Кузьмин С.И. Методы научных исследований в технических задачах

Подождите немного. Документ загружается.

201

Второе: техническая система увеличивает количество

функций, но при этом не увеличивается в габаритах, остается

в той же массе и потребляет то же количество энергии.

Важный этап в совершенствовании технической систе-

мы заключается в четком описании того действия которое

ведет к достижению желаемого резудьтата. При этом общая

схема составления формулировки идеально-конечного

ре-

зультата (ИКР) может выглядить следующим образом:

ИКР - элемент, абсолютно не усложняя систему и не

вызывая вредных явлений, устраняет (указать вредное дейст-

вия) в течение (указать время действия) и в пределах (указать

место и зону действия), сохраняет способность (указать рас-

сматриваемый элемент) совершать (указать необходимое по-

лезное действие).

8.3.3. Противоречия в технических системах

Развитие любой технической системы характеризуется

одним общим признаком – качественное её улучшение ста-

новится возможным только через преодоление противоречий.

Выделяют три типа противоречий: административное

(АП), техническое (ТП), физическое (ФП).

Административное, как правило, порождает сам человек,

точнее те организационные обстоятельства, которые он соз-

дал. Философия этого противоречия проста и звучит: "Так

делать нельзя, но делать всё-таки нужно!".

Техническое противоречие возникает между параметрами

системы, её узлами или группами деталей и сопровождается

ухудшением одного показателя при улучшении другого.

Физическое противоречие возникает не между парамет-

рами технической системы, а внутри её в каком-либо одном

элементе или даже в части его. Выявление

физического про-

тиворечия ведет к установлению методов совершенствова-

ния системы. На этом этапе окончательно завершается по-

становка задачи, и можно переходить к ее решению. Созда-

ние изобретения есть последовательное выявление и преодо-

ление возникающих в системе противоречий.

В методике АРИЗ сформулированы основные

принципы устранения технических противоречий:

202

1. Принцип дробления:

- разделить объект на независимые части;

- выполнить объект разборным;

- увеличить степень дробления объекта.

2. Принцип вынесения:

- отделить от объекта "мешающую" часть ("мешающее"

свойство) или, наоборот выделить единственно нужную

часть или нужное свойство.

3. Принцип местного качества:

- перейти от однородной структуры объекта или внеш-

ней среды (внешнего воздействия) к

неоднородной;

- разные части объекта должны выполнять различные

функции;

- каждая часть объекта должна находится в условиях,

наиболее благоприятных для ее работы.

4. Принцип симметрии:

- перейти от симметрической формы объекта к асим-

метрической;

- если объект уже асимметричен, увеличить степень

асимметрии.

5. Принцип объединения:

- соединить однородные или предназначенные для

смежных операций объекты

;

- объединить во времени однородные или смежные опе-

рации.

6. Принцип "матрешки":

- один объект размешен внутри другого, который, в

свою очередь. находится внутри третьего и т.д.;

- один объект проходит сквозь полость в другом объек-

те.

7. Принцип антивеса:

- компенсировать вес объекта соединением с другим

объектом, обладающим подъемной силой;

- компенсировать

вес объекта взаимодействием со сре-

дой преимущественно за счет аэро- и гидродинамических

сил.

8. Принцип предварительного антидействия:

- если по условиям задачи необходимо совершать какое-

то действие, надо заранее совершить антидействие.

203

9. Принцип предварительного действия:

- заранее выполнить требуемое действие (полностью

или хотя бы частично);

- заранее расставить объекты так, чтобы они могли

вступить в действие без затрат времени на доставку и с наи-

более удобного места.

10. Принцип "заранее подложенной подушки":

- компенсировать относительно невысокую надежность

объекта заранее подготовленными аварийными средствами.

11. Принцип эквипотенциальности

- изменить условия работы так, чтобы не приходилось

поднимать или опускать предмет.

