Правило разрушения веполей

Разломать веполный треугольник можно различными путями: удалить один из элементов, оборвать связи, заменить поле третьим веществом. Если по условию задачи нельзя ввести новое вещество, можно попробовать взять видоизменённое В2 или В1.

Задача 3. В электростанциях, работающих на угле, уголь по шнековым транспортёрам подгребается к трубопроводу. Дальше уголь самотёком по наклонным трубам идёт к шаровой мельнице. Это громадный вращающийся цилиндр, внутри которого перекатываются тяжёлые стальные шары. Уголь перемалывается в крошку и пыль. Поток воздуха несёт перемолотый уголь в сепаратор, где пыль отделяется и идёт в топки, а крошка возвращается в мельницу, на вторичный помол. Если уголь влажный, а это бывает довольно часто, то он липнет к трубам, шнекам. Как избавиться от задержек в работе, причиняемых мокрым углем?

Решение. Фраза «мокрый уголь прилипает к стенкам» на языке вепольного анализа звучит так: дан вредный веполь – два вещества и поле механических сил сцепления. Его надо разрушить. Убрать поле или одно из веществ не можем. Добавить третье вещество: покрыть стенки трубы не смачиваемым материалом – очень дорого. Ввести В3 как видоизменённый уголь или видоизменённый металл. В1 – мокрый уголь. Видоизменённый В1 – это сухой уголь, следовательно В3 – может быть сухой уголь. Даже тонкий слой сухого угля между стенками трубы и мокрым углем сразу предотвратит прилипание. Сухой уголь уже есть – это та самая угольная крошка, высушенная в сепараторе, которая возвращается на вторичный помол. Надо только возвращать её не в мельницу, а к шнекам.

§5.4. Оператор РВС (Размеры – Время – Стоимость)

Задача 1. Допустим, 300 электронов должны были несколькими группами перейти с одного энергетического уровня на другой. Но квантовый переход совершился числом групп на 2 меньшим, поэтому в каждую группу вошло на 5 электронов больше. Каково число электронных групп?

Задача 2. Для отправки 300 школьников в летний лагерь было заказано несколько автобусов. Т.к. два автобуса не прибыли, то в каждый автобус посадили на 5 школьников больше, чем предполагалось. Сколько автобусов было заказано?

Первая трудность, с которой сталкивается изобретатель – это технические термины. Надо учиться формулировать задачу так, чтобы по возможности вообще не использовать специальные термины. Но это лишь первая линия обороны психологической инерции. Основной бастион – это старый образ объекта.

В книге С. Соловьёва «Две повести о Ходже Насреддине» описывается случай, когда Ходжа взялся лечить от некоторой болезни одного очень богатого и скупого человека, бессердечного ростовщика. Переодевшись в одежду врача, Ходжа пришёл в дом к больному и потребовал, чтобы все родственники пришли в комнату больного и помогали ему при лечении. Он сказал, чтобы они ни в коем случае не думали о белой обезьяне, потому что лечение в этом случае не удастся. При этом он подробно описал, как выглядит такая обезьяна, какие отвратительные рожи она корчит, какие у неё неприличные ужимки. После этого Ходжа сделал вид, что лечит больного, а родственникам никак не удавалось отвязаться от мыслей о белой обезьяне. Она так и маячила перед их мысленным взором, прыгала и корчила рожи. Естественно, вылечить больного не удалось, и возмущённый «лекарь» с достоинством удалился, получив у смущённых родственников заслуженную плату.

Очень сложно не думать о белой обезьяне.

ТРИЗ предлагает в помощь воображению изобретателя интересный инструмент. Это – оператор РВС: 6 вопросов, которые должен рассмотреть изобретатель.

1. Что произойдёт, если размеры предмета, о котором идёт речь в задаче, начнут уменьшаться?

2. Или наоборот, увеличиваться?

3. Что будет, если действие будет идти всё медленнее и медленнее?

4. Или всё быстрее и быстрее?

5. Как решать задачу, если стоимость новой машины должна быть равна нулю (т.е. нам надо решать задачу без затрат денежных ресурсов)?

6. Наоборот, машина может быть неограниченно дорогой?

