или заглубить автостоянку под землю.

Прием 8. Принцип антивеса.
а) Компенсировать вес объекта соединением с другими объектами, обладающими подъемной силой.
б) Компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет аэро-, гидродинамических и других сил).

Адаптация: Следует компенсировать вес снега соединением его или крыши с объектом, обладающим подъемной силой.

Решение: Прикрепить к крыше воздушный шар или дирижабль, который будет удерживать вес снега.

Прием 9. Принцип предварительного антидействия.
а) Заранее придать объекту напряжения, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям.
б) Если по условиям задачи необходимо совершить какое-то действие, надо заранее совершить антидействие.)

Адаптация: Нужно создать в крыше напряжения, противоположные рабочим.

Решение: Крышу изготавливать из двух или более листов, создав в этом пакете предварительные напряжения и установить ее так, чтобы эти напряжения были противоположны рабочим напряжениям, образующимся под действием веса снега.

Адаптация: Создать в крыше предварительные напряжения, которые использовать для сброса снега с крыши.

Решение: Сделать крышу в виде полотна закрепленного по периметру на пружинах (как в раскладной кровати или батуте). Перед падением снега прогнуть крышу вниз и закрепить. Когда накопится снег, крышу отпустить и тогда, под действием пружин, крыша взлетит вверх и сбросит снег с себя.

Прием 10. Принцип предварительного действия.
а) Заранее выполнить требуемое изменение объекта (полностью или хотя бы частично).
б) Заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие с наиболее удобного места и без затрат времени на доставку. Адаптация: Заранее уменьшить количество снега, падающего на крышу.

Решение: Сдувать падающий снег в сторону от крыши с помощью больших вентиляторов.

Прием 11. Принцип "заранее подложенной подушки". Компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.

Адаптация: Невысокая надежность крыши может привести к ее обрушению. Следует позаботиться о предотвращении разрушительных последствий.

Решение: Крыша рассчитывается на средние нагрузки и при этом делается еще один уровень под ней на случай обрушения.

Прием 12. Принцип эквипотенциальности.

Изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект.

Адаптация: снег не должен опускаться на крышу, снег не должен покидать тучу.

Решение: Уничтожать снежные тучи или заставить снег идти в другом месте.

Прием 13. Принцип "наоборот".

а) Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие (например, не охлаждать объект, а нагревать).
б) Сделать движущуюся часть объекта (или внешней среды) неподвижной, а неподвижную - движущейся.
в) Перевернуть объект "вверх ногами".

Адаптация: Перевернуть систему снег-крыша. Снег должен поддерживать крышу. Решение: Сделать крышу в виде сетки, к которой с высокой частотой прикреплено большое количество нитей, свисающих с сетки вниз. Снег должен застревать между нитями, уплотняться и держать себя сам.

Прием 14. Принцип сфероидальности.

а) Перейти от прямолинейных частей объекта к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба или параллелепипеда, к шаровым конструкциям.
б) Использовать ролики, шарики, спирали.
в) Перейти к вращательному движению, использовать центробежную силу.

Адаптация: перейти от плоской крыши к сферической.

Решение: Сделать крышу в виде сферического или полуцилиндрического купола. Это уменьшит нагрузку на единицу поверхности крыши, а также будет способствовать скатыванию снега с крыши.

Адаптация: перейти к вращательному движению крыши.

Решение: Сделать крышу в виде вращающегося диска. Снег под действием центробежных сил будет слетать с крыши, уменьшая нагрузку. Кроме того. Центробежные силы будут растягивать саму крышу, компенсируя изгибающие нагрузки от веса снега.

Прием 15. Принцип динамичности.

а) Характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы.
б) Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга;
в) Если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.

Адаптация: сделать крышу подвижной.

Решение: сделать крышу в виде горизонтально расположенной транспортерной ленты. Когда начнет падать снег включить транспортер и тогда крыша будет сбрасывать снег в сторону.

Прием 16. Принцип частичного или избыточного решения.

Если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить "чуть меньше" или "чуть больше". Задача при этом может существенно упроститься.

Адаптация: "Чуть меньше" означает, что крыша может задерживать не весь упавший на нее снег.

Решение: Сделать крышу с отверстиями, что снизит расход материала. Некоторое количество снега, выпадающего в отверстия не создаст серьезных проблем для движения на автопарковке и будет растоплено шинами и выхлопными газами.

Прием 17. Принцип перехода в другое измерение.

а) Трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (то есть на плоскости). Соответственно, задачи, связанные с движением (или размещением) объектов в одной плоскости, устраняются при переходе к пространству трех измерений.
б) Многоэтажная компоновка объектов вместо одноэтажной.
в) Наклонить объект или положить его "набок".
г) Использовать обратную сторону данной площади.
д) Использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или на обратную сторону имеющейся площади.

Адаптация: Сделать крышу не из одного слоя, а из нескольких.

Решение: Сделать крышу в виде нескольких слоев сеток, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга и имеющим разный размер ячейки - крупные ячейки выше, мелкие ниже. Снег будет просачиваться через верхние слои, постепенно достигая нижних. Тогда нагрузка будет распределена по вертикали, и вес приходящийся на одну сетку будет значительно меньше.

Прием 18. Использование механических колебаний.

а) Привести объект в колебательное движение.
б) Если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой).
в) Использовать резонансную частоту.
г) Применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы.
д) Использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.

Адаптация: привести крышу в колебательное движение.

Решение: Возбудить в крыше вертикальные колебания, что позволит поддерживать снег за счет динамических сил. Если при этом слегка наклонить крышу, то постепенно снег будет с нее сползать.

Прием 19. Принцип периодического действия.

а) Перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному).
б) Если действие уже осуществляется периодически - изменить периодичность.
в) Использовать паузы между импульсами для другого действия. Адаптация: крыша должна удерживать снег периодически, а периодически не удерживать снег. Крыша должна периодически очищаться от снега. Следует установить на ней периодический очиститель.

Решение: Установить на крыше надувную подушку, в которую периодически резко подавать газ. Надуваясь и увеличиваясь подушка будет сбрасывать снег с себя и крыши.

Прием 20. Принцип непрерывности полезного действия.

а) вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой).
б) устранить холостые и промежуточные ходы.

Адаптация: Исходя из этого приема, крыша должна непрерывно находиться под максимальной нагрузкой. Но снег падает периодически, значит нагрузку надо добавить. Например, собрать на крышу весь снег из соседних участков. Тогда оправдано сделать крышу толстой.

Решение: Сделать толстую крышу в виде хранилища снега, куда собирать его со всех соседних участков.

Прием 21. Принцип проскока.

Вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.

Адаптация: Вредным является процесс удержания снега. Его нужно осуществлять так быстро, чтобы нагрузка на крышу не превзошла критическую. Крыша должна появляться на некоторое время, в течение которого она начнет деформироваться под действием нагрузки, но недостаточное для развития разрушающих деформаций. После чего на ее месте должна оказываться другая, недеформированная крыша.

Решение: Крыша должна представлять собой ленту, движущуюся с огромной скоростью так, чтобы ее участок, на котором лежит снег, не успел деформироваться до разрушающих нагрузок.

Прием 22. Принцип "обратить вред в пользу".

а) Использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта.
б) Устранить вредный фактор за счет сложения с другим вредным фактором.
в) Усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.

Адаптация: Вредным фактором является снег. Усилить его - значит увеличить его количество. Если увеличить количество снега аж до самой земли, то он начнет держать себя сам.

Решение: Сделать крышу в виде перевернутых конусов, опирающихся на землю. Снег заполняя конусы будет частично поддерживать себя.

Прием 23. Принцип обратной связи.

а) Ввести обратную связь.
б) Если обратная связь есть - изменить ее.

Адаптация: обратная связь в нашем случае может быть записана так: чем больше снега - тем толще нужна крыша или чем больше снега - тем быстрее его надо убирать. Используя полученное ранее решение с наклоном крыши можно получить его модификацию.

Решение: Наклон крыши увеличивается по мере усиления снегопада.

Прием 24. Принцип "посредника".

а) Использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие.
б) На время присоединить к объекту другой (легко удаляемый) объект.

Адаптация: На время присоединить к крыше элементы, помогающие ей удерживать снег.

Решение: В случае большого количества снега на крыше устанавливать дополнительные опоры, которые убирать после очистки крыши от снега.

Прием 25. Принцип самообслуживания.

а) Объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции.
б) Использовать отходы (энергии, вещества).

Адаптация: крыша сама должна себя обслуживать. Так как снег она не пропускает (по условию задачи), то обслуживание может заключаться в самоочистке от снега. У крыши должны быть элементы, помогающие ей очиститься от снега. Желательно за счет самого снега.

Решение: Сделать крышу из пружинящих лепестков. Падающий снег, накапливаясь, будет сжимать пружинистые лепестки, которые распрямляясь будут отбрасывать снег в сторону от крыши.

Прием 26. Принцип копирования.
а) Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии.
б) Заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии).
в) Если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым.

Адаптация: оптическая копия крыши - это голограмма. Голограмма выполняется с помощью лазерного луча. Если мощность луча достаточно велика, то такая "лазерная" крыша может плавить снег сама.

Решение: Крыша в виде лазерного луча, организованного в плоскость и имеющего достаточную мощность для плавления падающего снега.

Прием 27. Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности. Заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).

Адаптация: крыша должна стать одноразовой и уничтожаться после каждого снегопада.

Решение: Сделать крышу в виде ковра, к которому прилипает снег. После снегопада ковер со снегом скатать в рулон и отправить на снегоплавильную станцию или складировать до весны, а на крыше расстелить новый ковер.

Прием 28. Замена механической схемы.
а) Заменить механическую систему оптической, акустической или "запаховой".
б) Использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом.
в) Перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных - к меняющимся по времени, от неструктурных - к имеющим определенную структуру.
г) Использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.

Адаптация: применить для удержания снега электростатические или магнитные поля.

Решение: Перед подлетом снега к крыше его следует электростатически зарядить или намагнитить и далее удерживать или менять траекторию падения с помощью электростатических или магнитных полей.

Прием 29. Использование пневмо- и гидроконструкций. Вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.

Адаптация: использовать надувные конструкции крыши.

Решение: Сделать крышу в виде надувной подушки с постоянным давлением. В этом случае основную нагрузку будет держать газ, а нагрузка на оболочку, работающую только на растяжение будет заметно снижена.

Прием 30. Использование гибких оболочек и тонких пленок.
а) Вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки.
б) Изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.

Адаптация: Так как исходная задача уже подразумевает крышу, как плоскость не имеющую толщины, применение этого приема "в лоб" не даст ничего нового. Значит надо посмотреть на ситуацию по-другому. Пленка - это не обязательно пленка вещества, это может быть пленка воздуха.

Решение: Установить по всей поверхности крыши сопла, подающие воздух. Снег будет или динамически поддерживаться в воздухе или сдуваться в сторону, если крышу или сопла наклонить.

Прием 31. Применение пористых материалов.
а) Выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. п.)
б) Если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом.

Адаптация: крыша должна быть пористой

Решение: Сделать крышу в виде натянутой сетки с ячейками имеющими размер, не позволяющий снегу проникнуть через них. Расход материала уменьшится.

Решение 2: Сделать толстую крышу из легкого пористого материала с крупными порами. Снег забиваясь в поры будет формировать массу, способную нести силовую нагрузку.

Прием 32. Принцип изменения окраски.
а) Изменить окраску объекта или внешней среды.
б) Изменить степень прозрачности объекта или внешней среды.
в) Для наблюдения за плохо видимыми объектами или процессами использовать красящие добавки.
г) Если такие добавки уже применяются, использовать меченые атомы.

Адаптация: изменить окраску крыши или снега.

Решение: Если распылить на выпавший снег черную краску, то это будет способствовать быстрейшему его таянию под воздействием солнечных лучей.

Прием 33. Принцип однородности. Объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).

Адаптация: крыша должна быть сделана из снега.

Решение: Сделать крышу ледяной либо из первого выпавшего снега, либо предварительно соорудить ледяную конструкцию.

Прием 34. Принцип отброса и регенерации частей.
а) Выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т. д.) или видоизменена непосредственно в ходе работы.
б) Расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.

Адаптация: крыша должна исчезать выполнив свою функцию - не дать снегу упасть на автостоянку. Тогда она должна исчезать вместе со снегом. Это похоже на непрерывный поток.

Решение: Пустить по наклонной крыше теплую воду, которая стекая, будет забирать с собой падающий на нее снег.

Прием 35. Изменение физико-химических параметров объекта.
а) Изменить агрегатное состояние объекта.
б) Изменить концентрацию или консистенцию.
в) Изменить степень гибкости.
г) Изменить температуру.

Адаптация: изменить агрегатное состояние снега.

Решение: Подогреть крышу и снег лежащий на ней, чтобы он превратился в воду. Тогда он сможет сам стечь с нее уменьшив нагрузку.

Прием 36. Применение фазовых переходов. Использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например изменение объема, выделение или поглощение тепла и т. д.

Адаптация: Процесс уплотнения снега при его длительном лежании приводит к повышению плотности и прочности снега. Этот эффект можно использовать для поддержания прочности крыши.

Решение: Сделать крышу в виде толстой арочной конструкции с радиальными каналами. Снег заполняя каналы будет спрессовываться по мере приближения к геометрическому центру и станет способен выдерживать силовую нагрузку.

Прием 37. Применение термического расширения.
а) Использовать термическое расширение (или сжатие) материалов.
б) Если термическое расширение уже используется, применить несколько материалов с разными коэффициентами термического расширения.

Адаптация: можно использовать термическое расширение материала крыши для выравнивания нагрузки на нее.

Решение: Сделать крышу из двух листов с разным коэффициентом термического расширения. В результате выпадения снега температурное поле на крыше будет меняться и в крыше будут возникать напряжения, которые можно использовать для компенсации веса снега.

Приeм 38. Применение сильных окислителей.
а) Заменить обычный воздух обогащенным.
б) Заменить обогащенный воздух кислородом.
в) Воздействовать на воздух или кислород ионизирующими излучениями.
г) Использовать озонированный кислород.
д) Заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном.

Основная цель этой цепи приемов - повысить интенсивность процессов.

Адаптация: можно повысить интенсивность таяния или растворения снега.

Решение: Подавать на поверхность крыши специальные химические реагенты, растворяющие снег или переводящие его в жидкое состояние.

Прием 39. Применение инертной среды.
а) Заменить обычную среду инертной.
б) Вести процесс в вакууме.

Адаптация: Понятие "инертный" означает - не реагирующий. Следует сделать снег не реагирующим с крышей, например, исключить или значительно ослабить силу притяжения или удельный вес снега. Это возможно, если превратить его в пар. Решение: При подлете снега к крыше следует превратить его в пар путем нагревания тепловыми или СВЧ установками.

Прием 40. Применение композиционных материалов. Перейти от однородных материалов к композиционным.

Решение: Сделать крышу из композиционного материала.

Представленные решения можно разделить на две основные группы: повышающие несущую способность крыши и уменьшающие снеговую нагрузку на крышу. Следует отметить, что в случае постановки задачи в формулировке "удерживать снег" вторая часть массива решений не была бы получена, несмотря на их дееспособность.

Очевидно также, что не все приемы давали одинаково действенные решения, а некоторые приемы приводили к решениям, похожим на другие. Для того, чтобы оптимизировать работу с приемами была построена "Таблица выбора приема устранения технических противоречий" в которой для разрешения конкретных видов противоречий рекомендовалось применять не все приемы, а только определенные.

Для выбора приемов с помощью таблицы необходимо определить два параметра: что мы хотим улучшить и что при этом ухудшается. Для этого вспомним ТП, записанное в начале разбора: "если толщину крыши сделать большой, то крыша удержит вес снега, но получится очень дорогой; если толщину крыши сделать маленькой, то она будет дешевой, но не сможет удержать вес снега и разрушится". Но в стандартной таблице выбора приемов нет терминов "толщина" и "стоимость". Значит, придется найти адекватные замены этим терминам с учетом особенностей рассматриваемой технической задачи. Сразу нужно отметить, что возможно несколько вариантов замены. Рассмотрим два из возможных.

Вариант замены терминов №1

Как было показано в предварительном анализе, эквивалентом стоимости может служить материалоемкость крыши. Термина "материалоемкость" также нет в таблице, но есть термин "объем неподвижного объекта". Если представлять крышу относительно монолитной конструкцией, то "материалоемкость", как вес материала может быть заменена "объемом неподвижного объекта" (крыши), считая плотность материала постоянной.

Термин "толщина", как линейный размер, может быть заменен на "длину неподвижного объекта".

Тогда получаем, что по условиям задачи надо изменить "длину неподвижного объекта" и при этом ухудшается "объемом неподвижного объекта". С помощью таблицы, определяем рекомендуемые приемы разрешения ТП: №№ 35, 8, 2, 14. Решения, получаемые с помощью этих приемов описаны выше.

Вариант замены терминов №2

Используем часть ТП "если толщину крыши сделать маленькой, то она будет дешевой, но не сможет удержать вес снега и разрушится". Термин "толщина", как и прежде заменяем на "длину неподвижного объекта". Термин "удержать вес" может быть заменен на "прочность", таким образом, у нас при изменении "длины" (толщины) ухудшается "прочность". Но в таблице не оказывается рекомендаций по разрешению такого противоречия. Требуется еще одна замена терминов.

В нашем случае термин "толщина", для подстановки его в графу "что требуется изменить", путем нескольких итераций может быть заменен на "объем неподвижного объекта". Интересно, что в предыдущем варианте этот термин использовался в разделе "что ухудшается". В результате, при паре нужно изменить "объем неподвижного объекта" и при этом ухудшается "прочность", получаем рекомендацию воспользоваться приемами №№ 28, 6, 32.

Легко заметить, что среди них нет ни одного приема из рекомендованных для предыдущего рассмотренного варианта выбора параметров подстановки №1. Получается, что в зависимости от выбранной адаптации задачи к терминам таблицы могут быть рекомендованы совершенно разные приемы даже для одного и того же технического противоречия. Отсюда следует, что к вопросу замены терминов задачи на термины, присутствующие в таблице, следует подходить внимательно и в случае неоднозначности пробовать все возможные варианты для получения большего количества решений. Правда, так можно очень быстро придти к тотальному перебору всех приемов.

Обобщая результаты можно сделать следующие выводы: 1.

Качество решений, получаемых с помощью приемов, зависит как от кругозора решателя, так и от его настойчивости. 3.

Перечень терминов, используемых в качестве входных данных в таблице разрешения ТП, может оказаться недостаточным. Необходима работа по расширению таблицы и заполнению пустых клеток внутри существующей.

Ревенков А.В.

В развитии технических систем в соответствии с законами диалектики происходит чередование этапов количественного роста и качественных скачков. В процессе количественного роста в результате неравномерного развития характеристик технической системы появляются противоречия.

Противоречие - проявление несоответствия между разными требованиями, предъявляемыми человеком к системе, и ограничениями, налагаемыми на нее законами природы, социальными, юридическими, и экономическими законами, уровнем развития науки и техники, конкретными условиями применения и т. п.

Пример 6.1. При проектировании пассажирского самолета с более высокой скоростью, чем прототип, можно уменьшить площадь крыла (при том же полетном весе). Это связано с тем, что с увеличением скорости увеличивается скоростной напор и, следовательно, для создания той же подъемной силы крыла , где С yкр - коэффициент подъемной силы крыла, ρ - плотность воздуха, Ν - скорость полета, S kp - площадь крыла,

Можно уменьшить площадь крыла S kp . Это желательно сделать, так как чем меньше площадь крыла, тем меньше сопротивление трения и, следовательно, меньше расход горючего.

