Информационная модель. Информационная модель представляет собой совокупность признаков, описывающих объект в рамках поставленной задачи исследования

Информационная модель представляет собой совокупность признаков, описывающих объект в рамках поставленной задачи исследования. Для каждого признака выбираются альтернативные варианты исполнения, т.е. значения, которые может принимать данный признак. Комбинируя между собой эти признаки в различном исполнении, можно получить множество различных решений.

Составим морфологическую таблицу для камеры ЖРД МТ. Надо привести перечень признаков и для каждого – альтернативные варианты их исполнения.

№ призн	Признаки	Альтернативные варианты
	Камера сгорания	Цилиндри-ческая	Коническая	Сферическая	Грушевидная	Кольцевая	Торои-дальная
	Материал стенки КС	Углеродис-тые стали	Жаропрочные нержавеющие стали	Керамика	Металло-керамика	Ниобиевые сплавы	Вольфрам
	Тип Сопла	Круглое Лаваля	Тарельчатое	С центральным телом	Лепестковое	С косым срезом
	Форма сверхкри-тического участка	Сечение коническое	Профили-рованное
	Материал стенки сопла	Углеродис-тые стали	Жаропрочные нержавеющие стали	Керамика	Металло-керамика	Ниобиевые сплавы	Графит
	Способы защиты стенки камеры	Завесное охлаждение	Организация холодного пристенка	Радиационное охлажденин	Ёмкостное охлажде-ние	Теплоза-щитное покрытие

Если взять по одному варианту исполнения всех признаков, то получим определённую конструкцию ЖРД МТ. Сочетание признаков задаётся парой чисел, где первое число – номер признака, второе – номер варианта исполнения признака.

Пример. Сочетание признаков 1.1, 2.2, 3.1., 4.2, 5.3, 6.3 определяет следующую конструкцию камеры: камера сгорания цилиндрической формы из жаропрочной нержавеющей стали с круглым соплом Лаваля, с профилированной сверхкритической частью, материал стенки сопла – ниобиевый сплав, способ защиты стенки камеры – радиационное охлаждение.

Общее число возможных вариантов конструкций камеры будет равно произведению чисел вариантов исполнения в каждой строке, а именно

N = 6*6*5*2*6*5 = 10800.

Видно, что суть метода заключается в построении морфологической таблицы, заполнении её альтернативными вариантами и выборе из всего множества полученных комбинаций наиболее подходящих решений.

4.7.2.Морфологический метод поиска новых ТР.

Этот метод не даёт рекомендаций по поводу выбора предпочтительных вариантов. Метод позволяет построить множество возможных вариантов решения (из которых некоторое количество может быть нереализуемыми). В его основе заложено использование информационной модели, по каждому признаку которой формируется множество возможных реализаций (конкретных значений). Вся информация по признакам и их возможным конкретным значениям сводится в морфологическую таблицу, по которой и формируются множество возможных экземпляров объекта. Отсечение заведомо невозможных или слабых вариантов конструкции требует хорошей подготовки в предметной области, как и выбор из оставшихся вариантов наилучшего в некотором смысле. Последнее действие (предпочтение варианта) предполагает формулировку критерия выбора, по которому один вариант будет предпочитаться остальным.

Решения, по тем или другим признакам предпочтительные перед другими, называются оптимальными, а сама операция предпочтения – оптимизацией. И, хотя метод и не даёт алгоритма предпочтения, можно воспользоваться существующими методами постановки и решения задачи оптимизации. Проблемами постановки оптимизационных задач занимается научная дисциплина, называемая исследованием операций.

Тема 5. Теория решения изобретательских задач

Несколько слов о терминах. Они неоднозначно используются в литературе, поэтому договоримся об их содержании.

Приём – одинарная (элементарная) операция. Приём может относиться к действиям человека, решающего задачу, например, «использовать аналогию». Приём может относиться и к рассматриваемой в задаче системе, например, «дробление системы». Приёмы не направлены: неизвестно, когда тот или иной приём хорош, а когда плох. В одном случае аналогия может навести на решение задачи, а в другом – увести от него. Приёмы не развиваются, хотя набор приёмов можно пополнять.

Метод – система операций, предусматривающая порядок их применения. Например, метод МА включает ряд операций по комплектованию группы, по проведению штурма, по отбору идей. Методы обычно основаны на каком-либо одном принципе, постулате. Например, МА. Решение можно получить, дав выход из подсознания неуправляемому потоку идей. Методы развиваются, но весьма ограниченно, оставаясь в рамках исходных принципов.

В этом же смысле будем использовать слово «методика».

Теория – система многих методов и приёмов, предусматривающая целенаправленное управление процессом решения задач на основе знания законов развития объективной действительности.

Грубо говоря, приём ® метод ® теория образуют цепочку, аналогичную цепочке кирпич ® дом ® город или клетка ® орган ® организм.

Основная идея ТРИЗ такова:

- ТС возникают и развиваются закономерно;

- изучение этих закономерностей даёт приёмы – инструменты для решения изобретательских задач;

- приёмов очень много, необходимо некоторым образом упорядочить их применение.

