Теория решения изобретательских задач
Авиационный высотомер (альтиметр) Рис. 1 Высотомер имеет 2 круговые шкалы: большая шкала показывает метры, малая – километры. Рис. 2 Новый высотомер, на циферблате которого километры расположены на горизонтальной шкале, метры – на круговой.
Переход к новой модели высотомера n Рис. 3 Переход от плохой модели, характеризующийся сложной системой передачи от «двигателя» (пружина) к «рабочему органу» (горизонтально перемещающаяся стрелка), к хорошей модели, отличающейся тем, что передача вообще отсутствует: стрелка прямо «замкнута» на пружину. Передачи нет, отсюда – предельная простота устройства, и передача как бы есть – ее функции по совместительству выполняет пружина. Неудачи обусловлены попытками построить хорошую передачу, а ее, оказывается, надо было вообще исключить.
«Линии жизни» технических систем ► Жизнь технической системы (как и других систем, например, биологических) можно изобразить в виде S -образной кривой, показывающей, как изменяются во времени главные характеристики системы (мощность, производительность, скорость, число выпускаемых систем и т. д. ).
Характерные участки «линии жизни» В «детстве» (участок 1) техническая система развивается медленно. Затем наступает пора «возмужания» и «зрелости» (участок 2) – техническая система быстро совершенствуется, начинается массовое ее применение. С какого-то момента темпы развития начинают спадать (участок 3) – наступает «старость» . Далее (после точки γ) возможны 2 варианта. Техническая система А либо деградирует, сменяясь принципиально другой системой Б, либо на долгое время сохраняет достигнутые показатели
Теоретические и реальные «линии жизни» С момента появления техническая система должна неуклонно (хотя и не очень быстро) развиваться до α΄, т. е. до момента перехода к массовому применению. На самом деле переход к массовому применению (α΄΄) начинается с опозданием и на более низком техническом уровне. Период быстрого развития технической системы должен был бы завершиться в точке β΄, там, где исчерпываются возможности использованного в системе принципа и обнаруживается экономическая нецелесообразность дальнейшего развития данной системы (уровень 1). Однако ничего подобного не происходит: реальная точка β΄΄ всегда намного выше теоретической β΄. Когда кривая А΄΄ доходит до уровня 1, в дальнейшем развитии системы оказываются заинтересованными многие люди.
Возникает инерция интересов – финансовых, научных (псевдо научных), карьеристских и просто человеческих (боязнь оставить привычную обжитую систему). Вплоть до уровня 2 система продолжает оставаться экономически выгодной за счет разрушения, загрязнения и хищнической эксплуатации внешней среды. «Сегодня мне это выгодно, а на остальное наплевать» - эта формула тянет кривую А΄΄ вверх, к уровню 2. Затем наступает потолок – уровень 3, определяемый физическими пределами.
Теоретически пока кривая А΄ поднималась вверх к уровню 1, кто-то должен был развивать техническую систему Б΄ так, чтобы ее точка подъема αБ΄ совпадала с точкой β΄ кривой А΄ и обеспечивался постоянный бесступенчатый подъем. На самом деле реальная кривая Б΄΄ начинает ощутимо подниматься только тогда, когда кривая А΄΄ поднялась выше уровня 2 и приблизилась к уровню 3. А быстрый подъем кривой Б΄΄ происходит лишь после того, как кривая А΄΄ минует точку γ΄΄ и пойдет на спад.
Рис. 15, а – «жизненная кривая» технической системы. Рис. 15, б – типичная кривая изменения количества изобретений, относящихся к данной технической системе. Первый пик соответствует точке α΄ (рис. 15, а): число изобретений увеличивается в период перехода к массовому применению системы. Второй пик на рис. 15, б обусловлен стремлением продлить жизнь системы. Рис. 15, в – изменение уровня изобретений. Первые изобретения, создающие основу технической системы, всегда высокого уровня. Пик на рисунке соответствует изобретениям, которые обеспечивают системе возможность массового использования. За этим пиком – спад: уровень изобретений неуклонно снижается, приближаясь к нулю. А тем временем появляются новые изобретения высокого уровня, относящиеся к системе Б.
Воображение и мышление Воображение – вольно или невольно – создает определенный образ задачи. Прочитал человек условия, и сразу же вспыхивает мысленный экран с высвеченной на нем картинкой. Начинается перебор вариантов. Дерево становится чуть больше, чуть меньше… Часто на этом все кончается: ответ не найден, задача становится неразрешимой.