Но при уменьшении площади крыла падает подъемная сила при малых скоростях полета. Поэтому нужно увеличить посадочную скорость самолета, а это приведет к увеличению длины разбега и торможения и, следовательно, к потребности увеличить взлетно-посадочную полосу, что недопустимо.

На начальных этапах развития, когда требования относительно невысоки, а система обладает большими ресурсами, такие противоречия разрешаются путем компромисса: отыскиваются варианты конструкции, обеспечивающие приемлемые значения обеих конкурирующих характеристик. Но количественный рост продолжается, происходит накопление и обострение противоречий. Эти противоречия разрешаются в результате качественных скачков - создания принципиально новых технических решений.

Если технический объект создан, то весьма часто ставится задача увеличения его главной полезной функции (ГПФ). Для этого, как правило, требуется усилить какое-либо свойство одного из элементов этого технического объекта. Однако при усилении одних свойств элемента нарушается взаимодействие (согласованность) с другими элементами технической системы, возникает противоречие, то есть источником противоречий является совершенствование, развитие технических объектов.

6.1. Административное противоречие

Решение любой технической задачи начинается с анализа проблемы. Результатом этого анализа является постановка и формулировка задачи, которую нужно решать.

В проблеме обычно описывается необходимость создания некоторого технического объекта (ТО) для удовлетворения определенной потребности, приводится соответствующая аргументация этой необходимости, описываются функции, которые должен выполнять этот ТО; требования, которые к нему предъявляются.

Каждый потребитель той или иной продукции характеризуется определенными свойствами. Анализ свойств потребителей позволяет определить некоторый набор требований, которым должна удовлетворять продукция, предназначенная для удовлетворения возникшей потребности.

Каждый вид продукции можно охарактеризовать набором определенных свойств. Часть этих свойств определяют потребительные свойства продукции (рис. 6.1).

Поэтому прежде, чем создавать тот или иной продукт, необходимо, с одной стороны, сформулировать требования, которым он должен удовлетворять, с другой стороны, оценить технические возможности создания продукта с требуемыми свойствами.

Рис. 6.1

Если есть потребность в создании продукции с определенными потребительными свойствами, но неизвестно как ее удовлетворить, то возникает проблемная ситуация (ПС).

Описание ПС - это формулирование потребностей, функций, которые нужно выполнить. Проблема заключается в том, что на этом этапе не видно путей, как реализовать выполнение этой функции.

Проблемная ситуация возникает, если нет соответствия между требованиями, предъявляемыми потребителями, и имеющимися техническими возможностями. Например, создание телевизора с объемным изображением, создание искусственного спутника Земли со сроком активного существования 10 лет и др. То есть первоначальная формулировка проблемы часто носит социально-технический характер и в общем случае выражается в терминах: цель, потребность, функция, нежелательные эффекты.

Г.С. Альтшуллер назвал такие проблемные ситуации административным противоречием . Анализ развития множества ТС показал, что совершенствование их характеристик обычно связано с преодолением противоречий, выявляющихся по мере эксплуатации этих систем. Возникает потребность что-то изменить, улучшить, причем претензии к работе системы обычно формулируются в виде довольно расплывчатых пожеланий типа: "хочется, чтобы было лучше...", "нужно что-то сделать" и т. д., проблем много: нужно что-то сделать, но что?

Этому виду противоречий соответствует изобретательская ситуация, включающая в себя целый клубок задач, из которых нужно выбрать именно ту, которую следует решать в первую очередь. Каким образом выделить первоочередную задачу среди прочих?

Г.С. Альтшуллер в работе "Найти идею" отмечал: "Такие противоречия отражают сам факт возникновения изобретательской задачи, точнее - изобретательской ситуации. Они автоматически даются вместе с ситуацией, но они ни в какой мере не способствуют продвижению к ответу".

Таким образом, административные противоречия только обозначают проблему и в ряде случаев дают некоторое обоснование ее возникновения.

6.2. Техническое противоречие

В первоначальной формулировке проблемы формулируются некоторые потребности, функции, которые необходимо выполнить.

В зависимости от вида проблемной ситуации (ПС) ее можно разрешить двумя способами (рис. 6.2):

Рис. 6.2

существенно изменить рассматриваемую систему или ее взаимодействие с надсистемой (НС) таким образом, чтобы отпала необходимость в этой потребности, в выполнении этой функции - ПС 1 ; в этом случае формулируется проблема по изменению НС;

дополнить существующую техническую систему некоторым устройством, которое позволило бы удовлетворить сформулированную потребность - ПС 2 (см. пример на рис 6.2).

Проблемы могут быть разные.

Например, мы не знаем, как технически реализовать выполнение потребной функции.

Или мы в принципе знаем, какое устройство нужно создавать для выполнения потребной функции, но при этом появляются нежелательные эффекты.

Нежелательный эффект, во-первых, связан с тем, что за реализацию функции, которую он должен выполнять, надо "платить". Из стремления же к идеальному решению следует, что полезная функция должна выполняться, но затрат на ее реализацию не должно быть.

Пример 6.2. По трубопроводу перекачивают газ. Необходимо обеспечить постоянный массовый расход газа при заданном перепаде давлений на входе и выходе трубопровода. Однако температура газа на входе в трубопровод меняется. Следовательно, массовый расход газа тоже будет изменяться.

Таким образом, возникает проблема. Массовый расход газа должен быть постоянным для управления некоторым процессом, но он не может быть постоянным, так как изменяется температура газа. При этом в систему нежелательно вводить сложные устройства, которые осуществляли бы функцию регулирования.

Во-вторых, нежелательные эффекты могут проявляться в виде вредных свойств (функций), которые возникают при функционировании технического объекта. Например, мы создаем некоторый технологический процесс, а он оказывает вредное воздействие на человека (электромагнитные излучения, вибрации и т. д.) или загрязняет окружающую среду и др.

То есть проблемная ситуация (ПС 2) заключается в том, что функцию выполнять надо, ибо в этом есть потребность, а нежелательных эффектов при этом быть не должно.

Такие проблемы часто возникают на начальном этапе создания ТО, когда намечается некоторый план решения проблемы, то есть при формировании идеи, принципа действия ТО для реализации ГПФ или попытке улучшить некоторые функциональные характеристики технического объекта.

Г.С. Альтшуллер отмечал, что каждой задаче, входящей в изобретательскую ситуацию, соответствует свое техническое противоречие (ТП) . Суть ТП сводится к тому, что при улучшении известными путями одного свойства (параметра) системы недопустимо ухудшается другой параметр.

Любая продукция, предназначенная для удовлетворения потребностей, характеризуется многими свойствами: экономичностью, надежностью, эргономичностью, эстетичностью, патентоспособностью, транспортабельностью, безопасностью, экологичностью, технологичностью и т. д. Для некоторых видов продукции весьма важными показателями являются масса конструкции, плотность компоновки, энергоемкость, мощность, производительность, время срабатывания механизмов, точность отработки параметров и т. д.

Все эти показатели условно можно разделить на две группы: показатели, характеризующие степень (уровень) выполнения техническим объектом ГПФ , и показатели, характеризующие факторы расплаты за выполнение ГПФ.

Стремление улучшить одни характеристики продукции часто приводит к ухудшению других. По крайней мере, на этапе анализа проблемы и постановки задачи не видно путей, как сделать так, чтобы при улучшении одних свойств не ухудшались бы другие, тоже весьма важные.

В проектно-конструкторских и технологических задачах обнаруживается противоречивость многих свойств, например, точность и производительность в технологии обработки материалов; масса, надежность и стоимость; устойчивость и управляемость технических объектов и др.

Например, один из способов увеличения надежности летательных аппаратов (потребность) - создание резервных систем и агрегатов. А это приводит к увеличению массы аппарата, что недопустимо, так как увеличиваются затраты на выполнение задания (ГПФ).

Нежелательные эффекты могут быть связаны с тем, что улучшение некоторых потребительных свойств приводит к усложнению ТО и, следовательно, к увеличению факторов расплаты.

Ситуация, когда попытки улучшить одну характеристику (или часть) системы приводит к ухудшению другой ее характеристики (или части), называется техническим противоречием (ТП).

Например, в технологии производства мероприятия, направленные на повышение производительности обработки, часто приводят к ухудшению качества продукции. (Если один из двух вариантов технологии при лучшем качестве позволяет обеспечить и бoльшую производительность, то он вытесняет второй вариант; в этом случае проблемной ситуации нет.)

Техническое противоречие появляется часто тогда, когда разработчик пытается каким-либо известным ему способом улучшить один из параметров качества (или функциональное свойство) объекта, но это приводит к недопустимому ухудшению другого, тоже весьма важного параметра качества (или функционального свойства).

Пример 6.2. Увеличение числа инструментов в слесарном наборе улучшает возможности дифференцированного воздействия на изделие, но ухудшает условия работы с набором, который становится более громоздким.

Для улучшения функционального свойства весьма часто рассматривается изменение одного из параметров технической системы, который существенно влияет на это функциональное свойство.

Пример 6.3. Чем больше литейный уклон на модели отливаемого изделия, тем легче извлечь ее из песчаной формы при формовке, но при этом нежелательно увеличиваются припуски металла (дополнительные его объемы), которые приходится в дальнейшем устранять механической обработкой литой заготовки.

Для этой проблемы можно сформулировать технические противоречия в двух вариантах.

ТП-1: Увеличивая литейный уклон, мы облегчаем процесс формования, но при этом увеличиваются затраты на обработку резанием.

ТП-2: Уменьшая литейный уклон, мы снижаем затраты на обработку, но при этом усложняется процесс формования.

Техническое противоречие можно представить в виде схемы, показанной на рис. 6.3.

Рис. 6.3

Формулирование технических противоречий - это конкретная реализация более общего приема поиска решения - переформулирование условий задачи. Это модель задачи, в которой раскрываются положительные и нежелательные эффекты или явления в рассматриваемой предметной области.

При этом возникает проблема, как, сохранив или даже улучшив положительные стороны (эффекты) в создаваемом ТО, не допустить появления нежелательных эффектов.

Формулировка ТП позволяет вычленить положительные и нежелательные эффекты для того, чтобы провести анализ причин появления нежелательных эффектов, и тем самым активизирует мышление на поиск возможных направлений решения проблемы.

Пример 6.4. ТП: Уменьшая время на изучение конкретной темы, мы добиваемся того, что можем более широко информировать обучаемых, но при этом уровень знаний и умений по этой теме понижается.

Пример 6.5. ТП: Декларируя истины, мы даем материал сжато и энергично, но при этом снижается способность обучаемых к самостоятельному поиску знаний.

Пример 6.6. ТП: Необходимо повысить производительность токарной обработки заготовки.

Анализ доступных ресурсов позволяет наметить два мероприятия, которые будут приводить к появлению нежелательных эффектов, связанных, с одной стороны, с увеличением затрат и, с другой стороны, с ухудшением качества получаемой детали (табл.1).

Таблица 6.1

Пример появления нежелательных эффектов при попытке решить поставленную проблему В приведенной таблице можно увидеть следующие противоречия.

ТП-1: Для повышения производительности труда нужно увеличить скорость резания. Но при этом увеличивается температура резца. Период стойкости инструмента уменьшается и, следовательно, увеличиваются затраты на обработку.

ТП-2: Для повышения производительности труда нужно увеличить скорость резания. Но при этом увеличивается температура заготовки. В материале заготовки происходят структурные изменения и, следовательно, снижается качество детали.

ТП-3: Для повышения производительности труда нужно увеличить подачу инструмента (глубину резания на каждом проходе резца). Но при этом увеличивается шероховатость поверхности и, следовательно, снижается качество детали.

6.3. Физическое противоречие

Как видно из последнего приведенного примера, предлагаемые мероприятия, направленные на повышение производительности токарной обработки, приводят к появлению ряда НЭ.

Проведенный анализ позволяет обнаружить и конкретизировать противоречивость свойств при взаимодействии компонентов рассматриваемой технической системы.

Из анализа табл. 6.1 можно сформулировать следующие противоречия.

Скорость резания должна быть большая для повышения производительности обработки, и она не должна быть большая, так как при этом увеличится температура резца.

Скорость резания должна быть большая для повышения производительности обработки, и она не должна быть большая, так как при этом увеличится температура заготовки.

Подача должна быть большая для повышения производительности обработки, и она не должна быть большая, чтобы не увеличивалась шероховатость поверхности.

Таким образом, для того, чтобы разрешить ТП, формулируются частные задачи, в которых предъявляются несовместимые требования к свойствам отдельных компонентов или взаимодействию между компонентами рассматриваемого объекта.

Совокупность таких требований Ю.В. Горин предложил назвать физическим противоречием (в 1973 г.), подчеркивая, что отношения противоречия перенесены на уровень физических свойств и отношений элементов системы.

Г.С. Альтшуллер отмечал: "Стремясь убрать конфликтующие, противоречивые отношения между внешними сторонами технической системы, получим противоречие на уровне внутреннего функционирования системы. Такое противоречие, в отличие от технического, называется физическим противоречием (ФП).

Сформулированные в примере 6.7 ФП позволяют наметить минизадачи и, тем самым, определить область поиска возможных решений (табл. 6.2).

Таблица 6.2

Пример 6.7. Для получения рельефной поверхности на крупногабаритных оболочках, например, для образования усилений в местах сварки на днищах топливных баков (ТБ), для получения вафельного силового набора на обечайках ТБ (места А на рис. 6.4) применяется операция избирательного размерного химического травления.

Рис. 6.4

Излишки материала удаляются в щелочных растворах. Места, которые не должны подвергаться травлению (поз. А рис. 6.4), покрываются лаком.

Проблемная ситуация заключается в том, что необходимо весьма точно нанести защитный лак на участки, которые не должны подвергаться травлению. Лак должен иметь хорошую адгезию к металлу, чтобы в процессе обработки не было подтравливания материала под покрытием.

Если лак наносить по трафарету, то не удается получить точный контур. Поэтому было принято решение наносить лак на всю поверхность, а затем по шаблону чертилкой делать разметку, скальпелем надрезать покрытие и удалять лак с тех участков, которые должны подвергнуться химической обработке.

Но это решение привело к следующей проблеме. Защитное покрытие должно иметь хорошую адгезию к металлу для того, чтобы не было подтравливания материала под краями покрытия в процессе химической обработки и можно было бы получить точный контур, и покрытие должно иметь слабую (плохую) адгезию , чтобы после нанесения покрытия и его разметки (по шаблону) можно было бы легко удалить часть покрытия (в местах, где должно происходить травление).

Сформулируем ФП:

Лак должен иметь хорошую адгезию, чтобы не было подтравливания; лак должен иметь плохую адгезию, чтобы его можно было легко удалить с участков, подлежащих травлению.

Формулировка ФП - это предельно обостренная и лаконичная формулировка задачи, выраженная часто в парадоксальной форме, обладающая эвристической ценностью.

Кроме того, в этой формулировке необходимо указывать, почему, для какой цели к рассматриваемому объекту предъявляются эти противоречащие требования.

Таким образом, при формулировке ФП нужно раскрыть физическую природу конфликта, объяснить, почему требования, отраженные в постановке задачи, являются противоречащими, и для чего нужно удовлетворить обоим противоречащим требованиям.

Пример 6.8. Из некоторого города в другой надо доехать (на автомобиле) быстро, чтобы успеть к некоторому событию. Но ехать быстро нельзя, так как дорога плохая, и это опасно.

Ехать надо быстро и в то же время медленно. Два противоречащих свойства процесса, которые обусловлены разными требованиями: необходимостью успеть вовремя и безопасностью. Поэтому физическое противоречие можно сформулировать следующим образом.

ФП: Скорость должна быть большая, чтобы успеть, и скорость должна быть маленькая, чтобы доехать.

Таким образом, ФП - это ситуация, когда к объекту или его части предъявляются противоположные (несовместимые) требования. Оно строится по схеме: объект должен обладать свойством Р и, вместе с тем, иметь противоположное свойство анти-Р .

Например. Материал стальной детали, например железнодорожных рельсов, должен быть твердым и прочным (P 1), чтобы хорошо сопротивляться статическим нагрузкам и износу, и должен быть пластичным (P 2), чтобы хорошо сопротивляться ударным воздействиям, приводящим к выкрашиванию поверхностного слоя металла в зоне контакта с колесом. Применение операции термообработки увеличивает прочность и твердость, но при этом снижается пластичность. Свойства прочность и пластичность характеризуют различные качественные стороны материала, но они находятся в отношении противоположности. Для стальной детали они несовместимы.

6.4. Эвристическая ценность противоречий

В физических противоречиях требования, которые предъявляются к объекту, могут являться следствием различных целей, которые ставит перед собой инженер. Эти разные цели и приводят к необходимости реализации в техническом объекте несовместимых свойств (Р и анти-Р) .

Кроме того, физические противоречия могут быть связаны с тем, что требуемое свойство не представляется возможным реализовать, так как этому мешает проявление объективных законов природы. То есть научное основание наблюдаемого явления (которое является нежелательным) не согласуется с требованиями, которые предъявляются к рассматриваемому объекту.

Пример 6.9. Рассмотрим ламповый усилитель. Катод радиолампы должен иметь постоянную термоэлектронную эмиссию (P 1). Однако применение переменного электрического тока (от трансформатора) для подогрева катода приводит к тому, что термоэлектронная эмиссия изменяется (P 2) в соответствии с частотой электрического тока: в громкоговорителе слышен фон (50 Гц), а это недопустимо.

Требуемую функцию (постоянство термоэлектронной эмиссии) надо осуществить, не усложняя систему. Но при этом возникает техническое противоречие, которое можно сформулировать в двух вариантах.

ТП-1: Если для подогрева катода применить постоянный электрический ток, то термоэлектронная эмиссия будет постоянной, но при этом усложняется вся система (надо устанавливать выпрямитель).

ТП-2: Если для подогрева катода применить переменный электрический ток, то вся система упрощается (не надо устанавливать выпрямитель), но термоэлектронная эмиссия не будет постоянной и, следовательно, не обеспечится качество усилителя.

Из этих формулировок видно, что изменяемым параметром (см. рис. 6.3) является электрический ток.

Из этого ТП можно сформулировать следующее ФП.

ФП-1: Электрический ток должен быть переменным, чтобы не усложнять всю систему, и он не должен быть переменным для обеспечения постоянства электронной эмиссии.

Из этого ФП можно сформулировать следующее ИКР.

Катод, который подогревается переменным электрическим током, сам обеспечивает постоянство электронной эмиссии.

Но этому ИКР мешает физическая особенность протекающего процесса.

ФП-2: Электронная эмиссия должна быть постоянной для качественной работы радиолампы, но она должна быть переменной, так как катод подогревается переменным электрическим током.

В этом ФП описываются несовместимые свойства, которыми должен обладать катод при его взаимодействии с другими компонентами радиолампы и надсистемой, то есть при воздействии на него переменного электрического тока.

Рис. 6.5

Таким образом, в физических противоречиях дается описание свойств, которыми должны обладать компоненты системы, чтобы достичь тех целей, которые ставит перед собой разработчик.

Потребность в улучшении (усилении) некоторого функционального свойства Ф 1 влечет за собой необходимость придания одному из компонентов ТС технической характеристики (свойства) Р . Но это ухудшает другое тоже важное функциональное свойство Ф 2 (рис. 6.5).

Свойства Р и не-Р характеризуются на качественном уровне, например, адгезия: большая и маленькая (пример 6.8) скорость: большая и маленькая (пример 6.9), материал: прочный и пластичный, электрический ток: постоянный и переменный (пример 6.10).

Таким образом, ФП отражает ситуацию, в которой к физическому состоянию зоны конфликта предъявляются взаимно противоположные требования.

