Упражнения и примеры решений

Упражнение 3.1. Вернитесь к выбранному вами из «Перечня» объекту. Применяя последовательно приёмы РП, попытайтесь усовершенствовать объект.

Усовершенствуем молоток с помощью метода РП.

Правило РПВ.

РПВ1 «Оптимизация»: разделить действие так, чтобы в каждый момент объект находился в оптимальных условиях.

Недостаток молотка в том, что боёк имеет большую массу, рука при работе быстро устаёт. Если уменьшить массу бойка, сила удара будет недостаточной.

Предлагается на конце рукоятки молотка сделать предохранительный выступ. Это позволит при подъёме молотка держать рукоятку ближе к бойку, что уменьшит момент силы тяжести бойка и облегчит подъём. При опускании молотка силу сжатия рукоятки ослабляют, рука соскальзывает по рукоятке до упора в предохранительный выступ, скорость, а следовательно, и сила удара возрастут.

РПВ3 «Предварительное действие»: выполнить действие до начала работы.

При работе боёк соскакивает с рукоятки, что мешает работе и представляет опасность. Расклинивание рукоятки, применение стопорных устройств и т.п. усложняет конструкцию молотка и требует много времени.

Предлагается перед работой опустить боёк с прилегающим участком рукоятки в воду. Через полчаса рукоятка в месте крепления разбухает, и боёк будет надёжно закреплён на рукоятке.

РПВ4 «Опережение»: выполнить действие чуть раньше.

При работе молотком трудно нанести сильный удар точно в заданное место, например, по шляпке гвоздя. Опытные плотники и сапожники разделяют действие: сначала наносят несильный точный удар с небольшой амплитудой замаха, а затем повторяют удар с большей силой и большей амплитудой.

РПВ6 «Прерывистость»: использовать паузы между импульсами одного действия для другого действия.

В кузнице кузнецу помогает молотобоец. Пока молотобоец замахивается тяжёлой кувалдой, кузнец лёгким молотком наносит удар по заготовке, показывая таким образом молотобойцу, куда следует бить. Молотобоец наносит удар, а во время следующего замаха кузнец снова ударяет молотком в нужном месте и т.д.

Другим приёмам РПВ не удалось найти применение.

Правило РПП.

РПП2 «Разделение»: разделить объект на части, выполняющие разные функции.

В разд. 2 мы выявили противоречия, возникающие из-за неспособности молотка выдёргивать забитые гвозди. Сформулировали физическое противоречие: боёк молотка должен быть плоским, чтобы забивать гвозди, и острым, чтобы выдёргивать гвозди.

В соответствии с приёмом РПП2 сделаем один конец бойка плоским, а другой – заострённым, причём в заострённом конце сделаем паз для гвоздя. Сначала гвоздь заострённым концом поддевают за шляпку, чуть вытягивают, а затем подводят паз и, пользуясь бойком как опорой рычага, поворотом молотка выдёргивают гвоздь.

РПП3 «Оптимизация»: разделить объект так, чтобы каждая его часть находилась в условиях, наиболее благоприятных для неё.

Предлагается комплект молотков заменить молотком с набором бойков, соединяемых с рукояткой, например, с помощью резьбы, клина и т.п. В зависимости от характера работы на рукоятку надевают боёк требуемой формы (прямой, заострённый для пробивания отверстий, с лопаткой для обтёсывания кирпичей, с зубьями для отбивания мяса и т.д.).

РПП4 «Противопоставление»: разделить объект на части, каждая из которых по свойствам противоположна целому.

Деревянная или металлическая рукоятка молотка может выскользнуть из руки во время работы. Обрезиненная рукоятка не выскальзывает, но она не впитывает пот от ладони. Предложена рукоятка из колец бересты, насаженных на металлический стержень и плотно прижатых друг к другу. Вся рукоятка получается жёсткой, что обеспечивает концентрацию энергии удара, а каждое кольцо – упругое, что препятствует выскальзыванию рукоятки из руки.

Упражнение 3.2. Выявите физические противоречия в приведённых ниже задачах и попытайтесь разрешить их с помощью приёмов РПВ.

Задача 3.28. В металлическом корпусе прибора имеется глухое отверстие, в которое запрессован шарик. Через некоторое время его нужно извлечь, но сделать это трудно. Разборные конструкции не допускаются.

Как быть?

Решение. Имеем ФП: шарик должен быть надежно закреплен в гнезде по условиям работы прибора, и должен легко выниматься для замены. Явно напрашивается РПВ: в какой-то момент удовлетворяется первое требование, в какой-то – второе. Предлагается до запрессовки ввести в гнездо каплю воды. Перед выпрессовкой его нагревают до образования пара, под давлением которого шарик выталкивается. Авторами применен прием РПВ3 «Предварительное действие».