Для этой цели был разработан алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ), который является составной частью ТРИЗ. Работая по алгоритму, можно получить хорошие решения. Однако алгоритм, помогая достичь нужного результата, сам по себе не является гарантом того, что вы сделаете изобретение. Для того чтобы использовать АРИЗ, надо уметь отвечать на его вопросы. А для этого нужно иметь талантливое мышление. Именно поэтому кроме алгоритма ТРИЗ предлагает различные приёмы, чтобы научиться мыслить расковано, уходить с пути, который подсказывает нам психологическая инерция. Вот эти приёмы: вепольный анализ, оператор РВС, метод маленьких человечков.

§5.1. Идеальный конечный результат (ИКР)

Каждая машина развивается по определённой линии, стремится к своему идеалу. Идеальная машина – это условный эталон, обладающий следующими особенностями.

Первая особенность. Вес, объём и площадь объекта, с которым машина работает, совпадают или почти совпадают с весом, объёмом, площадью самой машины. Машина – не самоцель, она только средство для выполнения определённой работы. Например, вертолёт предназначен для перевозки пассажиров и грузов. При этом мы вынуждены возить и сам вертолёт. Идеальный вертолёт состоял бы только из кабины, способной перемещаться с той скоростью, с которой её возит вертолёт.

Вторая особенность идеальной машины: все её части всё время выполняют полезную работу в полную меру своих расчётных возможностей.

Когда решается изобретательская задача, то поиски её решения обычно идут по вектору психологической инерции, в лучшем случае – «во все стороны». Сформулировав, какой должна быть идеальная машина, т.е. сформулировав идеальный конечный результат, изобретатель сразу находит наиболее перспективное направление поиска.

Развитие ТС идёт в сторону увеличения идеальности. Одно из главных направлений в развитии машин – изменение их размеров. Если они стремятся к идеальности, то их размеры должны, казалось бы, быть всё меньше и меньше. Так ли это?

Обычно машины рождаются средней величины, а потом их развитие идёт в двух противоположных направлениях: увеличение размеров и миниатюризация. Для транспортных машин, например, типично увеличение размеров единичного агрегата, для компьютеров – уменьшение размеров комплектующих. Получается, что компьютеры становятся более идеальными, а транспортные машины, наоборот, уходят от ИКР?

Это кажущийся парадокс. Грузовику, например, кроме полезного веса приходится возить еще и себя. Соотношение полезного веса к общему у крупных грузовиков лучше, чем у небольших. Грузовик, перевозящий 3 тонны груза, весит 1,5 тонны. Соотношение общего веса к полезному 2: 1. Грузовик, перевозящий 15 тонн груза, весит 5 тонн, что обеспечивает соотношение 3: 1. В первом случае тратится 1/3 усилий, чтобы катать саму конструкцию, во втором случае – ¼. Доля «мёртвого груза» снижается, т.е. степень идеальности растёт.

§5.2. Этапы развития технических систем

Этапы развития ТС необходимо знать, чтобы предсказать ИКР для конкретной задачи.

Известна история рождения богини Афины Паллады. Она дочь Зевса, причём родилась из его головы. Как-то Зевс стал испытывать сильные головные боли. Гефест, хромой бог-кузнец, аккуратно вскрыл топором голову верховного бога, и оттуда явилась Афина Паллада, в полном вооружении, в блестящем шлеме, с копьём и мечом.

Изобретателям до Зевса далеко. Машины рождаются из голов изобретателей слабыми и крепнут постепенно, вбирая в себя многие изобретения. За любой машиной стоят десятки, сотни и тысячи последовательных изобретений. Машины развиваются не «как попало», а в определённой логической последовательности.

Любая ТС в своём развитии проходит 4 этапа:

1) подбор частей для образования системы;

2) совершенствование этих частей;

3) динамизация;

4) переход к саморазвивающимся системам.

Рассмотрим этапы развития ТС на примере самолёта.

1 этап. Отыскивались ответы на вопросы:

- из каких частей от должен состоять? (крылья + двигатель или только крылья – планер)

- какие крылья – неподвижные или машущие?

- какой двигатель – мускульный, паровой, электрический, внутреннего сгорания?

Найдена формула: неподвижные крылья + двигатель внутреннего сгорания.

2 этап. «Исправление троек».

Изобретатели совершенствовали отдельные части, искали наилучшую форму, наиболее выгодное расположение частей, подбирали материалы, размеры и т.д.

- сколько должно быть крыльев – триплан, биплан, моноплан?

- где поместить рули – спереди, сзади?

- Какие взять винты – тянущие, толкающие?

и т.д.

В конце этого этапа самолёт приобрёл знакомый нам вид. И сразу стал его терять, потому что наступил третий этап.

3 этап – динамизация системы: части, которые были жёстко закреплены между собой, стали соединяться гибко, подвижно (убирающиеся шасси, крылья, меняющие свою форму и площадь, подвижный нос – ТУ-144).