Для ТП, приведенного в примере 6.4, физическое противоречие можно сформулировать в следующем виде.

ФП: Литейный уклон должен быть большим для удобства формования, и уклон должен быть маленьким, чтобы уменьшить затраты на обработку резанием.

Физическое противоречие представляет собой два несовместимых по истинности высказывания. Как сделать так, чтобы они оказались совместимыми?

Обратимся к законам логики.

Закон непротиворечия гласит, что два противоположных высказывания не могут быть одновременно истинными в одно и то же время и в одном отношении. При этом предполагается соблюдение закона тождества, заключающегося в том, что в рассуждении каждое понятие должно употребляться в одном и том же смысле, в том же содержании признаков.

Закон непротиворечия не будет нарушаться, если утверждение или отрицание относятся к разному времени или изменились какие-либо другие условия. Или же в них понятие, которое является субъектом суждения, рассматривается в разных отношениях. Или же в этих суждениях разные субъекты, то есть рассматриваются разные понятия.

Таким образом, если субъекты высказываний будут разные, то о законе непротиворечия говорить не приходится, так как суждения, участвующие в формулировке ФП, становятся несравнимыми. Следовательно, они перестают быть несовместимыми.

Поэтому можно предложить следующие приемы разрешения противоречий.

Смысл этого приема заключается в том, что при функционировании объекта в одни промежутки времени проявляется одно свойство, например P , а в другие промежутки времени - другое противоположное свойство не-P .

Поскольку субъекты суждения разделены во времени, то в формулировке ФП они представляют собой разные понятия. Следовательно, высказывания, составляющие ФП, становятся несравнимыми и перестают быть противоречащими.

Практическая реализация этого приема весьма часто сводится к введению в систему, например вещества, на определенное время. Это вещество должно обеспечить получение нужного свойства в заданный период времени, а когда оно выполнит свою функцию, оно должно пропасть.

Естественно, возникает проблема, как это организовать. Какими свойствами должно обладать это вещество? Какие поля можно ввести в систему (или найти в ТС или компонентах, с которыми взаимодействует рассматриваемый технический объект), чтобы это вещество проявило нужные свойства?

Для этого нужно посмотреть, какие другие свойства можно обнаружить в системе в эти моменты времени и как их можно для этого использовать.

Таким образом, формулировка ФП активизирует мышление и дает некоторые направления поиска решения.

Пример 6.10. В промышленности распространен способ определения площадок контакта поверхностей при помощи растертых на минеральных маслах красок. Краску наносят на одну поверхность, затем эту поверхность вводят в соприкосновение с другой поверхностью. По распределению пятен краски на этой второй поверхности судят о качестве контакта. Слой краски составляет порядка 5-6 мкм. Для более точного определения зоны контакта поверхностей необходимо применение более тонкого слоя краски. Однако тонкий слой не позволяет четко видеть границы пятна краски.

ТП: При уменьшении толщины краски повышается точность контроля, но ухудшается индикация (обнаружение) результата.

ФП: Слой краски должен быть тонким для повышения точности и он должен быть толстым для обнаружения.

Здесь можно воспользоваться известным приемом переформулирования условий задачи - заменить некоторые термины, желательно более общими, чтобы избавиться от вектора психологической инерции, расширить область поиска возможных решений. В частности, во второй части ФП мысль: "толстым для обнаружения" заменить "контрастным для обнаружения" . Это будет более общая и более точная формулировка, так как толстый слой нужен для контрастности.

Из формулировки ФП видно, что в рассматриваемом технологическом процессе можно выделить два этапа: испытание - приведение площадок в соприкосновение и контроль - момент обнаружения границ пятен краски.

Следовательно, рассматриваемые свойства должны быть различные в разные моменты времени. Значит, нужно использовать прием разрешения противоречия во времени.

Естественно возникает вопрос: какие вещества и (или) поля можно ввести в технологический процесс, чтобы разрешить это противоречие во времени?

Отсюда можно наметить путь решения задачи. Слой краски должен быть тонким в момент испытания, а при контроле пятно краски становится контрастным.

Какие вещества и поля можно ввести в систему, то есть какие физико-технические эффекты можно использовать для решения этой частной задачи?

Можно ввести вещество, которое вступит в химическую реакцию с нанесенным слоем краски, можно ввести в краску люминофор и применить ультрафиолетовое облучение и др.

Действительно, если пытаться ввести в систему вещество, то оно должно определенным образом взаимодействовать с веществами и полями, которые имеются в рассматриваемом техническом объекте. Значит, поиск решения заключается в том, что сначала формулируются свойства, которыми должно обладать это вещество, а потом с учетом определенных ограничений осуществляется поиск самого вещества.

Второй весьма часто применяемый способ разрешения ФП во времени основан на использовании закона динамизации. Действительно, если объект должен иметь различные свойства в разные моменты времени, значит, он должен как-то изменяться и быть легко управляем. Противоречие, описанное в примере 6.1, разрешено введением элементов механизации (закрылки, предкрылки). При посадке самолета форма крыла меняется таким образом, что увеличиваются и коэффициент подъемной силы, и площадь крыла.

Складывающиеся устройства: нож, зонтик, стул, убирающееся шасси самолета, телескопическая удочка - все эти технические решения были разработаны потому, что нужно было разрешить ФП.

Пример. Шариковая ручка должна оставлять след на бумаге, но не должна оставлять следы на одежде, не пачкать карман. Противоречие разрешается во времени либо введением еще одного вещества (шариковая ручка с колпачком), либо за счет динамизации (убирающийся стержень).

Разделить противоречащие свойства в пространстве

Практическая реализация этого приема заключается в том, чтобы разнести в пространстве противоречащие свойства, которыми должен обладать рассматриваемый объект.

Пример 6.11. Еще раз вернемся к рассмотрению проблемы повышения свойств стальных изделий. Для того, чтобы металлическая деталь обладала хорошей износостойкостью нужно, чтобы она имела высокую твердость. Это достигается применением термически упрочняемого материала и процессами упрочняющей термической обработки. Но в таком состоянии материал, как правило, имеет низкую ударную вязкость, то есть подвержен хрупкому разрушению при ударных нагрузках.

Твердость нужна для износостойкости, то есть только в поверхностном слое.

В хрупком материале возникшая трещина развивается практически мгновенно, а в вязком материале происходит медленное разрушение при значительной пластической деформации.

При ударных нагрузках вязкий материал деформируется, а хрупкий ломается. В работающей машине процесс развития пластической деформации может быть обнаружен по изменению характера ее работы. Поэтому высокая ударная вязкость материала конструкции является одним из способов обеспечения безопасности эксплуатации техники.

В конкретной задаче физическое противоречие заключается в том, что: "Деталь должна быть твердой для обеспечения высокой износостойкости, и деталь не должна быть твердой, чтобы иметь высокую ударную вязкость" .

Формулировка этого ФП сама "подсказывает", что его можно разрешить разделением этих свойств в пространстве - твердой деталь должна быть только в поверхностном слое.

Решение: материал детали не упрочняется термической обработкой (малое содержание углерода), а поверхностный слой цементируется (науглероживается) и производится термообработка - закалка.

Высказывания в ФП перестают быть противоречащими, так как в них меняются субъекты. Теперь уже одна часть рассматриваемого объекта обладает свойством Р , а другая - противоположным свойством не-Р .

Таким образом, чтобы понять, можно ли разрешить противоречие в пространстве или во времени, нужно проанализировать требования, которые приводят к противоречащим свойствам, выяснить, в чем различие этих требований.

Для разрешения ФП в пространстве можно либо использовать свободное (пустое) пространство в ТО, либо ввести в систему вещество-разделитель.

Следует отметить еще одну важную особенность этого этапа решения задачи.

Формулировка ФП - это модель задачи. И как всякая модель она позволяет выделить существенные стороны решаемой задачи, сконцентрировать на них свое внимание, понять какие вещественно-полевые, пространственные и временные ресурсы можно использовать для решения проблемы.

Формулирование ФП раскрывает еще два важных аспекта решаемой задачи. Эта модель дает возможность выявить оперативную зону и оперативное время .

Оперативная зона (ОЗ) - это пространство, в пределах которого возникает конфликт.

Оперативное время (ОВ) - это момент времени, когда конфликт возникает, а также время до появления конфликта, когда в ТО происходят процессы, подготавливающие этот конфликт.

Определение оперативной зоны и оперативного времени позволяет конкретизировать поставленную задачу.

В примере 6.12 ОЗ - это все тело детали, ОВ- технологический процесс, в котором формируются рассматриваемые свойства, то есть, процессы термообработки.

В примере 6.11 ОЗ - сопрягаемые площадки, ОВ - от момента испытания до момента контроля.

Рассматривая противоречащие высказывания как диалектическое противоречие, естественно заключить, что для его разрешения нужно найти (синтезировать) такое решение, которое позволило бы избавиться от НЭ и сохранить или, еще лучше, усилить нужное свойство. То есть нужно создать объект с новыми свойствами, исключающими рассматриваемое противоречие (речь идет не о поиске компромиссного решения). Поэтому для разрешения противоречия естественно воспользоваться приемами, которые позволяют изменять системные свойства рассматриваемых объектов.

Из приведенных примеров видно, что разрешение противоречий в пространстве и во времени, как правило, сопровождалось введением в систему веществ и полей, то есть, введением компонентов и связей, которые приводили к изменению системных свойств ТО.

Изменение системных свойств ТО возможно так же и за счет других структурных изменений.

Введение, удаление связей, изменение характера связей между компонентами системы

Пример 6.12. В радиоприемнике сила радиосигнала (особенно коротких волн) на антенне значительно изменяется. Это обусловлено в основном взаимным наложением радиоволн, приходящих в точку приема различными путями. Это сказывается на выходном сигнале - явление фединга-замирания.

ФП: Сила выходного сигнала должна быть постоянной для удобства прослушивания передач, но она не может быть постоянной из-за явления фединга-замирания.

ОЗ - все радиоприемное устройство от антенны до громкоговорителя;

ОВ - моменты времени, когда изменяется сила сигнала на антенне.

Разрешение ФП

Изменение связей в усилительном устройстве: введение отрицательной обратной связи - устройство, называемое автоматическим регулятором усиления.

Для разрешения ФП в примере 6.10 в катод было введено вещество. В каналах тонкого фарфорового цилиндрика помещена вольфрамовая нить - нагреватель. Нить накаливается переменным электрическим током, и ее тепло передается фарфоровому цилиндрику и нанесенному на него никелевому слою. Электрического контакта между катодом и нагревателем нет. Термоэлектронная эмиссия стала постоянной.

В примере 6.7 решения минизадач 1, 2, 4, приведенных в табл. 6.2, основаны на введении в систему дополнительных компонентов.

Системные свойства ТО могут быть изменены также еще одним приемом, основанным на системном подходе.

Количественные изменения в компонентах или во взаимодействиях между ними, которые привели бы к качественным изменениям.

Количественные изменения весьма часто приводят к качественным изменениям и, следовательно, оказывают существенное влияние на системные свойства объекта.

Например, при нагреве жидкости до определенной температуры происходит ее испарение, при нагреве ферромагнетика до определенной температуры, называемой точкой Кюри, происходит скачкообразное изменение магнитных свойств.

Закалка сталей основана на том, что при охлаждении при определенной температуре происходит изменение кристаллической решетки железа. При этом изменяется растворимость углерода в железе (сталь - это твердый раствор углерода в железе). Но здесь применен еще один прием - количественные изменения. При быстром охлаждении фиксируются те структуры, которые устойчивы при высокой температуре.

Следует отметить, что в технических решениях, как правило, используется сразу не менее двух приемов. Например, введение компонента в систему часто приводит и к разделению противоречащих свойств в пространстве; для того, чтобы разделить противоречащие свойства во времени или ввести количественные изменения во взаимодействие компонентов, иногда приходится вводить в систему еще один компонент в виде вещества или поля.

Таким образом, для разрешения ФП целесообразно, в первую очередь, проанализировать те требования, которые приводят к появлению несовместимых свойств, проверить, действительно ли необходимо совмещать противоречащие свойства в одной и той же точке пространства и в один и тот же момент времени, то есть рассмотреть, нельзя ли разрешить противоречие в пространстве или во времени.

Пример 6.13. Период колебания маятника (например, часов - "ходики") должен быть постоянным при изменении окружающей температуры (рис. 6.6, а).

Но поскольку температура воздуха меняется, то это сказывается на точности хода часов. Это связано с тем, что с изменением температуры изменяется длина маятника и, следовательно, период его колебаний.

Рис. 6.6

ФП: Период колебания маятника должен быть постоянным, но он не может быть постоянным, так как при изменении температуры изменяется длина маятника. Стержень металлический и при изменении температуры изменяется его длина.

ОВ - то время функционирования объекта, когда происходит изменение температуры;

ОЗ - точка подвеса, стержень, точка расположения центра масс груза, то есть вся система в целом.

ОЗ и понимание физических законов, которым подчиняется функционирование объекта, позволяют наметить пути решения задачи.

Период колебания маятника зависит от длины стержня и силы тяжести: , где L - длина маятника; g - ускорение силы тяжести.

Естественно, возникает задача, как управлять этими параметрами. При этом надо стремиться к получению идеального технического решения, то есть ТО должен управлять собой сам.

Здесь следует отметить еще одно важное обстоятельство. Технические и физические противоречия часто возникают именно после формулировки идеального технического решения, идеального конечного результата.

В данном случае объект должен сам управлять своими параметрами, для..., но он не может этого сделать, так как у него нет для этого ресурсов . Это тоже можно рассматривать как физическое противоречие.

Значит, эти ресурсы нужно найти. И ориентировку в поиске ресурсов дает представление об оперативной зоне, оперативном времени и компонентах надсистемы, с которыми связан рассматриваемый ТО.

Нужно устройство, которое хорошо бы реагировало на изменение температуры и изменяло бы длину маятника или силу притяжения груза (mg).

Какие вещества и поля можно ввести в систему?

6.5. Заключение

Таким образом, административные (АП), технические (ТП) и физические (ФП) противоречия - это модели задач.

Из приведенных примеров видно, что:

Административные и технические противоречия носят содержательный характер, а по форме они представляют собой описание проблемной ситуации.

Административные противоречия только формулируют проблему в терминах: цель, потребность, функция, нежелательные эффекты .

В ТП противоречие связано с функционированием ТО в целом при выполнении им главной полезной функции (ГПФ). В нем определяется изменяемый параметр, который существенным образом влияет на функциональные свойства технического объекта. Формулировка ТП позволяет обозначить направления решения проблемы.

В ФП , как правило, речь идет о компонентах ТО и их взаимодействиях.

В отличие от АП и ТП в физическом противоречии формулируются требования, приводящие к несовместимым свойствам, которыми должен обладать объект. Раскрывая суть конфликта, формулировка ФП обладает эвристической ценностью и позволяет наметить приемы поиска решения задачи.

Задачи и обстоятельства, в которых они возникают, могут быть самые разные. Дать рекомендации на все случаи невозможно. Поэтому весьма важным является систематизация приемов, их свертывание в компактный набор, который при необходимости можно было бы развернуть.

Г.С. Альтшуллер предложил 11 приемов разрешения физических противоречий, применение которых будет рассмотрено при изучении алгоритма решения изобретательских задач. Но чтобы ими воспользоваться, нужно уметь выявить и сформулировать физические противоречия.

Кроме того, не надо забывать, что знание законов техники весьма часто позволяет целенаправленно выйти на нужный прием разрешения противоречий.

ПРИНЦИП ВЫНЕСЕНИЯ
Отделить от объекта "мешающую" часть ("мешающее" свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть (нужное свойство).

ПРИМЕРЫ

Авторское свидетельство № 153533. Устройство для защиты от рентгеновских лучей, отличающееся тем, что, с целью защиты от ионизирующего излучения головы, плечевого пояса, позвоночника, спинного мозга и гонад пациента при флюорографии, например, грудной клетки, оно снабжено защитными барьерами и вертикальным, соответствующим позвоночнику стержнем, изготовленным из материала, не пропускающего рентгеновские лучи.

Целесообразность этой идеи очевидна.

Изобретение выделяет наиболее вредную часть потока и блокирует ее. Заявка подана в 1962 году; между тем это простое и нужное изобретение могло быть сделано значительно раньше.

Мы привыкаем рассматривать многие объекты как набор традиционных и неотъемлемых друг от друга частей. В набор вертолета, например, входят и баки с горючим. Действительно, обычный вертолет вынужден возить горючее.

Еще один ПРИМЕР.
Столкновение самолетов с птицами вызывают иногда тяжелые катастрофы. В США запатентованы самые различные способы отпугивания птиц от аэродромов (механические чучела, распыление нафталина и т.д.). Наилучшим оказалось громкое воспроизведение крика перепуганных птиц, записанное на магнитофонную ленту.

Отделить птичий крик от птиц - решение конечно, необычное, но характерное для принципа вынесения.

ПРИЕМ 3
ПРИНЦИП МЕСТНОГО КАЧЕСТВА
а) Перейти от одной структуры объекта (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной.
б) Разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции.
в) Каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.

Авторское свидетельство № 256708. Способ подавления пыли в горных выработках, отличающийся тем, что, с целью предотвращения распространения тумана по выработкам и сноса его с источника пылеобразования вентиляционным потоком, подавление пыли производят одновременно тонкодиспергированной и грубодисперсной водой, причем вокруг конуса тонкодиспергированной воды создают пленку из грубодисперсной воды.

Авторское свидетельство № 280328. Способ сушки зерна риса, отличающийся тем, что, с целью уменьшения образования трещиноватых зерен, рис перед сушкой разделяют по крупности на фракции, которые сушат раздельно с дифференцированными режимами.

Принцип местного качества отчетливо отражается в историческом развитии многих машин: они постепенно дробились, и для каждой части создавались наиболее благоприятные местные условия.

Первоначально паровой двигатель представлял собой цилиндр, выполнявший одновременно функции парового котла и конденсатора. Вода заливалась непосредственно в цилиндр. Огонь обогревал цилиндр, вода закипала, пар поднимал поршень, после чего жаровню с огнем убирали, а цилиндр поливали холодной водой. Пар конденсировался, и поршень под действием атмосферного давления шел вниз.

Позднее изобретатели догадались отделить паровой котел от цилиндра двигателя. Это позволило существенно сократить расход топлива.

Однако отработанный пар по-прежнему конденсировался в самом цилиндре, что вызывало огромные тепловые потери. Нужно было сделать следующий шаг - отделить от цилиндра конденсатор. Эту идею выдвинул и осуществил Джеймс Уатт. Вот что он рассказывает:

"После того как я всячески обдумывал вопрос, я пришел к твердому заключению: для того, чтобы иметь совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр всегда был так же горяч, как и входящий в него пар. Однако конденсация пара для образования вакуума должна происходить при температуре не выше 30 градусов...

Это было возле Глазго, я вышел на прогулку около полудня. Был прекрасный день. Я проходил мимо старой прачечной, думая о машине, и подошел к дому Герда, когда мне пришла в голову мысль, что пар ведь упругое тело и легко устремляется в пустоту. Если установить связь между цилиндром и резервуаром с разреженным воздухом, то пар устремиться туда, и цилиндр не надо будет охлаждать. Я не дошел еще до Гофхауза, как все дело было кончено в моем уме!"

ПРИЕМ 4
ПРИНЦИП АССИМЕТРИИ
Перейти от симметричной формы объекта к асимметричной.

(Этот прием в формулировке по книге "Творчество как точная наука", 1979, с.85:
а) Перейти от симметричной формы объекта к асимметричной.
б) Если объект асимметричен, увеличить степень асимметрии.)

Машины рождаются симметричными. Это их традиционная форма. Поэтому многие задачи, трудные по отношению к симметричным объектам, легко решаются нарушением симметрии.