12. Принцип "наоборот":

- вместо действия, диктуемого условиями задачи, осу-

ществить обратное действие;

- сделать движущуюся часть объекта или внешней сре-

ды неподвижной, а неподвижную - движущейся;

- повернуть объект "вверх ногами", вывернуть его.

13. Принцип сфероидальности:

- перейти от прямолинейных частей к

криволинейным

от плоских поверхностей к сферическим, от частей выпол-

ненных в виде куба или параллелепипеда к шаровым конст-

рукциям;

- использовать ролики, шарики, спирали;

- перейти от прямолинейного движения вращательно-

му, использовать центробежную силу.

14. Принцип динамичности:

- характеристики объема (или внешней среды) должны

меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе

ра-

боты;

- разделить объект на части, способные перемещаться

относительно друг друга;

- если объект в целом неподвижен, сделать его под-

вижным, перемещающимся.

15. Принцип частичного или избыточного действия;

- если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо

получить "чуть меньше" или "чуть больше" - задача при этом

может существенно упростится.

204

16. Принцип перехода в другое измерение:

- трудности, связанные с движением (или размещением)

объекта по линии, устраняются, если объект приобретает

возможность перемещаться в двух-трех измерениях.

- использовать многоэтажную компоновку объектов

вместо одноэтажной;

- наклонить объект или положить его "набок";

- использовать обратную сторону данной площади;

- использовать оптические потоки, падающие на сосед-

нюю

площадь или обратную сторону имеющейся площади;

17. Использование механических колебаний:

- привести объект в колебательное движение;

- если такое движение уже совершается, увеличить его

частоту (вплоть до ультразвукового);

- использовать резонансную частоту;

- применять вместо механических вибраторов пьезовиб-

раторы;

- использовать ультразвуковые колебания в сочетании с

электромагнитными полями.

18. Принцип периодического действия:

- перейти

от непрерывного действия к периодическому

(импульсному);

- если действие уже осуществляется периодически, из-

менить периодичность;

- использовать паузы между импульсами для другого

действия.

19. Принцип непрерывности полезного действия:

- вести работу непрерывно (все части объекта должны

все время работать с полной нагрузкой);

- устранить холостые и промежуточные ходы.

20. Принцип проскока.

- вести процесс

или отдельные его части (например,

вредные или опасные) на большей скорости;

21. Принцип "обратить вред в ползу":

- использовать вредные факторы (в частности, вредное

воздействие среды) для получения положительного эффекта;

- устранить вредный фактор за счет сложения с другими

вредными факторами;

205

- усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он

перестал быть вредным.

22. Принцип обратной связи:

- ввести обратную связь;

- если обратная связь есть, изменить ее.

23. Принцип "посредника":

- использовать промежуточный объект, переносящий

или передающий действие;

- на время присоединить к объекту другой (легкоудали-

мый) объект.

24. Принцип самообслуживания:

- объект должен сам

себя обслуживать, выполняя вспо-

могательные и ремонтные операции;

- использовать отходы (энергии, вещества).

25. Принцип копирования:

- вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, не-

удобного или хрупкого объекта использовать его упрощен-

ные и дешевые копии;

- заменить объект или систему объектов их оптическими

копиями (изображениями). Использовать при этом изменение

масштаба (увеличить или уменьшить копии);

если используются видимые оптические копии, перей-

ти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым.

26. Дешевая недолговечность взамен дорогой долговеч-

ности:

- заменить дорогой объект набором дешевых объектов,

поступившись при этом некоторыми качествами (например,

долговечностью).

27. Замена механической схемы:

- заменить механическую схему оптической, акустиче-

ской или "запаховой";

- использовать электрические, магнитные и электромаг-

нитные

поля дня взаимодействия с объектом;

- перейти от неподвижных полей к движущимся, от

фиксированных к меняющимся во времени, от неструктур-

ных к имеющим определенную структуру;

- использовать поля в сочетании с феромагнитными час-

тицами.