Шесть вопросов оператора РВС намеренно искажают условия задачи, помогают уйти от навязчивого образа старой системы. РВС не предназначен для получения ответа на задачу, он – инструмент для первоначальной работы над задачей, для уточнения условий, для уяснения изобретательской задачи, более точной её постановки, формулировки ИКР. Но нам уже известно, что часто правильная постановка задачи делает решение очевидным, во всяком случае, сильно приближает его.

Оператор РВС является мысленным экспериментом. (Самый знаменитый мысленный эксперимент – демон Максвела).

Пример 1. При изготовлении фаянсовой посуды каждое изделие подвергают обжигу, а потом сортируют на группы для повторного обжига, подбирая каждой группе наиболее подходящий режим. Сортировку ведут по звуку. Каждую тарелку работница берёт в руку, осторожно ударяет по ней молоточком и по звонкости звука определяет степень обжига. Операция называется перезвонка. Решили создать автомат для перезвонки. Не думать о белой обезьяне изобретателям не удалось. Была построена машина с двумя манипуляторами, один брал тарелку, по которой ударял молоточек, зажатый в другом манипуляторе. Микрофон ловил звук, электронное устройство анализировало команду, куда класть изделие. После установки машины выяснилось, что машина работает медленнее человека. Вернулись к прежнему, неавтоматизированному способу.

Применим оператор РВС. Представим, что тарелка стала меньше двухкопеечной монеты, ещё меньше – как пылинка. Такую тарелку не возьмёшь пальцами, не ударишь по ней молоточком.

Ускорим действие. Пусть тарелка имеет обычные размеры, но перезвонку даётся 1сек, 0,001сек, 0,000001 сек. За такой короткий срок звук не дойдёт до ушей контролёра. Значит, нужно нечто более быстрое, чем звук. Может, свет? А что, если ударить по тарелке не лучом света и поймать отражённый луч, прислушаться к нему?

Итак, РВС дал подсказку: хорошо бы заменить молоточек световым лучом. Для перезвонки тарелок это новый принцип, но может быть, светом проверяют другие керамические изделия? Тогда готовые контрольные приборы можно приспособить и для перезвонки посуды.

Маленькие керамические изделия, которые надо проверять, - это резисторы, они значительно меньше тарелок. Их так и контролируют с помощью света: в зависимости от обжига резисторы по-разному пропускают и отражают световые лучи. Автомат сортирует тысячи резисторов в час.

Пример 2. Один инженер занимался металлоплакирующей смазкой. Это смазка, в которую добавлено несколько процентов тонко измельчённого металлического порошка. В процессе работы частицы металла оседают на трущиеся поверхности и защищают их от износа. Чем меньше зазор между поверхностями, тем мельче должны быть частицы металла в смазке.

Возникает техническое противоречие: чем меньше частицы металла, тем лучше смазка, но тем труднее её изготовить.

Представим себе ИКР: измельчить частицы металла до предела, до атомов. Теперь начинает работать химия. Масло с крупными частицами – металлическая взвесь, с мелкими – коллоидный раствор. Если измельчить металл до атомов или ионов, то получится истинный раствор.

Т.о., ИКР – это раствор метала в масле. Такой ИКР недостижим. Ещё алхимики знали: подобное растворяется в подобном. Масло – органическое вещество, металлы – неорганика. На пути к ИКР возникает физическое противоречие: атомы металла должны быть растворены в масле и не должны быть растворены (не могут быть растворены, нельзя нарушить законы химии). Отступим чуть-чуть от ИКР. Пусть в масле будут растворены не атомы, а молекулы, содержащие металл (приём «сделать чуть-чуть меньше требуемого»). Противоречие сразу исчезнет (свободных атомов металла в масле нет, но они в масле есть в составе молекул). Остаётся решить вопрос: какие именно молекулы взять? Ответ очевиден: молекулы должны содержать металл и должны быть органическими. Следовательно, надо взять металлорганическое соединение. Оно легко растворяется в масле и будет содержать атомы металла.

И дальше опять работает химия. Чтобы атомы металла выделились из молекулы, её надо разложить. Т.е. надо взять металлорганическое вещество, разлагающееся от температуры. Масло в процессе работы нагревается от трения. Задача решена.

Как решалась задача на самом деле? Инженер искал решения методом проб и ошибок. Он пробовал самые различные способы измельчения металлов, ставил опыты, пытался найти ответы в литературе… Потратил на поиски решения несколько лет. Однажды в книжном магазине он услышал, как кто-то из покупателей попросил у продавца справочник по металлорганическим соединениям. Инженера осенило: именно такое соединение и требуется. Он купил справочник, полистал его и сразу нашёл подходящее вещество – кадмиевая соль уксусной кислоты.