Тиски со смещенными губами. В отличие от обычных, они позволяют зажимать в вертикальном положении длинные заготовки.

Фары автомобиля должны работать в разных условиях: правая должна светить ярко и далеко, а левая - так, чтобы не слепить водителей встречных машин. Требования разные, а устанавливались фары всегда одинаково. Лишь несколько лет назад возникла идея несимметричной установки фар: левая освещает дорогу на расстоянии до 25 метров, а правая - значительно дальше.

Патент США № 3435875. Асимметричная пневматическая шина имеет одну боковину повышенной прочности и сопротивляемости ударам о бордюрный камень тротуара.

ПРИЕМ 5
ПРИНЦИП ОБЪЕДИНЕНИЯ
а) Соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты.
б) Объединить во времени однородные или смежные операции.

ПРИЕМ 6
ПРИНЦИП УНИВЕРСАЛЬНОСТИ
Объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах.

В Японии рассматривается возможность постройки танкера, оборудованного нефтеперегонной установкой. Смысл проекта - совмещение во времени процессов транспортировки и переработки нефти.

Авторское свидетельство № 160100. Способ транспортировки материала, например табачных листьев, к сушильным установкам с помощью водяного потока в гидротранспортере, отличающийся тем, что, с целью одновременного осуществления промывки табачных листьев и фиксации их цвета, используют воду, нагретую до 80-85 C.

Авторское свидетельство № 264466. Элемент памяти на тонкой цилиндрической пленке, нанесенной на диэлектрическую подложку, отличающийся тем, что, с целью упрощения элемента, сама пленка служит шиной записи-считывания.

ПРИЕМ 7
ПРИНЦИП "МАТРЕШКИ"
а) Один объект размещен внутри другого объекта, который, в свою очередь, находится внутри третьего и т. д.;
б) Один объект проходит сквозь полость в другом объекте.

Авторское свидетельство № 110596. Способ хранения и транспортировки разнородных по вязкости нефтепродуктов в корпусе плавучей емкости, отличающийся тем, что хранение их с целью уменьшения потерь тепла высоковязких продуктов производят в отсеках емкости, расположенных внутри отсеков, заполненных невязкими сортами нефтепродуктов.

ПРИЕМ 8
ПРИНЦИП АНТИВЕСА
а) Компенсировать вес объекта соединением с другими объектами, обладающими подъемной силой.
б) Компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет аэро-, гидродинамических и других сил).

Авторское свидетельство № 187700. Способ спуска в скважину и извлечения из нее стреляющей и взрывной аппаратуры, отличающийся тем, что, с целью удешевления и упрощения прострелочных и взрывных работ, спуск стреляющей и взрывной аппаратуры производят свободно под действием собственного веса, а подъем к устью скважины - с помощью встроенного в корпус реактивного двигателя.

При создании сверхмощных турбогенераторов возникла сложная задача: как уменьшить давление ротора на подшипники? Решение нашли в том, что над турбогенератором установили сильный электромагнит, компенсирующий давление ротора на подшипники.

Иногда приходится решать обратную задачу: компенсировать недостаток веса. При создании и эксплуатации шахтных электровозов возникает явное техническое противоречие: для увеличения тяги нужно утяжелять электровоз, а для уменьшения его мертвого веса следует делать электровоз возможно более легким. Группа сотрудников Ленинградского горного института разработала и успешно применила простое устройство, позволяющее снять это техническое противоречие и в полтора раза увеличить производительность рудничных электровозов: в ведущих колесах монтируется мощный электромагнит; создается магнитное поле, охватывающее колеса и рельсы; сила сцепления резко возрастает, а вес электровоза может быть снижен.

ПРИЕМ 9
ПРИНЦИП ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Заранее придать объекту напряжения, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям.

(Этот прием в формулировке по книге "Творчество как точная наука", 1979, с.86:
ПРИНЦИП ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО АНТИДЕЙСТВИЯ
а) Заранее придать объекту напряжения, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям.
б) Если по условиям задачи необходимо совершить какое-то действие, надо заранее совершить антидействие.)

ПРИМЕРЫ
Авторское свидетельство № 84355. Заготовку турбинного диска устанавливают на вращающийся поддон. Нагретая заготовка по мере охлаждения сжимается. Но центробежные силы (пока заготовка не потеряла пластичности) как бы отштамповывают заготовку. Когда же деталь остынет, в ней появятся сжимающие усилия.

На этом принципе основана вся технология предварительного напряжения железобетона: чтобы бетон лучше работал на растяжение, его предварительно укорачивают. Это едва ли не единственный случай, когда строительная техника использует более передовые методы, нежели машиностроение. Предварительно напряженные конструкции применяются в машиностроении еще очень редко, между тем использование этого приема могло бы дать колоссальные результаты.

Рис. 15 Принцип предварительного напряжения: трубы составного вала заранее скручены в направлении, противоположном рабочей деформации. Как, например, сделать вал прочнее, не увеличивая его наружный диаметр? Решение этой задачи показано на Рис. 15. Вал составлен из вставленных одна в другую труб, предварительно закрученных на определенные расчетом углы. Иными словами, вал предварительно получает деформацию, противоположную по знаку той деформации, какую он получает во время работы. Крутящий момент должен сначала снять эту предварительную деформацию, только после этого начнется деформация вала в "нормальном" направлении. Составной вал весит вдвое меньше равного ему по прочности обычного монолитного.

ПРИЕМ 10
ПРИНЦИП ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ИСПОЛНЕНИЯ
а) Заранее выполнить требуемое изменение объекта (полностью или хотя бы частично).
б) Заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие с наиболее удобного места и без затрат времени на доставку.

(Название приема в формулировке по книге "Творчество как точная наука", 1979, с.86:
ПРИНЦИП ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ )

Авторское свидетельство № 61056. Черенки многих плодово-ягодных и других культур, посаженные в почву, не укореняются вследствие недостатка питательных веществ в черенке. По данному изобретению предлагается создавать запас питательных веществ заранее, насыщая перед посадкой черенки в ванне с питательной смесью.

Авторское свидетельство № 162919. Способ снятия гипсовых повязок с помощью проволочной пилы, отличающийся тем, что, с целью предупреждения травм и облегчения снятия повязки, пилу помещают в предварительно смазанную подходящей смазкой трубку, выполненную, например, из полиэтилена, и заранее загипсовывают под повязку при ее наложении. Благодаря этому распиливать повязку можно от тела наружу - без опасения задеть тело.

Любопытный случай использования этого же принципа - окраска древесины до того, как дерево срубили: красители поступают под кору дерева и разносятся соками по всему стволу.

ПРИЕМ 11
ПРИНЦИП "ЗАРАНЕЕ ПОДЛОЖЕННОЙ ПОДУШКИ"
Компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.

ПРИМЕРЫ

Авторское свидетельство № 264626. Способ снижения токсического действия химических соединений с помощью присадок, отличающийся тем, что, с целью уменьшения опасности отравления химическими веществами, а также продуктами их превращений в организме, присадки добавляют непосредственно в исходные токсичные химические соединения при их изготовлении.

Авторское свидетельство № 297361. Способ предотвращения распространения лесного пожара посредством создания заградительных полос из растений, отличающийся тем, что, с целью придания огнестойкости растениям, образующим заградительную полосу, в почву вносят биологически усваиваемые или химические элементы, тормозящие процесс их воспламенения.

Патент США № 2879821: жесткий металлический диск, заранее расположенный внутри автомобильной шины и позволяющий продолжать движение на спущенной шине без повреждения покрышки.

Принцип "заранее подложенной подушки" можно использовать не только для повышения надежности. Вот характерный пример. В связи с тем, что в американских библиотеках часто пропадают книги, изобретатель Эмануэль Трикилис предложил прятать в переплеты кусочек намагниченного метала. При выдаче книги библиотекарь размагничивает этот металлический вкладыш, проталкивая книгу под специальной электрической спиралью. Если посетитель попытается уйти, взяв незарегистрированную книгу, то спрятанный в двери прибор среагирует на магнитный вкладыш в переплете.

Горноальпийская спасательная станция в Швейцарии применила аналогичный метод для быстрого обнаружения людей, попавших в снежную лавину. Теперь лыжник или житель местности, в которой часты лавины, носит небольшой магнит. При несчастном случае этот магнит помогает легко обнаружить пострадавшего с помощью искателя даже под трехметровым покровом снега.

ПРИЕМ 12
ПРИНЦИП ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНОСТИ
Изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект.

Авторское свидетельство № 110661. Контейнеровоз, в котором груз не поднимается в кузов, а только приподнимается гидроприводом и устанавливается на опорную скобу. Такая машина работает без крана и перевозит значительно более высокие контейнеры.

ПРИЕМ 13
ПРИНЦИП "НАОБОРОТ"
а) Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие (например, не охлаждать объект, а нагревать).
б) Сделать движущуюся часть объекта (или внешней среды) неподвижной, а неподвижную - движущейся.
в) Перевернуть объект "вверх ногами".

Авторское свидетельство № 184649. Способ вибрационной очистки металлоизделий в абразивной среде, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса очистки, движения вибрации сообщают обрабатываемой детали.

Изобретатель решил эту задачу просто и изящно: металл идет по трубкам, опущенным ко дну литейной формы. По мере заполнения форма движется вниз, и, таким образом, каждая порция металла подается именно туда, где она должна застыть (см. Рис. 16). Рис. 16 Принцип "наоборот": в отличие от обычного способа заливки, движется форма, а поступающий в нее металл остается неподвижным. Авторское свидетельство № 109942. Это изобретение решает важную проблему отливки крупногабаритных тонкостенных деталей. При отливке таких деталей желательно, чтобы металл поступал в форму сверху, и затвердение шло снизу вверх. Но лить металл в форму ("дождевой" способ) допустимо с высоты не более пятнадцати сантиметров, иначе металл сгорит или пропитается газами. А как быть, если форма имеет высоту два-три метра? Если подавать металл снизу, то первые порции его затвердеют, не успев подняться к верхней части формы. Литье всегда осуществлялось так, что двигался металл, а форма была неподвижной. Здесь все наоборот: движется форма, а залитый в нее металл остается неподвижным. Это позволило "совместить несовместимое": плавность заполнения формы и затвердевание металла снизу вверх, как при литье "дождевым" способом.

ПРИЕМ 14
ПРИНЦИП СФЕРОИДАЛЬНОСТИ
а) Перейти от прямолинейных частей объекта к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба или параллелепипеда, к шаровым конструкциям.
б) Использовать ролики, шарики, спирали.
в) Перейти к вращательному движению, использовать центробежную силу.

Патент ФРГ № 1085073. Устройство для вварки труб в трубную решетку, в котором электродами служат катящиеся шарики.

Авторское свидетельство № 262045. Исполнительный орган проходческого комбайна, включающий породоразрушающие электроды, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности разрушения крепких горных пород породоразрушающие электроды выполнены в виде свободно вращающихся клиновых роликов, установленных на изолирующей оси.

Авторское свидетельство № 260874. Способ отделения нитей корда от резины, например, в каркасе изношенных покрышек, включающий выдержку покрышки в углеводородах, обработку ее высоконапорными струями жидкости, механическое расчесывание нитей и их обрезку, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности труда, обработку покрышки ведут в процессе ее вращения со скоростью, ослабляющей связь между частицами резины.

ПРИЕМ 15
ПРИНЦИП ДИНАМИЧНОСТИ
а) Характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы.
б) Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга.

(Этот прием в формулировке по книге "Творчество как точная наука", 1979, с.87 имеет подпункт: в) Если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.)

Авторское свидетельство № 317390. Ласта плавательная резиновая, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения регулирования жесткости ее рабочей лопасти для различных по скорости и длительности плавания режимов, она имеет внутренние продольные полости, весь объем которых заполнен инертной несжимаемой жидкостью, статическое давление которой по необходимости изменяется на берегу или под водой.

Авторское свидетельство № 161247. Транспортное судно, корпус которого имеет цилиндрическую форму, отличающееся тем, что, с целью уменьшения осадки судна при полной загрузке, его корпус выполнен из двух раскрывающихся, шарнирно сочлененных полуцилиндров.

Патент СССР № 174748. Автомобиль с шарнирно соединенными секциями рамы, которые могут поворачиваться при помощи гидроцилиндров. Такой автомобиль обладает повышенной проходимостью.

Авторское свидетельство № 162580. Способ изготовления полых кабелей с каналами, образованными трубками, скрученными с токоведущими жилами, с предварительным заполнением трубок веществом, удаляемым из них после изготовления кабеля. Чтобы упростить технологию, в качестве заполняющего вещества применяют парафин, который после изготовления кабеля расплавляют и выливают из трубок.

ПРИЕМ 16
ПРИНЦИП ЧАСТИЧНОГО ИЛИ ИЗБЫТОЧНОГО РЕШЕНИЯ
Если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить "чуть меньше" или "чуть больше". Задача при этом может существенно упроститься.

Рис. 17 Принцип избыточного действия: чтобы подавать порошок по трубке 1 равномерно, его насыпают в воронке 2 с избытком; лишний порошок высыпается в бункер 3, а воронка всегда заполнена до краев. Авторское свидетельство № 181897. Способ борьбы с градом, основанный на кристаллизации с помощью реагента (например йодистого серебра) градового облака, отличающийся тем, что, с целью резкого сокращения расхода реагента и средств его доставки, осуществляют кристаллизацию не всего облака, а крупнокапельной (локально) его части. Авторское свидетельство № 262333. Устройство для дозирования металлических порошков, содержащее бункер с дозатором, отличающееся тем, что, с целью обеспечения равномерной подачи порошка к дозатору, бункер снабжен внутренней приемной воронкой и каналом с электромагнитным насосом для подачи (с избытком) порошка к воронке (см. Рис. 17).

ПРИЕМ 17
ПРИНЦИП ПЕРЕХОДА В ДРУГОЕ ИЗМЕРЕНИЕ
а) Трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (то есть на плоскости). Соответственно, задачи, связанные с движением (или размещением) объектов в одной плоскости, устраняются при переходе к пространству трех измерений.
б) Многоэтажная компоновка объектов вместо одноэтажной.
в) Наклонить объект или положить его "набок".
г) Использовать обратную сторону данной площади.
д) Использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или на обратную сторону имеющейся площади.

Авторское свидетельство № 150938. Полупроводниковый диод, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности диода, в нем применен профилированный электронно-дырочный переход и профилированный омический контакт без увеличения периметра полупроводниковой пластины. Переход от плоского контакта к объемному позволяет при прежних габаритах диода получить большую площадь пластины полупроводника и, следовательно, большую мощность, снимаемую с электронно-дырочного перехода.

Известный советский изобретатель Д. Киселев, долгое время работавший над совершенствованием долота для бурения нефтяных скважин, рассказывает в своей книге "Поиски конструктора": "В долоте также каждый подшипник обладает определенной грузоподъемностью, и если увеличить их число, дать меньшую нагрузку каждому, можно улучшить условия их работы, предотвратить износ. Именно по этому пути шла все время моя мысль в поисках различных схем размещения подшипников. Но мешали габариты долота, малое пространство, на котором я имел возможность располагать необходимое мне количество шариков и роликов. Теперь же я вдруг увидел решение, вот оно, рядом. На одном и том же участке поверхности можно разместить большее количество "элементов" подшипников в два яруса, как размещаются люди и вещи в купе пассажирских вагонов. Я даже рассмеялся: так просто было это решение, тщетно разыскиваемое много месяцев".

Авторское свидетельство № 180555. Способ механизации обмена вагонеток в горизонтальном проходческом забое, отличающийся тем, что, с целью устранения подрыва кровли и устройства разъездов, обмен груженых вагонеток на порожние производят посредством перенесения порожней вагонетки с возможным поворотом ее на угол 90 над составом под погрузку.

Авторское свидетельство № 259449. Устройство для магнитографической дефектоскопии, отличающееся тем, что, с целью повышения срока службы, кольцевая магнитная лента выполнена с двусторонним магниточувствительным покрытием и изогнута в виде листа Мёбиуса.

Авторское свидетельство № 244783. Теплица для круглогодичного выращивания овощных культур, отличающаяся тем, что, с целью улучшения светового режима растений за счет использования солнечных лучей, она снабжена вогнутым отражательным экраном, установленным поворотно с северной стороны теплицы.

ПРИЕМ 18
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
а) Привести объект в колебательное движение.
б) Если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой).
в) Использовать резонансную частоту.
г) Применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы.
д) Использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.

Авторское свидетельство № 220380. Способ вибродуговой наплавки и сварки деталей под слоем флюса с низкочастотными колебаниями электрода, отличающийся тем, что, с целью повышения качества наплавленного металла, на низкочастотные колебания накладывают высокочастотные ультразвуковые колебания порядка, например, 20 кГц.

Авторское свидетельство № 307896. Способ безопилочного резания древесины при помощи изменяющего свои геометрические размеры режущего инструмента, отличающийся тем, что, с целью снижения усилия внедрения инструмента в древесину, резание осуществляют инструментом, частота импульсов которого близка к собственной частоте колебаний перерезаемой древесины.

Патент США № 3239283. Трение покоя резко снижает чувствительность тонких приборов, мешает стрелкам, маятникам и другим подвижным частям легко поворачиваться в подшипниках. Чтобы избежать этого, подшипники заставляют вибрировать, и элементы прибора все время совершают осциллирующее движение относительно друг друга. В качестве источника вибрации обычно используют электромотор. При этом кинематика прибора существенно усложняется, а вес увеличивается. Американские изобретатели Джон Броз и Вильям Лаубендорфер разработали конструкцию подшипника, в котором втулки выполняются из пьезоэлектрического материала и с обеих сторон покрываются тонкой электропроводной фольгой. К фольге припаиваются электроды, по которым подводится переменный ток, создающий вибрацию.

ПРИЕМ 19
ПРИНЦИП ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
а) Перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному).
б) Если действие уже осуществляется периодически - изменить периодичность.
в) Использовать паузы между импульсами для другого действия.

Авторское свидетельство № 267772. Известен способ исследования процесса дуговой сварки с использованием дополнительного осветителя. Однако при дополнительном освещении наряду с улучшением видимости твердого и жидкого материала, находящегося в области дуги, ухудшается видимость плазменно-газовой фазы столба дуги (явно техническое противоречие!). Предложенный способ отличается тем, что яркость дополнительного осветителя периодически изменяют от нуля до величины, превышающей яркость дуги. Это позволяет совместить наблюдение как за самой дугой, так и за процессом плавления электрода и переноса металла.

Авторское свидетельство № 302622. Способ контроля исправности термопары путем подогрева ее и проверки наличия в цепи э.д.с., отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени контроля, нагревают термопару периодическими импульсами тока, а в промежутки времени между импульсами проверяют наличие термо э.д.с.

ПРИЕМ 20
ПРИНЦИП НЕПРЕРЫВНОСТИ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
а) Вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой).
б) Устранить холостые и промежуточные ходы.

Авторское свидетельство № 126440. Способ многоствольного бурения скважин двумя комплектами труб. При одновременном бурении двух-трех скважин применяется ротор с несколькими стволами, включаемыми в работу независимо друг от друга, и два комплекта бурильных труб, поочередно поднимаемых и опускаемых в скважины для смены отработанных долот. Операции по смене долот совмещаются во времени с автоматическим бурением в одной из скважин.

Авторское свидетельство № 268926. Способ транспортировки сахара-сырца на судах, отличающийся тем, что, с целью снижения стоимости транспортировки путем утилизации свободных пробегов, используют танкеры, которые после разгрузки от нефтепродуктов или других жидких грузов, очистки и обработки моющими средствами загружают сахаром-сырцом.

