Признаки операций коллера

Излучение-поглощение. Излучение будем соотносить с источником энергии, вещества или информации, поглощение - со стоком (местом впадения) энергии, вещества или информации (сигналов). Эти две основные операции, противоположные друг другу, представляют собой необходимое условие для создания или ликвидации потока (вещества, энергии или информации). Источники и стоки могут быть природные и искусственные (например, источники- солнце, топливо, генераторы: стоки - звукопоглощающее покрытие, заземление и т. п.). Источниками являются также все естественные источники энергии вещества или сигналов. В технических системах стоком в большинстве случаев служит природная окружающая среда. Для практического конструирования ТО обе эти операции, по мнению Р. Коллера, обычно имеют сравнительно небольшое значение.

2. Проводимость - изолирование. Для возникновения потока, кроме наличия источника и стока, требуется, чтобы между ними было проводящее пространство, обеспечивающее движение или распространение потока от источника к стоку (здесь не имеется в виду специальная организация потока, например, с помощью трубопровода).

Примеры проводящего пространства: воздушное пространство электролит и т. п.; примеры изолирования: непрозрачные шторки, изолятор, стенка и т. п.

3. Сбор - рассеяние. Основная операция «сбор» служит для того, чтобы поток (ресурсы) энергии, вещества и сигналов, распространяющийся по всем направлениям (рассредоточенный в пространстве или движущийся широким фронтом) заставить протекать в одном направлении или сосредоточиться (сфокусироваться) в одной точке. Операцию «сбор» осуществляет, например, параболическая антенна, фокусирующая линза, патрубок, через который вытекает жидкость из бассейна.

Операция «рассеяние» служит для того, чтобы имеющийся сконцентрированный или упорядоченный поток рассеять, распространить по всем направлениям или направить более широким фронтом. Операцию «рассеяние» осуществляет, например, антенна радиопередатчика, наконечник душа, рассеивающая линза и т. п.

Отметим различия между операциями «сбор - рассеяние» и «излучение-поглощение». Операции «излучение» и «поглощение» соответствуют первому (начальному) и последнему (конечному) участкам в потоке энергии, вещества или информации. До и после этих участков, можно сказать, нет организованного потока. Операции «сбор» и «рассеяние» соответствуют промежуточным участкам потока; до и после этих участков также существует организованный поток.

4. Проведение - непроведение. Операция «проведение» обеспечивает движение сконцентрированного потока по определенному заданному пути (траектории) с помощью технических средств, например, трубопровода, электропровода, шарнира. Непроведение означает, что на естественное направление движения и распространения потока ТО не оказывает никакого влияния (свободно падающая струя воды, летящая пуля, световой луч). Проведение - это движение, ограниченное связями; непроведение - свободное движение.

5. Преобразование - обратное преобразование. Это наиболее распространенные основные операции, противоположные друг Другу, обеспечивают изменение свойств энергии, вещества и сигналов.

Под преобразованием энергии понимается превращение одного вида энергии в другой, которое происходит, например, в электродвигателе или двигателе внутреннего сгорания. К различным видам относятся тепловая, кинетическая, потенциальная, звуковая, оптическая и другие виды энергии.

Под преобразованием вещества понимается качественное изменение вещества, добавление или исчезновение определенных свойств вещества (например, изменения агрегатного состояния, нормальная проводимость - сверхпроводимость, немагнитное - магнитное вещество и т. п.).

Под преобразованием сигналов следует понимать операции, при которых одна физическая входная величина превращается в другую выходную физическую величину.

6. Увеличение - уменьшение. Эти основные операции измеряют состояние потока, т. е. значения какой-либо скалярной или векторной физической величины. При этом на входе и выходе имеем одну и ту же физическую величину. Примерами реализации операций «увеличение» и «уменьшение» являются: система рычагов, зубчатые передачи, передачи с изменяемым крутящим моментом, электрические трансформаторы, механические и электрические усилители, вентили, задвижки, регулирующие площадь сечения потока.