Задача 3.29. При выплавке никеля для удаления вредных примесей, например, серы, в печь через 40 – 50 специальных отверстий – фурм – продувают воздух. Но он охлаждает металл около них, и над каждой фурмой нарастает козырёк из отвердевшего расплава. Чтобы козырьки совсем не перекрыли фурмы, их приходится периодически сбивать ломом.

Как избавится от этой трудоёмкой операции?

Решение. Конечно, выход состоит не в том, чтобы заменить лом каким-либо механизированным устройством. Физическое противоречие заключается в том, что по условиям задачи воздух через фурмы должен подаваться согласно технологии и не должен подаваться, чтобы не образовывались козырьки. Применим приём РПВ6 «Прерывистость». Сразу же становится очевидным и решение: будем включать фурмы в работу поочерёдно. Пока вокруг работающих нарастают козырьки твёрдого металла, козырьки над неработающими фурмами под действием горячего металла расплавляются.

Задача 3.30. Новорождённые поросята первое время растут со своей мамашей, а затем их переводят в специальные помещения для молодняка. И тут между ними немедленно начинаются «турнирные бои» за лидерство, прекращающиеся только после установления строгой внутренней иерархии подчинённости. Бои могут продолжаться довольно долго, при этом падают привесы, многие «бойцы» калечатся, возможна даже гибель поросят. Содержать их в индивидуальных помещениях слишком дорого.

Как быть?

Задача 3.31. В республике Бангладеш растет 13 миллионов финиковых пальм. За сезон одна пальма дает свыше 200 литров сока, из которого приготавливают пальмовый сахар. Но для сбора сока нужно сделать надрез на стволе под самой кроной. А это 20 метров высоты.

Как быть?

Предложили делать ступеньки: человек поднимается и вырубает эти ступеньки. Но способ оказался непригоден – при большом числе ступенек дерево погибает. Применение специальных машин с выдвижной лестницей дорого и неудобно в пальмовых зарослях. Между тем бангладешские крестьяне легко решают эту задачу.

Задача 3.32. В последнее время все большее применение находят суда типа «река – море», позволяющие транспортировать груз без перегрузки. Для того, чтобы выдерживать морские штормы, корабль должен обладать хорошей устойчивостью. Лучше всего этому требованию отвечает катамаран – судно с двумя корпусами. Но на реке могут встречаться узкие места, где такой корабль не сможет пройти.

Как быть?

Задача 3.33. В конце 50-х годов прошлого столетия будущему академику и лауреату Нобелевской премии А.М. Прохорову потребовалось изготовить для лазерного генератора элементы из монокристалла редкого металла – циркония. Получить цирконий можно из расплава его окиси – белого порошка. Единственным приемлемым способом расплавления окиси является нагрев её в электромагнитном поле индуцированным током. Но окись циркония в твёрдом виде является диэлектриком. Получается замкнутый круг: для того чтобы окись была электропроводной, она должна быть расплавлена, а для того, чтобы расплавить окись, она должна быть электропроводной.

Как быть?

Задача 3.34. При производстве качественных сталей в них вводят большое число легирующих добавок – кремний, алюминий, молибден, хром и др. Добавки ещё до выпуска стали помещают в ковш в виде порошка, в котором их соотношение строго дозировано. Однако при выпуске стали её струя выбивает из ковша часть добавок.

Что можно предпринять, чтобы избежать этого?

Задача 3.35. При выплавке стали возникает необходимость перемешивать расплавленную сталь со шлаком (шлак поглощает примеси). Для этого используют мешалку, сделанную также из стали. Недостаток: мешалка быстро плавится. Сделать мешалку из тугоплавкой стали или титана – дорого. Сделать мешалку из керамики нельзя: мешалка быстро разрушится, появятся ненужные примеси.

Как быть?

Задача 3.36. После операции хирургу редко удается наложить швы так, чтобы точно совместить края разреза. Студентка Нижегородского медицинского института Галина Исаева предложила простое решение проблемы.

В чём, по-вашему, оно состоит?

Задача 3.37. В задаче 3.16 мы уже упоминали о неприятностях, которые доставляет при обработке резанием сливная стружка: она обвивает заготовку в месте обработки, затрудняет наблюдение за обработкой, попадает в зону работы соседних инструментов, вызывает трудности с уборкой из зоны обработки. Поэтому применяют различные способы дробления стружки.

Дата добавления: 2014-01-03