ПРИЕМ 21
ПРИНЦИП ПРОСКОКА
Вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.

ПРИМЕРЫ
Авторское свидетельство № 241484. Способ скоростного нагрева металлических заготовок в потоке газа, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и уменьшения обезуглероживания, газ подают со скоростью не менее 200 м/с, при сохранении потока постоянным на всем протяжении его контакта с заготовками.

Авторское свидетельство № 112889. При разгрузке палубного лесовоза его накреняют с помощью судна-кренователя. Чтобы в воду свалился весь лес, приходиться создавать большой крен лесовоза, а это опасно. Предлагаемый способ состоит в том, что лесовоз быстро (рывком) накреняют на небольшой угол. Возникает динамическая нагрузка, и лес разгружается при небольшом угле крена.

Патент ФРГ № 1134821. Устройство для разрезания тонкостенных пластмассовых труб большого диаметра. Особенность устройства - нож рассекает трубу так быстро, что она не успевает деформироваться.

ПРИЕМ 22
ПРИНЦИП "ОБРАТИТЬ ВРЕД В ПОЛЬЗУ"
а) Использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта.
б) Устранить вредный фактор за счет сложения с другим вредным фактором.
в) Усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.

ПРИМЕРЫ
Член-корреспондент Академии наук СССР П. Вологдин в статье "Путь ученого" ("Ленинградский альманах", 1953, № 5) писал, что еще в двадцатых годах он задался целью применить токи высокой частоты для нагрева металла. Опыты показали, что металл нагревается лишь с поверхности. Ток высокой частоты никак не удавалось "загнать" в глубь заготовки, и опыты прекратили. Впоследствии Вологдин не раз сожалел, что не использовал этот "отрицательный эффект": промышленность могла бы получить метод высокочастотной закалки стальных деталей на много лет раньше, чем он был предложен в действительности.

По-иному сложилась судьба другого выдающегося изобретения - электроискровой обработки металла.

Б.Р. Лазаренко и И.Н. Лазаренко работали над проблемой борьбы с электроэрозией металлов. Электрический ток "разъедал" металл в месте соприкосновения контактов реле, и с этим ничего не удавалось сделать. Были испробованы твердые и сверхтвердые сплавы - и все безрезультатно. Исследователи пытались помещать контакты в различные жидкости, но разрушение шло еще интенсивнее.

Однажды изобретатели поняли, что этот "отрицательный эффект" можно где-то применить с пользой, и вся работа теперь пошла в другом направлении. 3 апреля 1943 года изобретатели получили авторское свидетельство на электроискровой способ обработки металла.

Сам по себе этот принцип прост: надо допустить то, что кажется недопустимым, - пусть случится! Но тут мысль изобретателя часто наталкивается на психологический барьер...

ПРИЕМ 23
ПРИНЦИП ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
а) Ввести обратную связь.
б) Если обратная часть есть - изменить ее.

ПРИМЕРЫ
Авторское свидетельство № 283997. Внутри градирни ветер образует циркуляционные зоны, что снижает глубину охлаждения воды. Чтобы повысить эффективность охлаждения, в секциях градирни устанавливают температурные датчики и по их сигналам автоматически изменяют количество подаваемой воды.

Авторское свидетельство № 167229. Способ автоматического запуска конвейера, отличающийся тем, что, с целью экономии электроэнергии, потребляемой в момент запуска конвейерного двигателя, измеряют мощность, потребляемую двигателем конвейера во время работы, фиксируют ее в момент остановки конвейера и полученный сигнал, обратно пропорциональный весу материала на конвейере, подают на пусковой двигатель в момент запуска конвейера.

Авторское свидетельство № 239245. Способ автоматического регулирования процесса ректификации путем воздействия на расход орошения в колонну в зависимости от температуры и давления на выходе продукта, отличающийся тем, что, с целью стабилизации содержания одного из компонентов в трехкомпонентной смеси, дополнительно вводят коррекцию по удельному весу выходного продукта.

ПРИЕM 24
ПРИНЦИП "ПОСРЕДНИКА"
Использовать промежуточный объект-переносчик.

(Этот прием в формулировке по книге "Творчество как точная наука", 1979, с.89:
а) Использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие.
б) На время присоединить к объекту другой (легко удаляемый) объект.)

ПРИМЕРЫ
Авторское свидетельство № 177436. Способ подвода электрического тока в жидкий металл, отличающийся тем, что, с целью снижения электрических потерь, ток к основному металлу подводят охлаждаемыми электродами через промежуточный жидкий металл, температура плавления которого ниже, а плотность и температура кипения выше, чем у основного металла.

Авторское свидетельство № 178005. Способ нанесения летучего ингибитора атмосферной коррозии на защищаемую поверхность, отличающийся тем, что, с целью получения равномерного покрытия внутренних поверхностей сложных деталей, через последние продувают нагретый воздух, насыщенный парами ингибитора.

ПРИЕМ 25
ПРИНЦИП САМООБСЛУЖИВАНИЯ
а) Объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции.
б) Использовать отходы (энергии, вещества).

ПРИМЕРЫ
Авторское свидетельство № 261207. Дробеметный аппарат, корпус которого облицован изнутри износоустойчивыми плитами, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости облицовки, плиты выполнены в виде магнитов, удерживающих на своей поверхности защитный слой дроби. На стенках дробемета возникает, таким образом, постоянно обновляемый защитный слой дроби.

Авторское свидетельство № 307584. Способ сооружения каналов оросительных систем из сборных элементов, отличающийся тем, что, с целью упрощения транспортировки изделий после монтажа начального участка канала, его торцы закрывают временными диафрагмами, готовый участок канала затопляют водой и последующие элементы, также закрытые с торцов временными диафрагмами, сплавляют по этому участку канала.

Авторское свидетельство № 108625. Способ охлаждения полупроводниковых диодов, отличающийся тем, что, с целью улучшения условий теплообмена, применяется полупроводниковый термоэлемент, рабочим током которого является ток, проходящий через диод в прямом направлении.

ПРИЕМ 26
ПРИНЦИП КОПИРОВАНИЯ
а) Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии.
б) Заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии).
в) Если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым.

ПРИМЕРЫ
Авторское свидетельство № 86560. Наглядное учебное пособие по геодезии, выполненное в виде написанного на плоскости художественного панно, отличающееся тем, что, с целью последующей геодезической съемки с панно изображения местности, оно выполнено по данным тахеометрической съемки и в характерных точках местности снабжено миниатюрными геодезическими рейками.

Иногда необходимо (для измерения или контроля) совместить два объекта, которые физически совместить невозможно. В этих случаях целесообразно применять оптические копии. Так была, например, решена задача пространственных измерений на рентгеновских снимках. Обычный рентгеновский снимок не позволяет определить, на каком расстоянии от поверхности тела находиться очаг заболевания. Стереоскопические снимки дают объемное изображение, но и в этом случае измерения приходится вести на глаз: ведь внутри тела нет масштабной линейки! Нужно, таким образом, "совместить несовместимое": тело человека, подвергнутого просвечиванию, и масштабную линейку.

Новосибирский изобретатель Ф.И. Аксенов решил эту задачу, применив метод оптического совмещения. По способу Ф.И. Аксенова стереоскопические рентгеновские снимки совмещаются со стереоскопическими же снимками решетчатого куба. Рассматривая в стереоскоп совмещенные снимки, врач видит "внутри" больного решетчатый куб, играющий роль пространственного масштаба.

Вообще, во многих случая выгоднее оперировать не с объектами, а с их оптическими копиями. Например, канадская фирма "Крютер Палп" пользуется специальной фотоустановкой для обмера бревен, перевозимых на железнодорожных платформах. По данным фирмы, фотографический обмер балансов раз в 50-60 быстрее ручного, отклонение же результатов фотообмера от данных точного подсчета не превышает 1-2%.

Еще один интересный ПРИМЕР:

Авторское свидетельство № 180829 - новый способ контроля поверхности внутренних полостей сферических деталей. В деталь наливают малоотражающую жидкость и, последовательно меняя ее уровень, производят фотографирование на один и тот же кадр цветной пленки. На снимке получаются концентрические окружности. Сравнивая после увеличения (в проекционной системе) полученные этим способом линии с теоретическими линиями чертежа, с большой точностью определяют величину отклонения формы детали.

ПРИЕМ 27
ДЕШЕВАЯ НЕДОЛГОВЕЧНОСТЬ ВЗАМЕН ДОРОГОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
Заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).

ПРИМЕРЫ
Правила асептики требуют, чтобы кипячение шприца с иглами для инъекции продолжалось не менее 45 минут. Между тем во многих случаях бывает необходимо ввести лекарство как можно быстрее. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте медицинских инструментов и оборудования создан шприц-тюбик для одноразового использования. Это тонкостенный сосуд из пластмассы, на горловине которого укреплена стерильная игла, защищенная колпачком. Корпус шприца-тюбика в заводских условиях заполняется лекарственным препаратом и запаивается. Такой шприц можно привести в готовность буквально за считанные доли секунды - для этого достаточно лишь снять колпачок, прикрывающий иглу. Во время инъекции лекарство из тюбика выдавливается, после чего использованный шприц-тюбик выбрасывают.

Патент США № 3430629. Пеленка одноразового использования. Содержит наполнитель типа промокашки.

Существует много патентов такого типа: на одноразовые термометры, мусорные мешки, зубные щетки и т.д.

ПРИЕМ 28
ЗАМЕНА МЕХАНИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
а) Заменить механическую систему оптической, акустической или "запаховой".
б) Использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом.
в) Перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных - к меняющимся по времени, от неструктурных - к имеющим определенную структуру.
г) Использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.

Рис. 20 В этой винтовой паре гайка движется без трения, за счет взаимодействия электромагнитных полей. Авторское свидетельство № 163559. Способ контроля износа породоразрушающего инструмента, например буровых долот, отличающийся тем, что, с целью упрощения контроля, в качестве сигнализации износа применяют монтируемые в болота ампулы с резко пахучими химическими веществами, например с этилмеркаптаном. Авторское свидетельство № 154459. Неизнашиваемая винтовая пара (Рис. 20). Винтовая пара состоит из винта 1, в резьбу которого уложена обмотка 2, и гайки 3 с обмоткой 4. Винт и гайка расположены с зазором между ними. Гайка 3 жестко связана с подвижным узлом станка или прибора. При прохождении тока по обмоткам 2 и 4 вокруг них создаются электромагнитные поля. Замыкание этих полей происходит соответственно через гайку и винт, причем магнитный поток достигает максимальной величины при совмещении витков винта и гайки.

При вращении винта магнитный поток между сместившимися один относительно другого витками обмоток винта и гайки искривляется и, как следствие, возникает усилие, стремящееся восстановить первоначальное взаимное расположение витков. Это усилие и будет вызывать поступательное перемещение гайки с подвижным узлом.

Наличие зазора между винтом и гайкой позволяет значительно продлить срок службы винтовой пары, сделать их практически неизнашиваемыми.

"На одном заводе делали сверхъювелирную по тонкости работу: шлифовали стенки отверстия диаметром в полмиллиметра.

Для такой операции изготовили миниатюрный шлифовальник диаметром в две десятых миллиметра, осыпанный алмазной пылью.

Инструмент этот вращала пневматическая турбина со скоростью 1000 оборотов в секунду! Кроме того, шлифовальник двигался по контуру отверстия, обходя его каждую минуту 150 раз. Рабочий был не в силах проникнуть взглядом в зону обработки, не мог уловить момент, когда крохотный инструмент касался детали. Рабочий то затягивал процесс обработки, то кончал его слишком рано, в обоих случаях детали шли в брак.

Собирались уже конструировать уникальный станок-автомат. Но изобретательская мысль нашла простой выход: деталь изолировали от станка, присоединили к ней один полюс электробатарейки, а другой полюс подвели к станку. В цепь включили усилитель и громкоговоритель. Теперь, как только инструмент касался детали, громкоговоритель "вскрикивал". Кричащий станок издавал звуки, по которым можно было судить и о том, когда началась шлифовка, и о том, как она проходит, - тональность звука менялась".

Авторское свидетельство № 261372. Способ проведения процессов, например каталитических, в системах с движущимся катализатором, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, создают движущееся магнитное поле и применяют катализатор с ферромагнитными свойствами.

Авторское свидетельство № 144500. Способ интенсификации теплообмена в трубчатых элементах поверхностных теплообменников... отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента теплоотдачи, в поток теплоносителя вводят ферромагнитные частицы, перемещающиеся под действием вращающегося магнитного поля преимущественно у стенок теплообменника, для разрушения и турбулизации пограничного слоя.

Французский патент № 1499276. После обработки деталей в галтовочных барабанах или вибрационных установках детали нужно отделить от абразивных зерен. Если детали крупные, это сделать нетрудно, если они ферромагнитные, их можно выловить на магнитных сепараторах. Но если детали не обладают магнитными свойствами, а по размерам не отличаются от абразивных зернышек? По данному изобретению задача решается тем, что абразиву придают магнитные свойства. Это можно сделать спрессовыванием или спеканием смеси абразивных зерен и магнитных частиц - стружек, крупинок и т.п., а также внедрением их в поры абразивов.

ПРИЕМ 29
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПНЕВМО- И ГИДРОКОНСТРУКЦИЙ
Вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.

Рис. 21 Вместо массивной дымовой трубы - ажурное сооружение: полая спираль, имеющая на витках сопла, через которые подается сжатый воздух, образующий "стенку". Авторское свидетельство № 243809.Цель изобретения - улучшение тяги и увеличение высоты рассеивания отводимых газов. Это достигается тем, что корпус трубы (Рис. 21) образован конической спиралью 1, полые витки которой имеют сопла 2 и соединены с полыми опорами 3, свободные концы которых, в свою очередь, присоединены к компрессору 4. При включении компрессора 4 воздух, поднимаясь под давлением по опорам 3, попадает на спиральные витки корпуса и, вырываясь из сопел 2, создает воздушную "стенку".

Авторское свидетельство № 312630. Способ окраски крупногабаритных изделий распылением с удалением паров растворителя и окрасочного тумана через вентиляционную засасывающую систему, отличающийся тем, что, с целью уменьшения производственных площадей, вокруг окрашиваемого изделия создают восходящую на высоту, превышающую высоту изделия, воздушную завесу, верхние концы которой завихряют посредством напольной вентиляционной засасывающей системы.

Изобретение это преодолевает такое же техническое противоречие, что и в предыдущем случае. Поэтому похожи и решения: пневмостенка вместо жесткой трубообразной ограды.

Авторское свидетельство № 264675. Опора для сферического резервуара, включающая основание, отличающаяся тем, что, с целью снижения напряжения в оболочке резервуара, основание опоры выполнено в виде заполненного жидкостью сосуда с вогнутой крышкой из эластичного материала, принимающей форму опираемой на нее оболочки резервуара.

А вот двойник этого изобретения - авторское свидетельство № 243177. Устройство для передачи усилий от опоры копра на фундамент, отличающийся тем, что, с целью обеспечения равномерности передачи давления на фундамент, оно выполнено в виде плоского замкнутого сосуда, заполненного жидкостью.

ПРИЕМ 30
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИБКИХ ОБОЛОЧЕК И ТОНКИХ ПЛЕНОК
а) Вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки.
б) Изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.

ПРИМЕРЫ
Чтобы уменьшить потери влаги, испаряющейся через листья деревьев, американские исследователи опрыскивают их полиэтиленовым "дождем". На листьях создается тончайшая пластмассовая пленка. Растение, укрытое пластмассовым одеялом, развивается нормально благодаря тому, что полиэтилен значительно лучше пропускает кислород и углекислый газ, чем пары воды.

Авторское свидетельство № 312826. Способ экстракции в системе жидкость - жидкость, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса массообмена, струю одной фазы подают через слой газа на поверхность другой фазы, перемещаемой пленкой по твердой поверхности.

ПРИЕМ 31
ПРИМЕНЕНИЕ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ
а) Выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. п.)
б) Если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом.

Машины всегда строились из плотных (непроницаемых) материалов. Инерция мышления приводит к тому, что задачи, легко решаемые при использовании пористых материалов, зачастую пытаются решить введением специальных устройств и систем, сохраняя все элементы конструкции непроницаемыми. Между тем высокоорганизованной машине присуща проницаемость - примером может служить любой живой организм, начиная с клетки и кончая человеком.

Внутреннее перемещение вещества - одна из важных функций многих машин. "Грубая" машина осуществляет эту функцию с помощью труб, насосов и т.п., "тонкая" машина - с помощью пористых материалов и молекулярных сил.

ПРИМЕРЫ
Авторское свидетельство № 262092. Способ защиты внутренних поверхностей стенок емкости от отложений твердых и вязких частиц из находящегося в емкости продукта, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты и снижения энергозатрат внутрь емкости, изготовленной из пористого материала, подают через ее стенки не образующую отложений жидкость под давлением, превосходящим давление внутри емкости.

Авторское свидетельство № 283264. Способ внесения добавок в жидкий металл с помощью огнеупорных материалов, отличающийся тем, что, с целью улучшения режима внесения добавок, в металл погружают пористый огнеупор, предварительно пропитанный материалом добавки.

Авторское свидетельство № 187135. Система испарительного охлаждения электрических машин, отличающаяся тем, что, с целью исключения необходимости подвода охлаждающего агента к машине, активные части и отдельные конструктивные элементы ее выполнены из пористых материалов, например пористых порошковых сталей, пропитанных жидким охлаждающим агентом, который при работе машины испаряется и таким образом обеспечивает кратковременное, интенсивное и равномерное ее охлаждение.

ПРИЕМ 32
ПРИНЦИП ИЗМЕНЕНИЯ ОКРАСКИ
а) Изменить окраску объекта или внешней среды.
б) Изменить степень прозрачности объекта или внешней среды.
в) Для наблюдения за плохо видимыми объектами или процессами использовать красящие добавки.
г) Если такие добавки уже применяются, использовать меченые атомы.

ПРИМЕРЫ
В кузнечных и литейных цехах, на металлургических заводах, всюду, где необходимо защитить рабочих от действия жары, применяют водяные завесы. Такие завесы отлично защищают рабочих от невидимых тепловых (инфракрасных) лучей, однако слепяще-яркие лучи от расплавленного металла беспрепятственно проходят сквозь тонкую жидкую пленку. Чтобы защитить рабочих от них, сотрудники польского Института охраны труда предложили окрашивать воду, из которой создается водяная завеса, - оставаясь прозрачной, она полностью задерживает тепловые лучи и в нужной степени ослабляет силу видимого излучения.

Авторское свидетельство № 165645. В фиксирующий раствор вводят краситель, который обратимо абсорбируется фотографическим слоем и не закрашивает подложку-бумагу или целлулоид. Краситель при последующей промывке водой должен удаляться из слоя. Скорость вымывания красителя из фотографического слоя примерно равна скорости вымывания тиосульфата натрия или несколько меньше ее. Обесцвечивание фотографического изображения свидетельствует о полноте промывки слоя от остатков солей, при помощи которых производилось фиксирование фотографического материала.

ПРИЕМ 33
ПРИНЦИП ОДНОРОДНОСТИ
Объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).

ПРИМЕРЫ
Патент ФРГ № 957599. Литейный желоб для обработки расплавленного металла звуком или ультразвуком с помощью звукоизлучателя, помещенного в расплавленный металл, отличающийся тем, что находящаяся в соприкосновении с расплавленным металлом часть звукоизлучателя выполнена из того же металла, что и обрабатываемый металл, или из одного из его легирующих компонентов, и частично расплавляется этим расплавленным металлом, а остальная часть звукоизлучателя принудительно охлаждается и остается прочной.