4 этап - переход к саморазвивающимся системам – для самолётов ещё не наступил. Но о нём можно судить по ракетно – космическим аппаратам. Сбрасываются отработанные ступени, на орбите раскрываются крылья солнечных батарей, отделяется спускаемый аппарат – изменяется структура ТО в процессе работы.

§5.3. Вепольный анализ

§5.3.1. Веполь – минимальная ТС

Задача 1. На заводе, выпускающем сх машины, был небольшой полигон. На нём испытывались новые конструкции машин, как они трогаются с места, как разворачиваются.

Стало известно, что заводу в ближайшее время предстоит выпускать машины для многих стран, причём машины должны быть рассчитаны на разные почвы – всего 140 типов почв. Т.е. оказалось, что нужно 140 полигонов; немыслимые затраты места и денег. Как быть?

Первые решения, которые сразу приходят в голову, заведомо слабые решения:

- разделить полигон на 140 маленьких полигончиков;

- возить машины для испытаний в различные страны; это при том, что технику надо испытывать десятки раз;

- менять почву на полигоне, как арену в цирке (140 передвижных арен – гигантское сооружение);

- замораживать и размораживать почву до различных температур (медленно и дорого);

- вывозить и привозить разные виды грунтов (медленно и дорого).

Подобные идеи дают выигрыш в чём-либо одном, но ведут к проигрышу в другом. Нам надо преодолеть техническое противоречие: научиться менять свойства почвы на полигоне, не расплачиваясь за это недопустимым удорожанием, усложнением, увеличением полигона.

Запишем условие задачи.

Дана почва, обозначим её буквой В₁ (вещество). Нужно научиться управлять свойствами вещества В₁, действуя на него какими-либо силами. Обозначим эти силы буквой П (поле сил). Получится схема

Полей в физике известно 4: гравитационные, электромагнитные, слабые и сильные взаимодействия. В технике встречается ещё термин «тепловое поле», «механическое поле». Итак, 6 полей. Поскольку нужны простые решения, отбросим ядерные поля. Отбросим гравитацию, которой ещё не умеем управлять. Остаются три поля: электромагнитные, тепловые, механические.

Теперь стало ясно, почему задача сложная: почва не отзывается на действие электромагнитного поля и очень неохотно отзывается на действие магнитного и теплового полей. После записи формулы и её анализа сразу выявилось физическое противоречие: поле П должно действовать на вещество В₁ и не может действовать на это вещество, т.к. имеющиеся в нашем распоряжении поля плохо управляют свойствами В₁.

Такое противоречие встречается во многих задачах и преодолевается одинаково. Если нельзя обеспечить прямое воздействие П на В₁, то надо пойти в обход. Пусть поле П действует на В₁ через другое вещество В₂, которое хорошо отзывается на действие некоторого поля. Предположим, мы решили использовать магнитное поле. Тогда в качестве В₂ надо взять ферромагнитный порошок, который легко смешивается с В₁. Смесь «почва + ферромагнитный порошок» в сильном магнитном поле может приобрести твёрдость гранита или стать рыхлой и подвижной, как песок. Запишем решение задачи.

Было: В₁ – почва. Стало: В₁, В₂,- ферромагнитный порошок, П - поле. Т.о. мы перешли от несистемы (одно вещество) к системе взаимодействующих элементов. Обозначим переход двойной стрелкой.

	В1

Þ

Мы записали нечто, похожее на формулу технической реакции, в правой части которой треугольник, своего рода молекула технической системы. Если убрать один из компонентов треугольника (В₁, В₂ или П) – система сразу разваливается. Т.е. только при наличии трёх элементов система становится работоспособной. Изменение вещества может быть вызвано непосредственным контактным воздействием второго вещества через механическое поле (например, удар), или через внешнее поле второе вещества (например, магнитное) неконтактным способом. Отсюда следует, что минимально необходимое количество элементов в ТС равно 3: два вещества и поле. Это понятие о минимальной ТС получило название вепольная система или веполь – от слов «вещество» и «поле». Веполь – это модель минимально работоспособной управляемой технической системы.

§5.3.2. Правила построения и преобразования веполей

Построение и преобразование вепольной системы изучает обширный раздел ТРИЗ – вепольный анализ. Правили записи и обозначения в вепольном анализе таковы.

- - веполь в общем виде

¾ - действие / взаимодействие в общем виде

® - действие

«- взаимодействие

- действие, которое надо ввести

неудовлетворительное действие, которое д/б изменено

П® - поле на входе («поле действует»)

®П – поле на выходе («поле хорошо поддаётся действию, изменению, обнаружению, измерению»)

Þ - перейти к системе

Запишем ответ на задачу, соблюдая все правила записи

Þ

Вещества в формулах надо записывать в строчку, а поля – сверху и снизу.

Вепольный анализ основан на двух основных правилах: правило достройки веполя и правило разрушения вредных веполей.

Дата добавления: 2014-01-13