Это – обычное мышление. Талантливое воображение одновременно зажигает три экрана: видны надсистема (группа деревьев), система (дерево), подсистема (лист).
n Технические системы существуют не сами по себе. Каждая из них входит в надсистему, являясь одной из ее частей и взаимодействуя с другими ее частями; но сами системы тоже состоят из взаимодействующих частей – подсистем. Первый признак талантливого мышления – умение переходить от системы к надсистеме и подсистемам. А для этого должны работать три мысленных экрана.
n Линия развития: прошлое, настоящее и будущее.
Конечно, это минимальная схема. Иногда включаются и другие экраны: наднадсистема (лес) и подподсистема (клетка листа). А главное – все это видно в развитии, потому что работают боковые экраны, показывающие прошлое и будущее на каждом уровне. Девять (минимум девять!) экранов системно и динамично отражают системный и динамичный мир.
ВЕПОЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ► Задача. Имеется термопластический материал (пластмасса). Из него надо изготовить листы - метр на метр- с ворсинками, т. е. с выступами из того же материала в виде иголочек. Количество ворсинок - десятки на квадратный сантиметр, высота- 10 мм. Нужно предложить способ изготовления - простой, высокопроизводительный, дешевый. Литье и штамповка дают слишком много брака.
► Противоречия не видно, но задача есть, можно приступать к ее решению. В первом очерке мы рассмотрели ряд схем и устройств, в которых состоянием вещества управляют, действуя магнитным полем на ферромагнитные частицы, введенные в вещество или соприкасающиеся с ним. Попробуем использовать этот принцип. Предположим, в пластмассу добавлен ферромагнитный порошок. Если теперь к разогретой пластмассе приблизить магнит с иглами, а потом начать поднимать его, каждая игла потянет за собой тонкую струйку пластмассы: вот и готов ворс. . . Запишем это решение примерно так, как записывают формулы химических реакций. По условию задачи есть вещество, обозначим его буквой В. Пунктирной стрелкой покажем, что по условиям задачи вещество плохо поддается управлению и надо научиться им управлять:
► Теперь запишем ответ. Мы ввели магнитное поле Пм, действующее на ферромагнитный порошок Вф, который в свою очередь действует на В: ► Соединим "дано" и "получено" двойной стрелкой, она заменит нам слова "для решения задачи надо перейти к":
► Запись отчетливо показывает суть решения. Было вещество (В), которое плохо поддавалось непосредственному воздействию. Мы пошли в обход: взяли хорошо взаимодействующую пару "магнитное поле - ферромагнитный порошок" (Пм-Вф) и объединили с имеющимся веществом в единую систему, хорошо поддающуюся управлению. Видно и противоречие, оно было спрятано в глубине задачи, но нам удалось его преодолеть: поле не действует на вещество (нет полей, которые сами по себе могли бы формировать ворс на листах) и поле действует на вещество (через второе вещество - ферромагнитный порошок).
Правило построения цепных веполей § В 2 (инструмент) разворачивается в веполь, присоединенный к имеющемуся веполю. Иногда В 3 в сою очередь разворачивается в веполь, продолжающий цепь.
► В задачах на измерение и обнаружение веполь должен иметь на выходе поле, которое легко измерить и обнаружить. Поэтому при решении этих задач конечное звено цепи В 1 -В 2 -… обычно имеет такой вид:
Оптико-акустический эффект ► Если вещество должно превращать одно поле в другое (или менять параметры поля), можно сразу определить необходимый физический эффект, используя простое правило: название эффекта образуется соединением названий двух полей.
ФЕПОЛЬ ► Задача. На заводе сельхозмашин был небольшой полигон (30 х 20 м) для испытания машин на трогание с места, развороты и т. д. Завод получил новый заказ - продукцию надо поставлять во многие страны. Подсчитали: необходимы испытания на 150 видах почв. Строить 150 полигонов? . . Да, разумеется, надо просто добавлять в почву ферромагнитные частицы и, действуя магнитным полем, менять свойства почвы на одном полигоне. Магнитное поле отлично работает "в паре с ферромагнитным порошком. Поэтому так много технических решений укладывается в формулу (1). Треугольник из магнитного поля, ферромагнитных частиц и вещества (изделия) получил название феполь. Термин новый, его еще нет ни в одном словаре. . . ► Существуют другие поля и другие вещества, охотно отзывающиеся на действие этих полей. Поэтому феполь является частным случаем веполя (термин образован от слов "вещество" и "поле")- треугольника из двух веществ и поля.