Авторское свидетельство № 234800. Способ смазывания охлаждаемого подшипника скольжения, отличающийся тем, что, с целью улучшения смазывания при повышенных температурах, в качестве смазывающего вещества берут тот же материал, что и материал вкладыша подшипника.

Авторское свидетельство № 180340. Способ очистки газов от пыли, содержащей расплавленные частицы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, исходные газы барботируют в среде, образованной при слиянии этих же частиц в расплав.

Авторское свидетельство № 259298. Способ сварки металлов, при котором свариваемые кромки устанавливают с зазором и подают в него присадочный материал с последующим нагревом свариваемых кромок, отличающийся тем, что, с целью улучшения сварки, в качестве присадочного материала используют летучие соединения тех же металлов, что и свариваемые.

ПРИЕМ 34
ПРИНЦИП ОТБРОСА И РЕГЕНЕРАЦИИ ЧАСТЕЙ
а) Выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т. д.) или видоизменена непосредственно в ходе работы.
б) Расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.

ПРИМЕРЫ
Патент США № 3174550. При аварийной посадке самолета бензин вспенивают с помощью специальных химических веществ, переводя его в негорючее состояние.

Патент США № 3160950. Чтобы при резком старте ракеты не пострадали чувствительные приборы, их погружают в пенопласт, который, выполнив роль амортизатора, быстро испаряется в космосе.

Нетрудно заметить, что этот принцип - дальнейшее развитие принципа динамизации: объект изменяется в процессе действия, но изменяется сильнее. Самолет с меняющейся в полете геометрией крыла - это принцип динамизации. Ракета, отбрасывающая отработанные ступени, - принцип отброса.

А вот изобретения-близнецы.

Авторское свидетельство № 222322. Способ изготовления винтовых микропружин, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, оправку выполняют из эластичного материала и удаляют путем погружения ее вместе с пружиной в состав, растворяющий эластичный материал.

Авторское свидетельство № 235979. Способ изготовления резиновых шаров-разделителей, отличающийся тем, что, с целью придания шару необходимых размеров, ядро формируют из смеси измельченного мела с водой с последующей просушкой и разрушением твердого ядра после вулканизации жидкостью, вводимой с помощью иглы.

Авторское свидетельство № 159783. Способ производства полых профилей, отличающийся тем, что, с целью получения разнообразных по размерам и форме профилей на сортовых станах, прокатке подвергают сварные пакеты, наполненные огнеупорным материалом, например, магнезитовым порошком, с последующим удалением наполнителя.

Можно привести сотни подобных изобретений. Трудно представить, сколько времени потеряли изобретатели на поиски, каждый раз отыскивая идею "с нуля". А ведь здесь один типовой прием: изготавливай объект А на оправке Б, которую можно удалить растворением, испарением, плавлением, химической реакцией и т.д.

Антипод принципа отброса - принцип регенерации.

Авторское свидетельство № 182492. Способ компенсации износа непрофилированного электрода-инструмента при электроэрозионной обработке токопроводящих материалов, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы электрода-инструмента, на его рабочую поверхность в процессе обработки непрерывно напыляют слой металла.

Авторское свидетельство № 212672. При гидротранспортировании кислых гидросмесей с абразивными материалами внутренние стенки трубопроводов быстро изнашиваются. Защита их футеровки сложна, трудоемка, ведет к увеличению наружного диаметра труб. Описываемый способ защиты труб предусматривает образование на внутренних стенках трубы защитного слоя (гарниссажа). Для этого в транспортируемую гидросмесь периодически вводят известковый раствор. Таким образом, внутренние стенки трубопровода всегда защищены от износа, а сечение трубопровода уменьшается незначительно, так как гарниссаж изнашивается под действием абразивной кислой смеси.

ПРИЕМ 35
ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТА
а) Изменить агрегатное состояние объекта.
б) Изменить концентрацию или консистенцию.
в) Изменить степень гибкости.
г) Изменить температуру.

ПРИМЕРЫ
Авторское свидетельство № 265068. Способ проведения массообменных процессов в системе газ-вязкая жидкость, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, вязкую жидкость перед подачей в аппарат предварительно газируют.

ПРИЕМ 36
ПРИМЕНЕНИЕ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
Использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например изменение объема, выделение или поглощение тепла и т. д.

ПРИМЕРЫ
Авторское свидетельство № 190855. Способ изготовления ребристых труб, заключающийся в раздаче заглушенных труб водой, подаваемой под давлением, отличающийся тем, что, с целью удешевления и ускорения процесса изготовления, поданную под давлением воду замораживают.

Может возникнуть вопрос: чем прием № 36 отличается от приемов № 35-а (изменение агрегатного состояния) и № 15 (принцип динамичности)? Прием № 35-а заключается в том, что вместо агрегатного состояния А объект используют в агрегатном состоянии Б и именно за счет особенностей состояния Б получают нужный результат.

Суть приема № 15 в том, что мы пользуемся то свойствами, присущими состоянию А, то свойствами, присущими состоянию Б.

При использовании приема № 36 задача решается за счет явлений, связанных с переходом от А к Б или обратно. Если, например, мы наполним трубу не водой, а льдом, ничего с трубой не произойдет. Требуемый эффект достигается за счет увеличения объема воды при замерзании.

Авторское свидетельство № 225851. Способ охлаждения различных объектов с помощью циркулирующего по замкнутому кругу жидкого теплоносителя, отличающийся тем, что, с целью уменьшения количества циркулирующего теплоносителя и снижения энергетических затрат, часть теплоносителя переводят в твердую фазу и охлаждение ведут полученной смесью.

"Фазовый переход" - понятие более широкое, чем "изменение агрегатного состояния". К фазовым переходам, в частности, относятся и изменения кристаллической структуры вещества. Так, олово может существовать в виде белого олова (плотность 7,31) и серого олова (плотность 5,75). Переход - при 18 С - сопровождается резким увеличением объема (значительно большим, чем при замерзании воды; поэтому усилия здесь могут быть получены намного большие).

Полиморфизм (кристаллизация в нескольких формах) присущ многим веществам. Явления, сопровождающие полиморфные переходы, могут быть использованы при решении самых различных изобретательских задач. Например, в патенте США № 3156974 используются полиморфные трансформации висмута и церия.

ПРИЕМ 37
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ
а) Использовать термическое расширение (или сжатие) материалов.
б) Если термическое расширение уже используется, применить несколько материалов с разными коэффициентами термического расширения.

ПРИМЕРЫ
Авторское свидетельство № 309758. Способ волочения труб на подвижной оправке при пониженных температурах, отличающийся тем, что, с целью создания зазора между трубой и оправкой после волочения для извлечения последней из трубы без обкатки, в охлажденную трубу перед волочением вводят предварительно подогретую, например, до температуры 50-100 С оправку, извлечение которой после деформации производят после выравнивания температур трубы и оправки.

Авторское свидетельство № 312642. Заготовка для горячего прессования многослойных изделий, выполненных в виде концентрично расположенных втулок, изготовленных из различных материалов, отличающаяся тем, что, с целью получения многослойных изделий с напряженными слоями, каждая втулка изготовлена из материала, имеющего температурный коэффициент линейного расширения выше температурного коэффициента линейного расширения материала втулки, расположенной внутри нее.

Смысл приема - в переходе от "грубого" движения на макроуровне к "тонкому" движению на молекулярном уровне. С помощью термического расширения можно создавать большие усилия и давления. Термическое расширение позволяет очень точно "дозировать" движение объекта.

Авторское свидетельство № 242127. Устройство для микроперемещения рабочего объекта, например кристаллодержателя с затравкой, отличающееся тем, что, с целью обеспечения максимальной плавности, оно содержит два стержня, подвергаемых электронагреву и охлаждению по заданной программе, находящихся в закрепленных на суппортах термостатируемых камерах и поочередно перемещающих объект в нужном направлении.

ПРИEM 38
ПРИМЕНЕНИЕ СИЛЬНЫХ ОКИСЛИТЕЛЕЙ
а) Заменить обычный воздух обогащенным.
б) Заменить обогащенный воздух кислородом.
в) Воздействовать на воздух или кислород ионизирующими излучениями.
г) Использовать озонированный кислород.
д) Заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном.

Основная цель этой цепи приемов - повысить интенсивность процессов. В качестве примеров можно назвать способ спекания и обжига дисперсного материала с применением интенсификации процесса горения путем продувки воздухом, обогащенным кислородом; плазменно-дуговую резку нержавеющих сталей, при которой в качестве режущего газа берут чистый кислород; интенсификацию процесса агломерации руд путем ионизации окислителя и газообразного топлива перед подачей в слой шихты и т.д.

ПРИЕМ 39
ПРИМЕНЕНИЕ ИНЕРТНОЙ СРЕДЫ
а) Заменить обычную среду инертной.
б) Вести процесс в вакууме.
ПРИЕМ 40
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Перейти от однородных материалов к композиционным.

ПРИМЕРЫ
Патент США № 3553820. Легкие прочные тугоплавкие изделия выполнены на основе алюминия и упрочнены множеством покрытых танталом волокон углерода. Такие изделия характеризуются высоким модулем упругости и используются в качестве материалов для конструирования кораблей воздушного и морского флотов.

Композиционные материалы - составные материалы, которые обладают свойствами, не присущими их частям. Например, пористые материалы, о которых шла речь в приеме № 31, представляют собой композицию из твердого вещества и воздуха; ни твердое вещество, ни воздух порознь не обладают теми свойствами, которые есть у пористых веществ.

Композиционные материалы изобретены природой и широко ею используются. Так, древесина представляет собой композицию целлюлозы с лигнином. Волокна целлюлозы обладают высокой прочностью на разрыв, но легко изгибаются. Лигнин связывает их в единое целое и сообщает материалу жесткость.

Интересный композиционный материал представляет сочетание легкоплавкого вещества (например, сплава Вуда) с волокнами тугоплавкого материала (например, стали). Такой материал легко плавиться, а застыв, обладает высокой прочностью. Постепенно происходит взаимная диффузия частиц припоя и волокон, в результате чего образуется сплав с высокой температурой плавления.

Другой композиционный материал - взвесь частиц кремния в масле - способен твердеть в электрическом поле.

1.Виды технических противоречий при проектировании. Технические противоречия, решаемые при проектировании роботов и РТС.

В развитии технических систем в соответствии с законами диалектики происходит чередование этапов количественного роста и качественных скачков. В процессе количественного роста в результате неравномерного развития характеристик технической системы появляются противоречия.

Противоречие - проявление несоответствия между разными требованиями, предъявляемыми человеком к системе, и ограничениями, налагаемыми на нее законами природы, социальными, юридическими, и экономическими законами, уровнем развития науки и техники, конкретными условиями применения и тп

Если технический объект создан, то весьма часто ставится задача увеличения его главной полезной функции (ГПФ)Для этого, как правило, требуется усилить какое-либо свойство одного из элементов этого технического объекта. Однако при усилении одних свойств элемента нарушается взаимодействие (согласованность) с другими элементами технической системы, возникает противоречие, то есть источником противоречий является совершенствование, развитие технических объектов.

^ 1)Административное противоречие

Решение любой технической задачи начинается с анализа проблемы. Результатом этого анализа является постановка и формулировка задачи, которую нужно решать.

В проблеме обычно описывается необходимость создания некоторого технического объекта (ТО) для удовлетворения определенной потребности, приводится соответствующая аргументация этой необходимости, описываются функции, которые должен выполнять этот ТО; требования, которые к нему предъявляются.

Если есть потребность в создании продукции с определенными потребительными свойствами, но неизвестно как ее удовлетворить, то возникает проблемная ситуация (ПС).

Описание ПС - это формулирование потребностей, функций, которые нужно выполнитьПроблема заключается в том, что на этом этапе не видно путей, как реализовать выполнение этой функции.

Проблемная ситуация возникает, если нет соответствия между требованиями, предъявляемыми потребителями, и имеющимися техническими возможностями

Г.С. Альтшуллер назвал такие проблемные ситуации административным противоречием

Этому виду противоречий соответствует изобретательская ситуация, включающая в себя целый клубок задач, из которых нужно выбрать именно ту, которую следует решать в первую очередьКаким образом выделить первоочередную задачу среди прочих?

Таким образом, административные противоречия только обозначают проблему и в ряде случаев дают некоторое обоснование ее возникновения.

^ 2)Техническое противоречие

В первоначальной формулировке проблемы формулируются некоторые потребности, функции, которые необходимо выполнить.

Существенно изменить рассматриваемую систему или ее взаимодействие с надсистемой (НС) таким образом, чтобы отпала необходимость в этой потребности, в выполнении этой функции - ПС1; в этом случае формулируется проблема по изменению НС;

Дополнить существующую техническую систему некоторым устройством, которое позволило бы удовлетворить сформулированную потребность - ПС2 (смпример на рис 6.2).

Проблемы могут быть разные.

Стремление улучшить одни характеристики продукции часто приводит к ухудшению других

В проектно-конструкторских и технологических задачах обнаруживается противоречивость многих свойств, например, точность и производительность в технологии обработки материалов; масса, надежность и стоимость; устойчивость и управляемость технических объектов и др.

Например, один из способов увеличения надежности летательных аппаратов (потребность) - создание резервных систем и агрегатовА это приводит к увеличению массы аппарата, что недопустимо, так как увеличиваются затраты на выполнение задания (ГПФ).

Нежелательные эффекты могут быть связаны с тем, что улучшение некоторых потребительных свойств приводит к усложнению ТО и, следовательно, к увеличению факторов расплаты.

Ситуация, когда попытки улучшить одну характеристику (или часть) системы приводит к ухудшению другой ее характеристики (или части), называется техническим противоречием (ТП).

Техническое противоречие появляется часто тогда, когда разработчик пытается каким-либо известным ему способом улучшить один из параметров качества (или функциональное свойство) объекта, но это приводит к недопустимому ухудшению другого, тоже весьма важного параметра качества (или функционального свойства).

^ 3)Физическое противоречие

Как видно из последнего приведенного примера, предлагаемые мероприятия, направленные на повышение производительности токарной обработки, приводят к появлению ряда НЭ.

Проведенный анализ позволяет обнаружить и конкретизировать противоречивость свойств при взаимодействии компонентов рассматриваемой технической системы

Таким образом, для того, чтобы разрешить ТП, формулируются частные задачи, в которых предъявляются несовместимые требования к свойствам отдельных компонентов или взаимодействию между компонентами рассматриваемого объекта.

Совокупность таких требований Ю.ВГорин предложил назвать физическим противоречием (в 1973 г.), подчеркивая, что отношения противоречия перенесены на уровень физических свойств и отношений элементов системы

Г.С. Альтшуллер отмечал: "Стремясь убрать конфликтующие, противоречивые отношения между внешними сторонами технической системы, получим противоречие на уровне внутреннего функционирования системыТакое противоречие, в отличие от технического, называется физическим противоречием (ФП).

Сформулированные в примере 6.7 ФП позволяют наметить минизадачи и, тем самым, определить область поиска возможных решений (табл6.2).

6.4Эвристическая ценность противоречий

В физических противоречиях требования, которые предъявляются к объекту, могут являться следствием различных целей, которые ставит перед собой инженерЭти разные цели и приводят к необходимости реализации в техническом объекте несовместимых свойств (Р и анти-Р).

Кроме того, физические противоречия могут быть связаны с тем, что требуемое свойство не представляется возможным реализовать, так как этому мешает проявление объективных законов природы. То есть научное основание наблюдаемого явления (которое является нежелательным) не согласуется с требованиями, которые предъявляются к рассматриваемому объекту.

Разделить противоречащие свойства в пространстве

Практическая реализация этого приема заключается в том, чтобы разнести в пространстве противоречащие свойства, которыми должен обладать рассматриваемый объект.

Формулирование ФП раскрывает еще два важных аспекта решаемой задачиЭта модель дает возможность выявить оперативную зону и оперативное время.

Оперативная зона (ОЗ) - это пространство, в пределах которого возникает конфликт.

Оперативное время (ОВ) - это момент времени, когда конфликт возникает, а также время до появления конфликта, когда в ТО происходят процессы, подготавливающие этот конфликт.

Определение оперативной зоны и оперативного времени позволяет конкретизировать поставленную задачу.

^ Таким образом, административные (АП), технические (ТП) и физические (ФП) противоречия - это модели задач.

Из приведенных примеров видно, что:

Административные и технические противоречия носят содержательный характер, а по форме они представляют собой описание проблемной ситуации.

Административные противоречия только формулируют проблему в терминах: цель, потребность, функция, нежелательные эффекты.

В ТП противоречие связано с функционированием ТО в целом при выполнении им главной полезной функции (ГПФ)В нем определяется изменяемый параметр, который существенным образом влияет на функциональные свойства технического объектаФормулировка ТП позволяет обозначить направления решения проблемы.

В ФП, как правило, речь идет о компонентах ТО и их взаимодействиях.

В отличие от АП и ТП в физическом противоречии формулируются требования, приводящие к несовместимым свойствам, которыми должен обладать объектРаскрывая суть конфликта, формулировка ФП обладает эвристической ценностью и позволяет наметить приемы поиска решения задачи.

1. 
   Виды технических противоречий при проектировании. Технические противоречия, решаемые при проектировании роботов и РТС.

При проектировании необходимо ориентироваться на ИКР (идеальный конечный вариант), недостижимый в практике. Цель проектирования – максимальное приближение к ИКР. Для приближения к ИКР необходимо максимально использовать имеющиеся вещественно – полевые ресурсы (ВПР). Макс. использование ВПР для макс. приближения к ИКР – формула проектирования.

Решаемые противоречия:

1. 
   Административные (нужно что-то сделать, как – неизвестно.) - лишь констатируют сам факт сложившейся ситуации. Они присутствуют вместе с ситуацией, но не способствуют решению.
2. 
   Технические – отражают конфликт между частями или свойствами системы. Это может быть межранговый конфликт: системы с надсистемой или с подсистемой. Типовые технические противоречия: вес-прочность, точность-стоимость и т.д. (если известными способами улучшить одну часть (или один параметр) технической системы, недопустимо ухудшится другая часть (или другой параметр)). Если присутствуют типовые противоречия, то и присутствуют их типовые решения.
3. 
   Физические противоречия - возникает между параметрами технической системы в каком-либо одном элементе или даже его части. Сформировать пример ФП можно следующим образом: объект должен обладать свойством «А», чтобы выполнять функцию - например, крыло самолета должно быть большим, чтобы поднять самолет, и свойством «не А», чтобы удовлетворять условиям задачи – крыло должно быть маленьким, чтобы уменьшить лобовое сопротивление.

1. 
   

1. 
   Развитие РТС идет в сторону увеличения управляемости (вепольности)

1. 
   Невепольная система превращается в полную вепольную
2. 
   Простые веполи переходят в сложные
3. 
   Увеличивается количество управляемых связей
4. 
   Мобилизация вещественно – полевых ресурсов
5. 
   В веполи вводятся в-ва и поля, позволяющие без существенного усложнения реализовать новые физические эффекты

1. 
   Развитие идет в сторону увеличения степени дробления рабочих органов.

Типичен переход от РО на макроуровне к РО на микроуровне.

1. 
   Закон перехода

Исчерпав ресурсы развития, система объединяется с другой, образуя более сложную.

Если эффективность функционирования взаимодействующей системы невозможно повысить путем усиления или форсирования, то это можно сделать путем объединения системы с одной или несколькими другими системами, как однородными, так и разнородными по структуре.