7. Изменение направления - изменение направления. Эти основные операции обеспечивают изменение направления векторной физической величины, значение которой остается неизменным. Изменение направления осуществляют: коленчатые равноплечные рычаги, передачи с коническими шестернями, зеркала и отражательные пластины, изогнутые трубопроводы или световоды и т. п.

Заметим, что для реализации операций «изменение направления» и «проведение» в отдельных случаях могут быть использованы одинаковые физические эффекты и соответственно одинаковые конструктивные элементы. Например, световод может применяться для проведения светового пучка и для изменения направления пучка лучей; такую же двойную функцию может иметь резиновый шланг с жидкостью. Это объясняется тем, что конструктивные элементы имеют не одно, а несколько свойств.

8. Выравнивание - колебание. Основная операция - «выравнивание» преобразует колеблющийся (пульсирующий или нестационарный) поток в стационарный (электрические выпрямители, муфты свободного хода, обратные запорные клапаны и т. п.). Операция - «колебание» производит обратное преобразование (кривошипный механизм, преобразующий равномерное вращательное движение в колебательное, прерыватель, колебательный контур и т. п.).

9. Связь - прерывание. Основная операция - «прерывание» аналогично выключателю прерывает (останавливает) поток энергии, вещества или информации и соответственно прекращает их передачу от одного пункта к другому. Операция «связь», напротив, восстанавливает (возобновляет) движение или передачу энергии, вещества и сигналов в потенциально существующем потоке. Примеры реализации этих операций: выключатели, соединительные муфты, затворы, задвижки, запорные клапаны и т. п.

Следует заметить, что для реализации операций «связь - прерывание» и «увеличение - уменьшение» в отдельных случаях могут быть использованы одинаковые конструктивные (функциональные) элементы, которые обеспечивают реализацию двух основных операций (например, задвижка на трубопроводе и т. д.).

10. Соединение - разъединение. Основные операции «соединение - разъединение» имеют отношение к неоднородным потокам (энергий, веществ и сигналов), имеющим различные значения физических величин (массу, плотность, окраску, агрегатное состояние, амплитуду, длину волны, геометрическую форму, размеры и т. д.). Примеры peaлизации операции «соединение»: смесители механических компонент, частот, электрических сигналов, карбюраторы и насосы, соединяющие энергию и вещество и т. п. Примеры реализации операции «разъединения.): сепараторы, центрифуги, различные фильтры, спектроскопы, сортирующие устройства, гидравлические двигатели, или турбины, радиаторы водяного отоплении, разъединяющие энергию и вещество и т. п.

11. Объединение - разделение. Основные операции «объединение - разделение» обеспечивают соответственно объединение нескольких однородных потоков энергии, веществ или сигналов в один поток или, напротив, разделение одного потока на несколько однородных потоков (т. е. устройства, реализующие операции «объединение - разделение», взаимодействуют с такими потоками энергии, веществ и сигналов, в которых параметры потока, кроме количества энергии, вещества или сигналов, до и после устройств объединения - разделения, остаются неизменными). Примеры реализации операций «объединение - разделение»: тройники и разветвления в водопроводных, тепловых, газовых, электрических и измерительных сетях передачи с распределением энергии, вещество или сигналов; дифференциалы; устройства для сварки, пайки и резки материалов и т. п.

12. Накопление - выдача. Потоки энергии, веществ и информации могут накапливаться и при необходимости востребоваться из накопителя. Для этого существуют две основные операции «накопление - выдача». Примеры реализации этих операций:

- для потоков энергии - механические, гидравлические, пневматические, электрические и тепловые аккумуляторы;

- для веществ - резервуары, баки, газовые баллоны, бункеры, элеваторы и т. п.;

- для сигналов - перфокарты, магнитные ленты и диски, фотопленки и т. п.