§5.5. Метод маленьких человечков

Этот метод, как и оператор РВС, является мысленным экспериментом.

Его предшественником является эмпатия - личностная аналогия, используемая в синектике (разновидность МШ). Изобретатель должен представить себя паровозом или другим техническим объектом, который надо улучшить. Часто этот приём приводит к удачным решениям, но ещё чаще оказывается вредным. Вообразив себя машиной, изобретатель начинает избегать идей, связанных с её разрушением, разделением, измельчением и т.д. Для живого организма эти действия недопустимы, а машину вполне можно разделить на части. Более того, измельчение частей – одна из главных тенденций в развитии рабочих органов машин. Например, машины на воздушной полушке. Колёса измельчены до того, что заменены молекулами газа.

В ТРИЗ вместо эмпатии используют маленьких человечков. Приём прост. Надо представить себе, что объект – это толпа маленьких человечков (МЧ). От эмпатии осталось то, что мы можем взглянуть на задачу «изнутри», но нет присущих эмпатии недостатков. Идеи дробления легко воспринимаются. Толпу легко можно разделить, перестроить, направить параллельными потоками.

Итак, используя ММЧ, надо представить себе, что объект состоит из коллектива маленьких человечков. Не молекул, а именно человечков, живых мыслящих существ. Что они чувствуют? Как действуют? Как должны действовать?

Пример. Дозатор жидкости сделан в виде качалки. В левой части дозатора ёмкость для жидкости, в правой – противовес. Когда жидкость наполняет ёмкость, она перевешивает, дозатор наклоняется, жидкость выливается. При этом левая часть становится легче, дозатор возвращается в исходное положение. Механизм работает неточно. Как только часть воды выливается, он под действием противовеса возвращается в исходное состояние. Если сделать противовес легче, то ёмкость будет наполняться не полностью.

ПРОТИВОРЕЧИЕ: момент силы, действующий на правую часть дозатора, должен быть большим, грузик должен быть тяжёлым, чтобы ёмкость доверху наполнялась жидкостью, и одновременно должен быть лёгким и обеспечивать маленький момент, чтобы вся жидкость выливалась.

Используем ММЧ.

Вернёмся от модели к конструкции. Грузик в правой части дозатора должен легко перемещаться.

Отметим, что дозатор, ранее не имевший подвижных частей, стал динамическим, т.е. ТС вступила в третий этап развития, всё идёт как надо.

§5.6. Тактика решения изобретательских задач (алгоритм – АРИЗ)

Использование понятий об идеальной машине и технических противоречиях, можно существенно упорядочить процесс решения изобретательских задач. Идеальная машина помогает определить направление поиска, в техническое (физическое) противоречие, присущее данной задаче, указывает на препятствие, которое надо преодолеть. Однако противоречие часто не лежит на поверхности, его надо обнаружить. К тому же даже найденное противоречие не исчезает само собой. Далеко не всегда удаётся одним броском преодолеть путь от постановки задачи к её решению. Нужна рациональная тактика, позволяющая шаг за шагом продвигаться к решению задачи. Такую тактику даёт алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ).

АРИЗ развивался длительное время, проверялся на практике, совершенствовался. Существует несколько устоявшихся версий АРИЗ. На лекции мы рассмотрим более раннюю версию алгоритма (АРИЗ-61). Она менее формализована, но в ней более ясно просматривается методика решения. На практике для решения учебной задачи мы воспользуемся более поздней и более формализованной версией АРИЗ-71.

АРИЗ-61 делит творческий процесс на три стадии, каждая из которых подразделяется на шаги.

1 стадия Аналитическая.

1 шаг. Поставить задачу.

2 шаг. Представить себе идеальный конечный результат.

3 шаг. Определить, что мешает достижению этого результата (т.е. найти противоречие).

4 шаг. Определить причины противоречия (почему мешает?).

5 шаг. Определить условия, при которых противоречие снимается, т.е. определить, при каких условиях не мешало бы.

2 стадия Оперативная.