Закон перехода в надсистему формулируется следующим образом: исчерпав ресурсы развития, система объединяется с другой системой, образуя новую, более сложную систему. Механизм такого перехода состоит в объединении двух исходных систем, при этом получают бисистему, или нескольких систем с получением полисистемы. Переход "моно-би-поли" - неизбежный этап в развитии всех технических систем. Дальнейшее развитие би- и полисистем происходит в двух направлениях:

1. Эффективность новых систем может быть повышена увеличением различия между элементами системы. Движение идет от однородных элементов (пачка одинаковых карандашей) к элементам со сдвинутыми характеристиками (набор цветных карандашей), к альтернативным элементам (карандаш и авторучка); к разнородным элементам (карандаш с циркулем), а затем - к инверсным (карандаш с резинкой).

2. Эффективность новых систем повышается развитием связей между элементами. Связь элементов изменяется от "нулевой", т.е. без вещественных связей между элементами, до усиленных межэлементарных (жестких) связей.
Кроме того, при объединении систем может происходить дальнейшее их развитие по линии упрощения. В результате возможны следующие варианты:

1. Система из практически самостоятельных, несвязанных элементов, не изменяющихся при объединении.

2. Система частично изменяемых, согласованных между собой элементов, которые функционируют только вместе и только для в данной системе. Например, отдельные радиоэлементы в микросхеме. Такая система получила полностью свернутой системы.

3. Полностью свернутую систему можно представить как новую моносистему. Ее дальнейшее развитие связано с движение по новому витку спирали. Иногда в качестве новой моноститемы может выступать частично свернутая система.

1. 
   Обобщенные величины и параметры цепей различной физической при-роды. Цепи физической природы, применяемые в роботах.

Обобщенные параметры – параметры, с помощью которых описываются свойства системы как физ. устройства. В описание входят: физические константы, размеры рассматриваемой системы. Параметры являются неизменными для данной системы значениями (постоянными, константами) при отсутствии воздействия систем другой физической природы.

Обобщенные величины – характеризуют процессы, протекающие в системе (механические, тепловые, и т.д.), и являются переменными, находятся с помощью критериев.

Любой процесс является следствием и имеет причину. Причина – сила, воздействие, реакция.

Параметры

R	C	L	G	W	D
R	C/p	pL	G	Wp	D/p

Величины

U – воздействие, I – реакция, Q – интеграл от реакции, P – интеграл от воздействия, t – время.

Критерии:

Энергетическое соотношение UI = P

Соотношение интенсивности I = dQ/dt

Соотношения статики U=IR

Соотношения динамики I = d(Uc)/dt; U=dL/dt

1. 
   ^ Законы развития робототехнических систем. Понятие об инверсных бисистемах. Инверсные бисистемы роботов и РТС.

Современный уровень развития робототехнических систем характеризуется расширением возможностей, миниатюризацией, повышением сложности и интеллектуальности роботов. Более того, отдельные роботы могут взаимодействовать друг с другом при автономном выполнении сложных задач.

Размеры и возможности современных мини- и микророботов расширяются с удивительной быстротой. К сожалению, разработчики нормативно-методических документов не успевают подготовить своевременные требования и рекомендации. Научно-технический прогресс в робототехнике развивается очень быстрыми темпами.

10. Системы подготовки и управления производством роботов.

1)Более тщательная проработка типовых циклограмм, связанная с выполнением тех процессов.

2)Разработка компоновочных схем, разработка архитектуры, расчет приводов, разработка СПУ.

3)Многократные проверочные расчеты, моделирование.

4)Разработка конструкции.

5)Выбор комплектующих изделий

6)Разработка кинематики, законов движения, высокая точность позиционирования в тяжелых условиях.

7)расчет динамики.

8)Оценка прочности, жесткости конструкции пром. роботов

9)проработка программного обеспечения.

10)Разработка методик контроля тех. хар-к и ускоренных испытаний

11)экспериментальная проверка новых технических решений.

12)оценка изделия на технологичность, метрологичность по показателям стандартизации и унификации.

коэффиц. стандартизации.

13)эстетическая и эргономическая проработка

14)расчеты подтверждающие долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость, живучесть.

15)Установка и транспортировка.

16)проверка принятых решений на патентную чистоту и конкурентоспособность.

17)графические мат-лы: чертежи общего вида, СБ, спецификация, деталировка.

18)расчет экономическогоэффекта.
11. Развитие автономных роботов и робототехнических комплексов (РТК) невозможно без развития адаптивных систем управления. Развитие систем управления идет по пути совершенствования их гибкости и обеспечения высокой степени автономности. Как показано на рисунок 1.1, в достижении этих целей можно наметить два разных пути. Считается, что современный роботы является абсолютно автономным, т.к. будучи изначально запрограммированным, он не требует дальнейшего вмешательства в его работу. Из-за ограниченных возможностей чувствительных органов робототехнические системы обладают недостаточной гибкостью в приспособлении к изменению условий эксплуатации. Это, в свою очередь, стимулирует разработку устройств технического зрения. Системы управления обладают достаточной приспосабливаемостью, но лишь при участии человека-оператора. Совершенствование робототехнических систем идет за счет оснащения их чувствительными элементами обратной связи с улучшенными характеристиками. Исследовательские работы в области искусственного интеллекта, датчиков, компьютерного зрения, программирования комплексов компьютеризированного проектирования и производства должны сделать эти системы более универсальными и экономичными. Чтобы уменьшить нагрузку на человека-оператора и повысить эффективность его работы, ведутся интенсивные исследования в области супервизорного управления, человеко-машинного интерфейса и управления компьютерными базами данных. Многие исследования одинаково полезны для совершенствования как роботов, так и систем управления; их цель состоит в снижении затрат на изготовление и расширении области применения. Они связаны также с улучшением методов передачи информации и дальнейшим развитием языков программирования.

Рисунок 1.1– Перспективы совершенствования роботов и
интеллектуальных систем

Как видно из рисунока 1.1 дальнейшее развитие автоматизации будет осуществляться по двум путям: улучшение роботов и улучшение цифровых систем управления, направленных на увеличение автономности и гибкости систем управления.

Для создания оптимальной системы управления, выбора необходимых датчиком и приводов и самого робота необходимо учитывать среду, в которой робот будет функционировать. По среде обитания роботов классифицируют на 5 групп:

1. 
   наземные,
2. 
   водные,
3. 
   воздушные,
4. 
   космические,
5. 
   уникальные.

Так же необходимо учитывать способ перемещения в этих средах. Для удобства эти группы подразделяют на подгруппы по этому признаку:

1. 
   колесные,
2. 
   гусеничные,
3. 
   гибридные,
4. 
   шагающие,
5. 
   прыгающие.

Аналогично подразделяют водных и воздушных роботов:

1. 
   надводные,
2. 
   подводные,

1. 
   аэродинамика,
2. 
   аэростатика.

1. 
   Метод обобщенных приемов применительно к проектированию роботов и РТС и их элементов.

I этап. Подбор описаний изобретений из заданного класса по теме проекта.

1.1 Определение класса по МПК.

1.2 Подбор аналогов

1.3Изучение конструкции и принципа действия наиболее раннего аналога.

1.5Изучение принципа действия конструкции послужившей прототипом для аналога.

Если нет возможности посмотреть конструкции прототипа, то можно восстановить по формуле аналога.

1.6Составление ПСС(параметрических структурных схем) прототипа. При этом необходимо детально рассматривать только те узлы, которые подверглись совершенствованию.

Необходимо выделить отличия она ПСС.

1.7Составление уравнений (модели) улучшаемой хар-ки. Уравнение составляется для аналога и прототипа.

Записать модель с помощью выделенной модели ПСС.

Цель 1 этапа - Получить модель улучшаемой характеристики по сравнению с прототипом.

2 этап : Предварительная формулировка обобщенного приема.

Выполняется анализ отличительной части ПСС.

Используется для формулировки обобщенных приемов описание отличительной части ПСС.

Структурная схема может быть реализована несколькими конструктивными вариантами. Разные конструкции могут иметь одну и ту же структурную схему.Может быть прототип и аналог имеют одну и ту структурную схему тогда метод ОП не применим.

Степень обобщения должна быть мин. Чтобы конструкция анализируемого аналога была бы частным случаем этого обобщения.

3этап. Изучение принципа действия и конструкции 2-ого аналога

3.1Псс 2-ого аналога аналогично в 1 этапе.

^ 4этап. Предварительная формулировка 2-ого обобщенного приема для 2-ого аналога.аналогично 2-ому этапу.

5этап . Осуществление попытки обобщенного приема выявленного в результате анализа 1-ого аналога для совершенствования 2 аналога.

В результате может быть получены ряд новых СС прототипом которых являются либо 1-ый, либо 2-ой аналог.

По ПСС разрабатывается конструктивная реализация

Уточнение или закрепление формулировки 1-ого обобщенного приема.

Новая конструкция.

6этап. Уточнение или закреплениеформулировки 2-ого обощенногоприемапри попыткеего применения для улучшения 2-ого аналога.

Перекрестное применение 1-ог обобщенного приема для улучшения 2-ого аналога и наоборот.

В рез-те: 1) уточнение или закрепление формулировки 2-ого обобщенного приема

2)получение новой 2-ой конструкции.

7этап. Выполнение последовательности операций по предыдущим 5 операциям для 3-ого,4-ого, и т.д. аналогов.

Если n-аналогов то n(n-1) новых конструкций.

8этап. Систематизация обобщенных приемов по теме:

По назначению

По применению

По цели

По элементам конструкции

Одной из центральных проблем роботизации является проблема взаимодействия человека и робота, проблема правильного распределения функций между ними. Человек - творец роботов - неизбежно испытывает на себе многостороннее влияние процесса роботизации физического и умственного труда.

Вопрос о том, какие функции из числа тех, которые должна выполнять система «человек - робот», доверить роботу, а какие оставить человеку, возникает главным образом на этапе анализа и проектирования таких систем. Этот вопрос имеет свою историю. Робототехнику будущего можно представить себе как гармоничное сочетание программных, очувствленных и интеллектуальных роботов, обеспечивающих все более полное удовлетворение потребностей общества. Однако прогнозировать развитие роботов и искусственного интеллекта на длительный период с достаточной точностью пока не представляется возможным. В данном случае мы ограничимся прогнозом на период, который реально обозрим, т. е. в его пределах могут быть практически реализованы те достижения науки и техники, принципиальная осуществимость и экономическая целесообразность которых уже сегодня не вызывает сомнений.

Растущие потребности практики ставят перед робототехникой две основные задачи - дальфнейшее повышение производительности роботов и упрощение их эксплуатации. Решение этих задач связано главным образом со значительным увеличением степени очувствленности и интеллектуальности роботов. Естественно ожидать, что именно в этом направлении будет развиваться робототехника.

Интересен прогноз относительно ожидаемых темпов развертывания работ в области создания и применения роботов различных поколений, опубликованный в 1974 г. в статье «Рынок роботов в США» в международном журнале «Промышленные роботы». В этой статье приводятся выдержки из обширного прогноза, подготовленного фирмой «Кайберфактс» («Кибернетические факты»). Согласно этим данным только в США общая стоимость производства наиболее совершенных программных роботов, а также первых образцов очувствленных роботов составит в 1977 году 33 млн. долларов, а в 1985 году достигнет уже 370 млн. долларов. Что же касается усовершенствованных образцов очувствленных роботов, то стоимость их производства в 1980 году составит 80 млн. долларов, а в 1985 году достигнет 730 млн. долларов. Эти колоссальные цифры, относящиеся только к США, говорят сами за себя.

Каковы же научно-технические предпосылки такого интенсивного ожидаемого развития главным образом роботов второго и третьего поколений?

Прежде всего заметим, что будущее роботов в огромной степени зависит от прогресса в области развития ЭВМ. В самом деле, производительность и универсальность роботов определяются, в основном, программным обеспечением управляющей ЭВМ, быстродействием ее элементов, а также организацией их соединения и взаимодействия или, как теперь принято говорить, архитектурой управляющей ЭВМ.

В будущем управляющие системы роботов второго и третьего поколений будут создаваться на базе параллельно работающих проблемно-ориентированных процессоров, специализированных на решение отдельных классов задач. Эти процессоры могут с помощью метапрограмм надпроблемного типа использоваться для решения интеллектуальных задач. При этом степень специализации процессоров, а также структура метапрограмм должны определяться назначением робота и его функциональными возможностями.

Особенно велики возможности и перспективы распараллеливания процессоров, предназначенных для распознавания зрительных, звуковых и тактильных образов. К числу таких процессоров относятся перцептроны с многослойной структурой, а также однородные среды (сети) нейроподобных элементов.

Возможно появление процессоров, специализирующихся на процессах дедуктивного (логического) вывода (задачи планирования поведения робота и логического анализа ситуаций, вопросно-ответные системы и т. п.). Первые шаги в этом направлении - специализация процессоров на вычислительных, а в последнее время и на некоторых интеллектуальных задачах - уже сделаны.

Наряду с совершенствованием управляющих ЭВМ и их программного обеспечения важное значение для развития робототехники имеет прогресс в области создания искусственных органов чувств и исполнительных систем. В соответствующих разделах книги мы уже отмечали актуальность создания топографического зрения, средств осязания и обоняния, «мускульных» двигателей и т. п. для роботов будущего.

Мы рассмотрели некоторые ближайшие перспективы развития роботов, в которых роль мозга играют специальные управляющие ЭВМ. Однако в отдаленном будущем можно представить себе роботов, реализованных не на электронной, а, скажем, на нейронно-волоконной основе. Сегодня в нервных и мышечных волокнах скрыто еще много секретов, открытие которых позволит создать искусственные волокна с аналогичными свойствами. Например, хорошо известно, что по нервным волокнам, представляющим собой диэлектрики, может свободно распространяться электрический сигнал. Мы знаем, что это, несомненно, имеет место в нервных волокнах, но механизм этого интересного явления пока еще совсем не понят, и воспроизводить его мы не умеем. Когда же эта задача будет решена, то станет возможным создавать логические вычислительные и запоминающие элементы не на электронной, а на биологической основе.

Дальнейший прогресс в области робототехники в значительной степени зависит от понимания того, каким образом мозг «вычисляет» мысли, наши движения «следуют» нашей воле, а генетическая программа «рассчитывает» организм. Ответы на эти вопросы откроют совершенно невиданные перспективы перед робототехникой будущего.

25.Разработка технических требований к проектируемым роботам и РТС. Развитие робототехнических систем в направлении увеличения степени дробления рабочих органов роботов (на примере специализированных роботов).

1. 
   
2. 
   
3. 
   

Типичным является переход от рабочих органов на макроуровне к рабочим органам на микроуровне. Так же можно отметить использование нанотехнологий (нанороботы).
26.Примеры технических задач, решаемых с помощью эффекта "многоступенчатости". Системы с нулевыми связями, частично и полностью "свернутые системы".

Объединение однородных систем

Пример - катамаран объединив два одинаковых корпуса, получили корабль, у которого остойчивость - как у ширококорпусного, а лобовое сопротивление - как у узкокорпусного.

Объединение систем со сдвинутыми характеристиками

Пример: стереопара. Объединение двух плоских изображанеий, отличающихся по углу съемки и цвету, дает новое качество - объемное изображение.

Объединение альтернативных систем

Пример: гвоздь и шуруп. Альтернативное противоречие: гвоздь легко забивать, но он плохо держит, а шуруп держит значительно лучше, но его сложно закручивать. Объединением этих систем является спиральный гвоздь. Его забивают как обычно, но благодаря нарезке он при этом проворачиватся и нарезает канавки, в которых держится почти также хорошо, как шуруп.

^ ТС с "нулевой связью" – система с нулевой связью образуется из неизменившихся в процессе объединения исходных систем, действующих независимо друг от друга. Обычно это родственные системы, просто собранные вместе, чтобы было удобнее ими пользоваться. Пример - аптечка первой помощи

^ Частично свернутые ТС – частично свернутая система образуется из исходных систем, у которых парные однородные элементы свернуты с передачей полезных функций одному из них. Дополнительный выигрыш от объединения систем получается от того, что при этом можно избавится от элементов исходных систем, дублирующих друг друга. В новой системе обычно можно оставить только один из них. Пример - обычный молоток и гвоздодер. Они объединились, но при этом рукоятка гвоздодера, как элемент, дублирующий рукоятку молотка, была свернута, и от гвоздодера в новой системе осталась только вилка

^ Полностью свернутые ТС – полностью свернутая система образуется из исходных систем, все элементы одной из которых свернуты с передачей их полезных функций элементам второй.

27.Принципы проектирования роботов и РТС.
Принципы – это наиболее общие закономерности. При проектировании РТС выделяют следующие принципы.

1. Принцип проектирования по прототипам.

В этом случае объём новизны разработки в отношении прототипа должен составлять 5-10%. Разработки бывают 1. революционные 2. эволюционные.

Прототип – наиболее близкое техническое решение к проекту, причем степень близости критерием существенных признаков (это элементы конструкции и их взаимосвязи).

Аналог – технические решения близкие к проекту по каким-либо отдельным группам существенных признаков.

2. Разработка конструкции смещается в сторону более ранних стадий проектирования, что позволяет получить более ранний достоверный результат с помощью моделирования.

3. При разработке повышается роль и значимость количественных оценок, приведенных в техническом задании.

4. Проектировщик должен учитывать достижения полученные в смежных областях.

5. Многофункциональность и живучесть. Разработка техники ведется с целью повышения надежности и долговечности, а так же увеличения функциональных возможностей.
28.Разработка технических требований к проектируемым роботам и РТС. Законы развития робототехнических систем. Закон перехода в надсистему различных подсистем роботов и РТС.

Технические требования можно разбить на три группы.

1. 
   Эксплуатационные характеристики. К ним относятся такие характеристики как ремонтопригодность, надежность по различным параметрам, быстродействие работы и т.д.
2. 
   Технологические характеристики. К ним относятся например массогабаритные показатели системы.
3. 
   Метрологические характеристики. Это могут быть расчет относительной погрешности, приведенной погрешности, точность работы системы и т.д.

Чтобы определить технические требования необходимо сначала определить тему проекта. После этого нужно исследовать и проанализировать область применения системы, т.е. определить для чего может использоваться рассматриваемая система, в каких условиях система будет эксплуатироваться. На основе этого и составляются технические требования.

Законы развития РТС. 1. Развитие РТС идет в направление увеличения управляемости (увеличения вепольности).

– Невепольная (неполновепольная) система переходит в полно вепольную.

– Простые переходят в сложные.

– Увеличение кол-ва управляемых связей.

– Мобилизация вещественнополевых ресурсов.

– Вводятся вещества и поля, которые позволяют без существенного усложнения системы реализовать новые физич. эффекты, расширить функциональные фозможности системы.

2. Развитие РТС идет в направление увеличения степени дробления рабочих органов.

3.Закон повышение идеальности. Идеальность повышается в «операторной зоны», а за ее пределами может и ухудшиться. Грамоздкое и тяжелое оборудование вытесняется за пределы «операторной зоны». Происходит не просто механическое вытеснение но и упрощение.

4. Закон перехода в надсистему.

Исчерпав ресурсы развития следующим этапом существования системы может быть объединение с другой системой, в результате чего образуется новая более сложная система, обладающая новыми свойствами. Исходная моносистема сдваиваясь преобразуется в бисистему или полисистему. При сдваивании возникает внутренняя среда или условия для ее возникновения, так же появляется эффект свертывания.
29.Разработка технического задания на проектирование роботов и РТС на основе анализа предметной области и общих технических требований к рассматриваемому технологическому процессу и оборудованию.

Чтобы разработать техническое задание необходимо сначала определить тему проекта. После этого нужно исследовать и проанализировать область применения системы, т.е. определить для чего может использоваться рассматриваемая система, в каких условиях система будет эксплуатироваться. На основе этого составляются общие технические требования. Далее проводятся патентные исследования по теме проекта заключающиеся в определение основного и смежного класса МПК, составление списка патентов по теме проекта, анализе динамики патентования. Из полученного списка патентов на основе раннее составленных общих технических требований выбираются аналоги. Далее проводится анализ и критика аналогов, то есть определяются их недостатки. В результате анализа недостатков разрабатывается ТЗ.