13. Отображение - обратное отображение. Операция «отображение» применяется в том случае, когда реальный поток энергии, вещества или физических сигналов на входе в процессе преобразования получает информационное отображение на выходе в графическом, числовом и другом виде, удобном для визуальной оценки, наблюдения или расчета.Это может быть код, запись, изображение числового значения на цифровом индикаторе, показания на шкале прибора, изображение на экране дисплея или телевизора и т. д. «Обратное отображение» связано со случаями, когда на входе задается числовое значение или графическое изображение, а на выходе получается поток реального вещества или энергии.

14. Фиксирование - расфиксирование. Операция «фиксирование» связана с уменьшением числа свободы движения ТО, включая закрепление его в определенной точке пространства и уменьшение числа степеней свободы движения до нуля. Операцию «фиксирование» осуществляют приспособления и объекты, которые закрепляют одни элементы ТО или системы к другим, поддерживают составные части ТО на определенном расстоянии друг от друга, фиксируют заданное положение объекта. Здесь имеется и виду не только уменьшение степеней свободы какого-либо элемента относительно другого, а закрепление его на стporo определенном расстоянии. В последнем случае на входе имеется неопределенная координата (одна или несколько), а на выходе - координаты, имеющие для данного технического объекта определенное значение. Операция «расфиксирование» связана с увеличением числа степеней свободы перемещения или с уменьшением определенности положения в пространстве.

Номер входа (выхода)	Наименование	Качественная характеристика	Физическая величина	Единица измерения
Простран.	Времен.	Специальн.

	Электрическое поле	Однородное Неоднородное	Постоянное Переменное Импульсное Высокочастотное Низкочастотное	Слабое Сильное Сверхсильное	Напряженность электрического поля Разность потенциалов Электродвижущая сила Длительность импульса	В/м В В с
	Магнитное поле	Однородное Неоднородное	Постоянное Переменное Высокочастотное	Продольное	Магнитная индукция Напряжённость магнитного поля Поток магнитной индукции	Тл А/м Вб
	Гравитационное поле	Однородное Неоднородное	Постоянное Переменное		Напряжённость гравитационного поля Разность потенциалов гравитационного поля Градиент потенциала гравитационного поле	Н/кг Дж/кг Дж/(кгм)
	Силовое (механическое) воздействие	Однородное Неоднородное	Постоянное Переменное		Сила (разность сил) Давление (разность давлений) Напряжение (механическое) Напряжение (механическое)	Н Па Па Н *м
	Поток вещества	Однородный Неоднородный	Постоянный Переменный	Жидкость Газ	Объёмный расход Массовый расход Плотность объёмного расхода Плотность массового расхода Давление Скорость потока	м³/с кг/с м/с кг/(с*м²) Па м/с
	Поток тела	Однородный Неоднородный	Постоянный Переменный		Количество теплоты Тепловой поток Поверхностная плотность теплового потока Объёмная плотность теплового потока	Дж Вт Вт/м² Вт/м³
	Поток микрочастиц	Однородный Неоднородный	Постоянный Переменный		Поток частиц Плотность потока частиц Скорость частицы Энергия частицы Степень ионизации	с^-1 с^-1*м^-2 м/с Дж Величина безразмерная
	Упругие(акустические)волны	Бегущие Продольные Поперечные плоские Сферические Плоско поляризованные Эллиптически поляризованные Стоячие	Гармонические (синусоидальные) несинусоидальные	Звук Ультразвук Инфразвук Гиперзвук Монохроматические Немонохроматические	Частота колебаний Круговая (циклическая) частота Длина волны Фазовая скорость Амплитуда колебаний Интенсивность звука Поток звуковой энергии (звуковая мощность)	Гц с^-1 м м/с м Вт/м² Вт
	Электромагнитное излучение	Плоские волны Сферические волны Линейнополяризованные Элептическиполяризованные Частично поляризованные Естественный свет		Видимое (свет) Ультрафиолетовое Инфракрасное Рентгеновское Гамма-излучение Радиоволны Лазерное Монохроматическое Немонохроматическое Спектр	Частота колебаний Круговая (циклическая) частота Длина волны Фазовая скорость Интенсивность излучения Объёмная плотность энергии Поток излучения Яркость Угол падения Угол отражения Угол преломления Угол рассеяния Угол поворота плоскости поляризации	Гц с^-1 м м/с вт\м² дж/м³ вт кд/м² градус градус градус градус градус
	Электрический ток	Однородный Неоднородный	Постоянный Переменный Синусоидальный Несинусоидальный Импульсный Вихревой (замкнутый) Высокочастотный	Электронный Ионный Электронно-ионный (смешанный)	Сила электрического тока Плотность электрического тока Чacтата колебаний Действующее (эффективное) значение силы тока Среднее значение силы тока за период Амплитудное значение силы тока	А А/м² Гц А А А