206

28. Использование пневмо- и гидроконструкций:

а) вместо твердых частей объекта использовать газооб-

разные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную

подушку, гидростатические и гидрореактнвные.

29. Использование гибких оболочек и тонких пленок:

- вместо обычных конструкций использовать гибкие

оболочки и тонкие пленки;

- изолировать объект от внешней среды с помощью гиб-

ких оболочек и тонких

пленок;

30. Применение пористых материалов:

- выполнить объект пористым или использовать допол-

нительные пористые элементы (вставки, покрытия и т.д.),

- если объект уже выполнен пористым, предварительно

заполнить поры каким-то веществом;

31. Принцип изменения окраски:

- изменить окраску объекта или внешней среды;

- изменить степень прозрачности объекта или внешней

среды;

- для наблюдений

за плохо видными объектами или

процессами использовать красящие добавки;

- если такие добавки уже применяются, использовать

люминофоры;

32. Принцип однородности:

- объекты, взаимодействующие с данным объектом,

должны быть сделаны из того же материала (или близкого

ему по свойствам).

33. Принцип отброса и регенерации частей:

- выполнившая свое назначение и ставшая ненужной

часть объекта

должна быть отброшена (растворена, испарена

и т.д.) или видоизменена, непосредственно в ходе работы;

- расходуемые части объекта должны быть восстановле-

ны непосредственно в ходе работы.

34. Принцип изменения агрегатного состояния объекта:

- сюда входят не только простые переходы, например,

от твердого состояния к жидкому, но и переходы к "псевдо-

состояниям" ("псевдожидкость

") и промежуточным состоя-

ниям, например использование эластичных твердых тел.

207

35. Принцип фазовых переходов:

- использовать явления, возникающие при фазовых пе-

реходах, например изменение объема, выделение или погло-

щение тепла и т.д.;

36. Применение теплового расширения:

- использовать тепловое расширение (или сжатие) мате-

риалов;

- использовать несколько материалов с разными коэф-

фициентами теплового расширения.

37. Применение сильных окислителей:

- заменить обычный воздух обогащенным;

- заменить обогащенный воздух кислородом;

- воздействовать на воздух или кислород ионизирую-

щими излучениями;

- использовать озонированный кислород;

- заменить озонированный (или ионизированный) ки-

слород озоном.

38. Применение инертной среды:

- заменить общую среду инертной;

- вести процесс в вакууме.

39. Применение композиционных материалов:

- перейти от однородных материалов к композицион-

ным.

8.3.4. Решение изобретательских задач на уровне

физического противоречия

В решении изобретательской задачи необходимо стре-

миться к тому, чтобы рассматривать в ней только несколько

элементов или даже один из них, который испытывает про-

тиворечивые физические требования.

Выявление и разрешение технического противоречия

ведется с помощью анализа взаимосвязей, имеющихся в сис-

теме веществ и энергетических полей - так называемый ве-

польный анализ (слово

"веполь" образованно от слов "веще-

ство" и "поле").

Под веществом понимается часть системы (в частно-

сти, элемент), имеющий массу и способную излучать, погло-

щать и преобразовывать энергию. А полем называется форма

208

взаимодействия веществ, эквивалент энергообмена. Поле ха-

рактеризуется отсутствием массы, видом энергии и интен-

сивностью энергообмена.

Проходя через элементы системы, энергия может пре-

терпевать превращения, причём можно выделить четыре ти-

па энергетических превращений.

Во-первых, излучение энергий (радиоактивное излуче-

ние, разряд конденсатора, отдача тепла нагретым телом, рас-

ширение сжатого газа).

Во-

вторых, поглощение энергии (таяние льда, деформа-

ция, сжатие газа, поглощение радиоактивного излучения).

В третьих - преобразование потока энергии по про-

грамме т.е. такое преобразование при котором вид энергии не

меняется, а изменяется лишь её пространственно - временная

организация: величина энергии и характеризующих ее пара-

метров, направление энергопотока, и т.п.