30.Алгоритм разработки динамических математических моделей устройств и агрегатов роботов по энерго-инфомационному методу.

Основы энерго-инфомационного метода по составлению ММ берутся из:

1. 
   законов термодинамики и мехпники
2. 
   теории электрических и магнитных цепей
3. 
   структурные методы ТАУ

Основные понятия:

Обобщенные величины – они характеризуют процессы протекающие в системе (мех, элек, тепл, магн).ОВ являются переменными, т.е. зависят от времени.

Обобщенные параметры – с помощью них описываются свойства системы кА физического устройства. В описание входят физич константы и геометр размеры. ОП являются неизменными для данной системы при отсутствии внешнего воздействия.

Алгоритм разработки ММ:

^ Обобщенные величины - характеризуют процессы протекающие в системе (механической, тепловой и тд.). являются переменными и находятся с помощью критериев.

Любой процесс является следствием и имеет причину.

Причина-сила, возмущение, следствие, реакция.

^ Обобщенные параметры - с помощью них описывается свойства системы как физического устройства. В описание входят: физические константы и геометрические размеры рассматриваемой системы. Параметры являются неизменными для данной системы при отсутствии воздействий систем другой физической природы.

Критерии :

1. 
   критерий энергетического соотношения UI=P
2. 
   соотношение интенсивности I=dQ/dt реакция является производной от заряда
3. 
   Соотношение статики U=IR, R определяет нагрев
4. 
   Соотношение динамики I=dUC/dt=C(du/dt), C константа
5. 
   2-е Соотношение динамики U=dIL/dt=L(dI/dt), L константа

цепь	Обобщенные величины			Обобщенные параметры
	U	I	Q	R	C	L
Мех	Um=F	I=V	Q=X	R=KтрPтрS	С=l/E*S	L=m
Индукт	U=Iэ*ω-	I=dФ/dt	Q=Ф	R=(Sэ/ρэlэ) -Gэ	C=μ(S/l)	L=ε(S/l)
Тепловая	U=T2-T1	I=dS/dt	Q=Q/Tср	R=Tсрl/λS	C=cSl ε/Tср
Гидрав/ пнев	U=P	I=Q

Целью обследования объекта является совместная разработка технических требований к проекту. На основе этой информации предлагается будущее решение, для новых решений создается концепция. После обсуждения с Заказчиком предлагаемой концепции, выполняется ориентировочная оценка планируемых сроков его реализации и необходимого бюджета.

^ 4 группы технических требований:

1) метрологические характеристики

2) эксплуатационные характеристики

3) технологические характеристики

4) экономические характеристики

^ Законы развития робототехнических систем

1)Развитие ТС идет в направление увеличения управляемости(увеличении вепольности): 1. невепольная (неполная вепольная) превращается в полную вепольную; 2. простые веполи переходят в сложные; 3. увеличения количества управляемых связей; 4. Мобилизация вещественно-полевых ресурсов (ВПР) за счет более полного использования имеющихся и применение «даровых» вещественных полей; 5. В веполи вводятся вещества и поля, которые позволяют без существенного усложнения реализовывать новые физические явления, расширить функциональные возможности.

2) Развитие ТС идет в направление увеличения степени дробления(дисперсности) рабочих органов.

Типичен переход РО на макроуровне к РО на микроуровне.

3)Закон увеличения степени идеальности системы

Техническая система в своём развитии приближается к идеальности. Достигнув идеала, система должна исчезнуть, а её функция продолжать выполняться.

Основные пути приближения к идеалу:

Повышение количества выполняемых функций,

-«свертывание» в рабочий орган,

Переход в надсистему.

При приближении к идеалу техническая система вначале борется с силами природы, затем приспосабливается к ним и, наконец, использует их для своих целей.Закон увеличения идеальности наиболее эффективно применяется к тому элементу, который непосредственно расположен в зоне возникновения конфликта или сам порождает нежелательные явления. При этом повышение степени идеальности, как правило, осуществляется применением незадействованных ранее ресурсов (веществ, полей), имеющихся в зоне возникновения задачи. Чем дальше от зоны возникновения конфликта будут взяты ресурсы, тем в меньшей степени удастся продвинуться к идеалу.

4) Закон переход над систему.

Исчерпав ресурсы развития система объединяется с другой системой, образуя новую более сложную. Исходная моносистема сдваивается, преобразовывается в бисистему (или полисистему). Главные особенности полиситем:1. возникает внутренняя среда(или условия для ее возгикновения);2. в би- и полисистемах может быть получен эффект многоступенчатости.3. эффект свертывания;4. эффект сдваивания на основе не родственных систем.

Общая схема развития ТС
По спирали

№	Стадия	Содержание работ
1	Техническое предложение	Подбор материалов, которая оформляется как КД. Технико-экономические обоснования целесообразности разработки, которое выполняется на основание тех.задания, утверждаемого заказчиком. Сравнительные оценки известных технических решений, на основе патентных исследований. Документация маркируется литерой "П".
2	Эскизный проект	ЭП – конструкторская документация. ГОСТ 2.119-73 . Эта документация дает принципиальные конструкторские решения выполняемой разработки, дающее общее представления об устройстве, принципе работы, а также данные, определяющие назначения, принцип работы разработки. Документации присваивается литера «Э». В отличии от ТП отдельные узлы и блоки маркированы. ЭП утверждается, согласуется и является основанием для ТП.
3	Технический проект	Объем работы в ГОСТ 2.120-73. Это конструкторская документация, которая должна содержать окончательное техническое решение, дающее полное представление разработки. Документации присваивается литера «Т». Документация утверждается и согласовывается. ТП является основанием для РКД.
4	Рабочая КД	Для изготовления и испытания опытного образца. После изготовления опытного образца производится: корректировка КД по результатам предварительных исследований. Присваивается литера «О». Проведение приемочных испытаний. Корректировка КД. Присваивается литера «О1». После приемочных испытаний- изготовление головной(контрольной) серии. Литера «А». Возможно изготовление установочной серии. Оснащение технического процесса.

40. Применение методов: "Ликвидация тупиковых ситуаций", "Поиск новых взаимосвязей", "Правила преобразований" при проектировании роботов, РТС и их элементов.
Цель: найти новое направление поиска, если очевидная область поиска не дала решения.

Способы:

1. Правило преобразований, которому можно подвергнуть неудовлетворительное решение.

2. Поиск новых взаимосвязей между частями, имеющими неудовлетворительное решение.

3. Переоценка проектных ситуаций.
Правило преобразований

Преобразования:

• 
  использовать по другому назначению
• 
  усилить/ослабить связи
• 
  приспособить/заменить/перекомпановать

Пример: Удаление скопления жидкости под трубопроводом. Берется за основу неприемлимое решение: естественное испарение. «Испарение» заменяется на синонимы:

Испариться: исчезнуть, скрыться, улетучиться, выветриться, рассосаться.

Скрыться – перфорированный настил

Улетучиться – отсасывание

Рассосаться – пористое покрытие.
^ Поиск новых взаимосвязей

Метод принудительных отношений. По этому методу осуществляется поиск ассоциаций путем попарного сопоставления проектируемых устройств.

Пример: улучшение телефона.

Функциональные элементы: трубка, наборный диск, микрофон, наушники.

Анализируются различные варианты сочетания всех этих элементов, перемена их местами, перемена их размеров.

Данный метод эффективен при разработке дизайна.

^ 41. Основные этапы проектирования робототехнической системы. Виды проектной документации.
Этапы:

1. подбор описаний изобретений из заданного класса по теме проекта

1.1 определение класса по МПК

1.3 изучение конструкции и принципа действия первого, наиболее раннего аналога

1.4 составление параметрической структурной схемы (ПСС) этой физической модели

1.5 изучения принципа действия конструкции, послужившей прототипом (если нет оригинала патента, то надо изучить принцип действия по формуле изобретения аналога)

1.6 составление ПСС прототипа (детально рассмотреть только те узлы, которые подверглись совершенствованию). Выделить участок на ПСС, который изменился

1.7 составление уравнений (модели) улучшаемой характеристики. Уравнение составляется для аналога и для прототипа.

2. предварительная формулировка обобщенного приема. Выполняется анализ отличительной части ПСС

3. изучение принципа действия и конструкцию второго аналога (аналогично этапу №1)

4. предварительная формулировка второго обобщенного приема для второго аналога (аналогично этапу №2)

5. осуществление попытки реализации обобщенного приема, выявленного в результате анализа первого аналога для совершенствования второго аналога.

5.1 Составляется ряд новых ПСС, прототипом которых является либо первый, либо второй аналог.

5.2 По ПСС разрабатывается вариант конструктивной реализации, из чего следует: 1) уточнение/закрепление формулировки первого обобщенного приема; 2) получение конструкции

6. уточнение/закрепление формулировки первого обобщенного приема при попытке его применения для улучшения второго аналога (перекрестное применение).

6.1, 6.2 так же как 5.1, 5.2

7. выполнение последовательности операций предыдущих 5 этапов относительно 3,4, … аналогов. Если имеем n аналогов, то n (n -1) новых конструкций

8. систематизация обобщенных приемов

43.Синектика

В условиях применения метода синектики следует избегать преждевременной четкой формулировки проблемы (творческой задачи), так как это нейтрализует дальнейший поиск решения. Обсуждение целесообразно начинать не с самой задачи (проблемы), а с анализа некоторых общих признаков, которые как бы вводят в ситуацию постановки проблемы, неоднократно уточняя ее смысл.
Не следует останавливаться при выдвижении идеи, если даже кажется, что уже найдена оригинальная идея и что задача уже решена. Если проблема (творческая задача) не решается, то целесообразно вновь вернуться к анализу ситуации, порождающей проблему, или раздробить проблему на подпроблемы.
В процессе применения метода синектики большое внимание уделяется использованию метода аналогий. Аналогия используется в самых различных видах: как личная (эмпатия), прямая, фантастическая и символическая. Символическая аналогия, например, приняла форму конкретного приема определенного поиска названия, характеризующего в парадоксальной форме определенное понятие.

Синектика (3.11). Наиболее эффективная из созданных за рубежом методик психологической активизации творчества - синектика (предложена В. Дж. Гордоном), которая является развитием и усовершенствованием метода мозгового штурма .При синектическом штурме допустима критика, которая позволяет развивать и видоизменять высказанные идеи. Этот штурм ведет постоянная группа. Её члены постепенно привыкают к совместной работе, перестают бояться критики, не обижаются, когда кто-то отвергает их предложения.
44. ^

45^ . Принципы проектирования робото в .

1 принип пр. по прототипу 5- 10 проц новизны.прототип наиболее близкий техн реш. Степень близости определяется критериями сущ. Признаков. Аналог- техн решение которое по неск группам признаков близка к проекту.

2. отработка онструкций смещается в сторону более ранних стадий проектирования.

Более ранний результато полезности изобретения позволяет достигнуть этот принцип.

3 повышение роли в значимости количественных оценок.

4 . разработка должна использовать положительны свойцства смежных областей.

5. многофункциональность живучесть разраб. С целью повышения надежости и долговечности.
46. ^ Переоценка проектной ситуации . Поставленный в тупик проектировщик пишет предложение, характеризующее его затруднение и для каждого слова ищет его синоним.

Например: при обработке вызывают несовпадение двух поверхностей.Допустим при обработке заменяют на неровности сварного шва. Несовмещение заменяют на зазор 2 поверхности на две плоскости и поверхность на плосость

47. ^ Эвристические методы решения творческих задач - это система принципов и правил, которые задают наиболее вероятностные стратегии и тактики деятельности решающего, стимулирующие его интуитивное мышление в процессе решения, генерирование новых идей и на этой основе существенно повышающие эффективность решения определенного класса творческих задач. Правила решения творческих задач также часто называют эвристическими правилами, а отдельно взятое правило, прием решения творческой задачи часто называют эвристикой. о продуктивности эвристик и эвристических правил в решении творческих задач хорошо знают изобретатели и рационализаторы. Однако и они часто их используют стихийно. А это чрезвычайно затрудняет их практическое применение. Поэтому обучение решению творческих задач и в школьной, и в вузовской практике в основном осуществлялось методом проб и ошибок, то есть далеко не лучшим образом. Правда, как в отечественной практике в работах Г. С. Альтшуллера, Г. Я. Буша, так и в зарубежной практике имеются серьезные попытки описать эти методические рекомендации в применении к изобретателям, например, метод "мозгового штурма", метод синектики и др. Но эти методические рекомендации, если их сформулировать в виде правил, могут найти самое широкое применение и в деятельности менеджера – современного руководителя.

48. Агрегатно-модульный промышленный робот -робот, в котором используют

исполнительные модули. составные части промышленных роботов,автооператоров:

Исполнительное устройство -устройство, выполняющее все его дви-

Гательные функции. Исполнительный модуль промышленного робота - агрегат, входящий в унифицированный набор, или образуемый из деталей и узлов этого набора, способный самостоятельно выполнять функцию реализации движений по од- ной или нескольким степеням подвижности промышленного робота.

^ 49 Упорядочный поиск

Цель: решать задачу проектирования логической достоверностью

1. 
   Выявить компоненты задачи
   1. 
      переменные которые проектировщик может распоряжатся по своему усмотрению(это факторы решения или параметры пр-я)
   2. 
      переменные, которые зависят от воли проектировщика (факторы окр среды) или независимых переменных
   3. 
      Пер-е которые должны определяться проектом(цели и зависимые переменные)
   4. 
      Назначить целям веса в соответствии с их отл-ой важностью
2. 
   Выявить зависимости м/д переменными
3. 
   Прогнозировать вероятные значения факторов окр. Среды
4. 
   Выявить ограничения или граничные условия, т.е. предельные значения всех переменных.
5. 
   Присвоить числовые значения каждому из факторов решения(проверить ряд вариантов реш-я проекта). Вычислить значения зависимых переменных (рассчитать получаемые при этом технические хар-ки)
6. 
   Выбрать такие значения факторов решений при которых достигается макс. Сумма числовых значений для всех целей с учетом их весов (т.е выбор оптимального варианта проекта по крайней мере достигается приемлемое значения для каждой из целей)

50

52

1. 
   Основные требования ГОСТов ЕСКД к оформлению текстовой доку ментации. Особенности документации на проекты роботов и РТС.

1. 
   Стадия проектирования Технический проект". Особенности этой стадии при проектировании роботов и РТС.

Стадии проектирования: 1. Тех. Предложение, 2. Эскизный проект,

3. Тех. Проект, 4. Разработка Конструкторской Документации.

Технический проект – это совокупность тех. документации которая должна содержать окончательное тех. решение дающее полное представление об проектируемом устройстве. Тех. Проект представляет собой основу, исходный материал для разработки конструкторской документации. Так же в ТПроекте предусматривается разработка и испытание макетов.

При проектирование роботов и РТС должны учитываться:

1. 
   Большое внимание уделяется разработке компановачных схем и архитектуре ПР и РТС.
2. 
   Многократные проверочные расчеты и моделирование.
3. 
   разработка конструкции
4. 
   выбор комплектующих
5. 
   разработка кинематических схем обеспечивающих высокую точность позиционирования
6. 
   расчет динамики ПР (+расчет по ТАУ)
7. 
   оценка жесткости/прочности основных узлов и элементов ПР
8. 
   проработка ПО
9. 
   разработка методик контроля технических характеристик и ускоренных испытаний
10. 
    экспериментальная проверка новых техн. решений (макеты, ПО)
11. 
    оценка изделия на технологичность и метрологичность по показателям стандартизации и унификации.
12. 
    эрганомическая и эстетическая проработка.
13. 
    расчеты подтверждающие долговечность, ремонтопригодность, сопротивляемость, живучесть.
14. 
    разработка сборочных чертежей, спецификаций, деталировок
15. 
    проверка изделия на патентную чистоту и конкурентоспособность.
16. 
    расчет ожидаемого годового дохода, окупаемость.

1. 
   Алгоритм разработки динамических математических моделей устройств и агрегатов роботов по энерго-инфомационному методу.

Данный метод основывается на: 1. законах термодинамики 2. Теориях электрических цепей 3. Структурных методах ТАУ. Основными понятиями данного метода являются – обобщенные величины, обобщенные параметры.

обобщенные величины – величины которые описывают процесс. Представляют собой ф-цию времени, хар-ет изменения которые протекают в системе. обобщенные параметры – хар-ют саму систему и определяют через неё геометрические размеры и физические константы, имеют относительно постоянные значения. В данном методе преимущественно за основу выбираются эл. процессы, это обуславливается следующим: 1. Мат. аппарат создавался в сер. ХХ века и явл. современным и хорошо проработанным.

2. Эл. процессы можно передавать на большие расстояния. 3. Очень большой диапазон преобразований. 4. Возможность преобразовать как аналоговый сигнал так и цифровой.

Критерии преобразования обобщ. величин и параметров.

1. 
   энергетический «воздействия - реакция»

IU=N [Вт]

2. «заряд - реакция»

3. «воздействие - импульс»

4. коэффициент пропорциональности «сопротивление»

R = U/I, G = 1/R

^ 70. Агрегатно-модульный принцип построения роботов и РТС

Предполагает создание роботов на базе группы унифицированных узлов или модулей.

Преимущества:

Возможность построения специальных и специализированных роботов для конкретной технологической операции, не обладающих избыточностью функций и потому более дешевых по сравнению с универсальными роботами

Сокращение времени и трудоемкости проектирования специальных роботов, так как они создаются на базе унифицированных узлов, номенклатура которых может пополнятся

Повышение надежности вследствие отработанности входящих в него унифицированных узлов и отсутствия избыточности

Удешевление производства роботов вследствие ограниченности номенклатуры деталей и узлов и, следовательно, повышение серийности выпуска

Улучшение условий эксплуатации и ремонта роботов вследствие уменьшения разнообразия конструкций узлов и деталей

Сокращение сроков подготовки обслуживающего персонала

Недостатки: отказ в некоторых случаях от более выгодных конструктивных решений в пользу менее выгодных, но соответствующих принципу агрегатного построения, увеличение габаритов и массы конструкции, увеличение числа стыков, что повышает трудоемкость сборки роботов, снижает жесткость и точность

Классификация:

1)по специализации и компоновке: на базе одной принципиальной компоновочной схемы (однотипные роботы различия в размерах, грузоподъемности, системами управления, различными типами приводов); несколько различных компоновочных схем (многотипные – различаются видом системы координат, формой и размерами рабочих зон, грузоподъемностью и другими признаками)

2) по характеру и числу технических показателей: с неизменными значениями основных технический показателей, с ограниченным диапазоном основных ТП, с широким диапазоном основных ТП

3) по типу системы управления: су одного типа, различных типов.

1. 
   ^ Уровни технических решений применяемых при проектировании роботов и РТС. Примеры.

Технические решения должны соответствовать решению противоречий.

Изобретение: новизна, достоверность, полезность.

5 уровней технических решений:

1. изобретения, не связанные с решением противоречий(тривиальные изобретения).Оценивается уровень изобретения по кол-ву вариантов.(пример. Прочность:толщина)

2. изобретения, решающие технические противоречия с помощью способов, известных в родственных схемах(пример. Задачи для токарных станков решаються способами для сверлильных станков)

3. противоречия и способы их решения –в пределах одной науки.

“средние изобретения”

4. новая отрасль науки

Читайте также...

• Неполное рабочее время устанавливается Укороченная рабочая неделя по инициативе работника
• Регламентация деятельности персонала: анализ должностных инструкций (на примере Мэрии г
• Морская авиация россии Ттх авиации
• Фотоконкурс «Самая красивая страна»