1 шаг. Проверка возможности изменений в самом объекте.

a) Изменение параметров;

b) Изменение формы;

c) Изменение материала;

d) Изменение температуры;

e) Изменение давления;

f) Изменение скорости;

g) Изменение окраски;

h) Изменение взаимного расположения частей;

i) Изменение режима работы частей с целью максимальной их нагрузки.

2 шаг. Проверка возможности разделения на части.

a) Выделение «слабой» части;

b) Выделение «необходимой и достаточной» части;

c) Разделение объекта на одинаковые части.

3 шаг. Проверка возможности изменений во внешней среде.

a) Изменение параметров среды;

b) Замена среды;

c) Разделение среды на несколько частичных сред;

d) Использование свойств внешней среды для выполнения полезных функций.

4 шаг. Проверка возможности изменения в соседних (т.е. работающих совместно с данным) объектах.

a) Установление взаимосвязи между независимыми объектами, участвующими в выполнении одной работы;

b) Устранение одного объекта за счёт передачи его функций другому объекту;

c) Увеличение числа одновременно работающих на ограниченной площади, за счёт использования свободной обратной стороны этой площади

5 шаг. Исследование прообразов из других отраслей техники (как данное противоречие устраняется в других отраслях техники).

6 шаг. Возвращение (в случае непригодности всех рассмотренных приёмов) к исходной задаче и расширение её учловий, т.е. переход к другой, более общей задаче.

3 стадия Синтетическая.

1 шаг. Внесение изменений в форму данного объекта. (т.е. новой сущности должна соответствовать новая форма).

2 шаг. Внесение изменений в другие объекты, связанные с данным.

3 шаг. Внесение изменений в методы использования объекта.

4 шаг. Проверка применимости найденного принципа изобретения к решению других технических задач.

Тема 6. Анализ и синтез ТО

§6.1. Формализованное описание ТО

Каждый ТО может быть представлен описаниями, имеющими иерархическую соподчинённость. Этим описаниям свойственны две особенности:

- каждое последующее описание более детально, чем предыдущее;

- каждое последующее описание включает в себя предыдущее.

Вот эти описания (см. рисунок):

- потребность или функция ТО;

- техническая функция (ТФ);

- функциональная структура (ФС);

- физический принцип действия (ФПД);

- техническое решение (ТР);

- проект.

Рассмотрим подробнее эти описания.

§6.1.1. Потребность или функция

Это общепринятое и краткое описание на естественном языке самого ТО или цели его создания. При описании потребности отвечают на вопрос: «Какой результат надо получить и каким особым условиям и ограничениям при этом надо удовлетворить?».

Формализованное описание потребности Р представляется в виде тройки

Р = ( D,G,H), где

D – действие, производимое ТО и приводящее к желаемому результату;

G – объект, на который направлено действие;

H – условия и ограничения, при которых выполняется действие.

Примеры описания потребности.

Наименование ТО	D	G	H
Светильник	освещение (освещает)	помещение	-
Мельница	размалывание (размалывает)	зерно	на муку
Грузовик	перевозка (перевозит)	грузы	по дороге

С потребностью связана функция ТО, понятия потребности и функции ТО практически тождественны. Разница в том, что потребность связана с человеком, поставившим задачу, а тождественная потребности функция связана с техническим объектом, выполняющим задачу.

§6.1.2. Техническая функция

Формализованное описание ТФ представляет собой двойку:

F = (P,Q), где

P – удовлетворяемая потребность из 6.1.1,

Q – физическая операция.

Формализованное описание физической операции (ФО) представляет собой трёхкомпонентный вектор

Q = (A_T, E, C_T), или (A_T ® E ® C_T), где

A_T, C_T –входной и выходной потоки вещества, энергии или сигналов,

Е – обозначает действие, производимое над входным потоком, которое превращает A_T в C_T, так называемая операция Коллера. Р. Коллер предложил 12 пар операций, которые позволяют описывать ФО любого ТО независимо от их физического принципа действия. Примеры некоторых операций Коллера приведены в таблице.

	Прямая операция	Обратная операция
	Излучение	Поглощение
	Проводимость	Изолирование
	Сбор	Рассеяние
	Увеличение	Уменьшение
	Соединение	Разъединение
	Связь	Прерывание
	Преобразование	Обратное преобразование

Описание физической операции отвечает на вопрос: «Что – как – во что преобразуется с помощью данного ТО?» Таким образом, с помощью физической операции описываются вход, действие и выход ТО.

Дата добавления: 2014-01-13