Номер раздела	Наименование раздела физики	Качественная характеристика	Физическая величина	Единица измерения

	Механика		Масса Момент инерции Длина Площадь Объём Плотность Скорость Ускорение Плоский угол Угловая скорость Угловое ускорение Импульс Момент импульса Модуль Юнга (модули продольной упругости) Модуль сдвига Относительная деформация Относительное изменение объёма Скорость относительной деформации Поверхностное натяжение Предел прочности Предел текучести Динамическая вязкость Кинематическая вязкость	Кг Кгм² м м² м³ кг/м³ м/с м/с² рад рад/с рад/с² кгм/с кгм²/с Па Па Величина безразмерная Величина безразмерная С^-1 Н/м Па Па Пас М²/с
	Термодинамика	Текущая температура Температура плавления Температура кипения Температура перехода в сверхпроводящее состояние Неоднородная	Температура (разность температур) Градиент температуры Скорость изменения температуры Объём Масса Плотность Давления (разность давлений) Энтропия Теплоёмкость Коэффициент теплопроводности Концентрация (разность концентраций) Градиент концентрации Массовая концентрация компонента(разность концентраций) Адсорбционная способность Коэффициент диффузии	к к/м к/с м³ кг кг/м³ па дж/к Дж/к Вт/(м*к) м^-3 м^-4 кг/м³ м^-2 м²/с
	Электричество		Электрический заряд Поверхностная плотность электрического заряда Электрический момент диполя Поляризованность Диэлектрическая проницаемость Диэлектрическая восприимчивость Электрическая ёмкость Электрическое сопротивление Удельное электрическое сопротивление Удельная электрическая проводимость Потенциал ионизации Постоянная Холла Коэффициент Пельтье Коэффициент Зеебека Коэффициент Томсона	Кл Кл/м² Клм Кл/м² Величина безразмерная Величина безразмерная Ф Ом Омм Ом/м В м³/кл дж/кл в/к дж/(к*кл)
	Магнетизм		Магнитная проницаемость Магнитная восприимчивость Дипольный магнитный момент Намагниченность Индуктивность (взаимная индуктивность)	Величина безразмерная Величина безразмерная А*м² А/м Гн
	Оптика		Показатель преломления (разность показателей преломления) Коэффициент поглощения Коэффициент отражения Коэффициент пропускания Коэффициент рассеяния	Величина безразмерная Величина безразмерная Величина безразмерная Величина безразмерная Величина безразмерная

1. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учеб. пособие для студентов вузов. - М.: Машиностроение, 1988 – 368 с.

2. Чус А.В., Данченко В.Н. «Основы технического творчества». Донецк. Высшая школа, 1983 г.

3. Штерн Э.Г. «Введение в научно-техническое творчество». Учебное пособие. Омск. 1989 г.

4. Буш Г.О. «Основы эвристики для изобретателей». Рига, общество «Знание», 1977 г.

5. Сопельняк А.Г. «Обучение старшеклассников основам патентоведения и методам поиска новых технических решений». Методические рекомендации. Академия педагогических наук. М., 1988 г.

6. Зиновкина М.М. и др. «Творческое воображение и фантазия», (методы развития). Учебное пособие. М., МГИУ, 1997 г.

7. Половинкин А.И. «Законы строения и развития техники» (Постановка проблемы и гипотезы). Учебное пособие. Волгоград, 1985 г.