четвёртых, преобразование энергии по виду (напри-

мер: преобразование электрической энергии в магнитную,

механической в электрическую и др).

Один из методических приемов ТРИЗ заключается в

использовании графической формы представления веполя,

изображаемого следующим образом:

В1-------В2

Взаимодействия между веществами и полем обознача-

ются специальной символикой:

- веполь в общем виде.

- общая взаимосвязь (нормальная )

- направленное действие

- взаимодействие

- вредное действие

-------- - бездействие (молчание)

- переход к преобразованию веполя

209

- разрушение связи

В - общее обозначение вещества

П - общее обозначение поля

П - поле на входе

В1 В2

П - поле на выходе В1

Все «вепольные» преобразования можно выразить пя-

тью правилами:

1. Если по условиям задачи дана неверная система (один

элемент, два элемента или один элемент и поле), то

для ре-

шения задачи необходимо достроить систему до полного ве-

поля – два элемента и поле.

2. Вепольные системы имеют тенденцию переходить в

большие фепольные, т.е. системы с магнитным полем и фер-

ровеществом. При этом, чем более раздроблённым является

ферровещество, тем легче им управлять с помощью магнит-

ного поля.

3. Чтобы

разрушить ненужный или вредный веполь ме-

жду двумя имеющимися веществами должно быть введено

третье, являющиеся видоизменением одного из двух данных

веществ;

4. Вепольные системы имеют тенденцию к развитию

одного из имеющихся элементов в самостоятельный веполь.

Полученный веполь, в свою очередь, таким же образом мо-

жет быть преобразован в новый веполь. Такие

веполи назы-

ваются цепными.

5. Если в задаче имеется веполь с полем П1, а на входе

нужно получить П2, то название нужного физического веще-

ства можно узнать, соединяя названия полей П1 и П2.

Общая линия развития веполей выглядит следующий

образом:

неполный веполь ---- полный веполь ---- цепной (слож-

ный веполь ---- форсированный веполь ( дробление,

динами-

210

зация, переход к простым веществам, согласование ритмики)

---- феполь ---- форсированный феполь.

Четыре элементарных структурных звена (ЭС) соответ-

ствуют четырём типам энергетических превращений и с по-

мощью введённых обозначений изображаются следующим

образом:

1-е звено. Вещество - источник поля ("излучение" поля)

ЭС1≡В→ П

2-е звено. Вещество - преобразователь поля по

программе ЭС2≡П →В→ П

3-е звено. Вещество - преобразователь поля по

виду ЭСЗ≡П1→В→ П2

4-е звено. Вещество- "приёмник" поля ("восприятие", "по-

глощение" поля) ЭС4≡П→ В

Структура из типовых элементов строится следующим

образом. Например, даны два вещества B1 и В2. Надо

обеспечить, чтобы B1 подействовало на В2, т.е. B1→В2. Но

изменять эти вещества нельзя. Известно, что B1 излучает

поле П1(В1→П1), а В2

может воспринять поле П2(П2→В2).

Поскольку В1 и В2 должны остаться такими, как они есть, то

остается только, один путь; как-то преобразовать П1 в П2

(П1= =>П2). Допустим известно, что преобразование может

совершить вещество В3 в возбуждённом состоянии:

П1→В3→П2. А переход вещества В3 в состояние

В3'

возможен под действием поля П3: В3'=П3→В3. Таким

образом, получим четыре элементарных структурных звена:

ЭС1=В1→П1; ЭС3=П1→В3'→П2; ЭС4=П2→В2;

ЭС4=П3→В3=В3'. Объединив их получим структуру:

В1→П1→В3→П2→В2=В1→В2→В2

↑ ↑

П3 П3

Из этого примера видно, что для построения структуры в

обобщённой физико-энергетической форме необходимо за-

писать желаемые воздействия и определить по ним те типо-

вые структурные задачи, которые надо решить, чтобы желае-