ВЕПОЛЬ - МИНИМАЛЬНАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ► Задача. После сборки и заправки холодильных агрегатов нужно проверить, нет ли неплотностей, через которые просачивается рабочая жидкость. Ваше предложение? Запишем решение в вепольной форме:
► Есть вещество В 1 (капелька просочившейся жидкости); нужно, чтобы это вещество давало сигнал о своем присутствии (пунктирная стрелка, направленная от В 1). Для решения задачи надо перейти к веполю, объединив В 1 с таким веществом В 2, которое даст "сигнальное" поле П. В качестве В 2 можно использовать, например, люминофор. Тогда полученную "реакцию" удобнее записать в таком виде: ► Вещество В 2, связанное с В 1 преобразует оптическое (электромагнитное) поле П, давая на выходе легко обнаруживаемый сигнал (поле П'). В патентном фонде можно обнаружить множество технических решений, в том числе сильных, остроумных, неожиданных, основанных на "реакциях" 1 и 2. Задача часто оказывается трудной только потому, что дан "обломок" веполя. Надо не мучиться с этим "обломком", а достроить треугольник.
Почему именно треугольник? ► На этот вопрос можно ответить вопросом: а почему в математике такое значение придают треугольнику? Почему ради него создали специальную область математики- тригонометрию? Ответ очевиден: треугольник- минимальная по количеству элементов геометрическая фигура; любую другую фигуру можно разбить на треугольники. Веполь - минимальная техническая система. Любую техническую систему можно представить в виде суммы веполей. Например, в правой части формулы (2)- ромб, т. е. два треугольника. Поэтому так важно знать правила построения и преобразования веполей. Самое простое правило вы уже знаете: для построения минимальной технической системы нужны два вещества и поле.
► Задача. Дана смесь одинаковых по размерам и имеющим одну и ту же плотность кусочков коры и древесины. Как их разделить? Даны два вещества, причем ни одно из них не является инструментом. Кроме того в системе нет поля. Обозначим ненужное (вредное) взаимодействие волнистой линией. Тогда решение задачи в общем виде можно записать так: Прежде всего надо выбрать наиболее приемлемое для условий задачи физическое поле. Существует много физических полей: гравитационное, электромагнитное, акустическое силовое и т. д. Гравитационное поле явно не подходит, об этом говорится в условиях задачи (плотность веществ одинаковая). Остается электромагнитное воздействие. Кора и древесина не обладают магнитными свойствами. Следовательно, для построения веполя нужно электрическое поле. Идея решения выведена с математической точностью, можно ставить решающий эксперимент: если данные вещества по-разному электризуются, задача решена.
Допустим, оба вещества электризуются одинаково? В одно из веществ придется - до того, как вещества были смешаны, - ввести В 3, хотя бы тот же ферромагнитный порошок. Получится комплексный веполь:
► Задача. Дана смесь одинаковых по размерам и имеющим одну и ту же плотность кусочков коры и древесины. Как их разделить? Что может быть проще этой задачи. . . теперь, когда известно общее правило? Даны два вещества; нужно добавить поле. Известны четыре поля: электромагнитное, гравитационное, сильные и слабые взаимодействия. Оставим два последних поля - к чему атомные силы для решения такой задачи? . . Гравитационное поле не подходит, об этом говорится в условиях задачи (плотность веществ одинаковая). Остается электромагнитное воздействие. Кора и древесина не обладают магнитными свойствами. Следовательно, для построения веполя нужно электрическое поле. Идея решения выведена с математической точностью, можно ставить решающий эксперимент: если данные вещества по-разному электризуются, задача решена. А если они (допустим такое) электризуются одинаково? В одно из веществ придется - до того, как вещества были смешаны, - ввести В 3, хотя бы тот же ферромагнитный порошок. Получится комплексный веполь: ► Возможность строить комплексные веполи существенно расширяет сферу действия правила с достройкой веполя.
О понятиях "вещество" и "поле" ► В вепольном анализе (т. е. анализе вещественно-полевых структур при синтезе и преобразовании технических систем) под "веществом" понимают не только вещество, но и технические системы или их части, а иногда и внешнюю среду. Например, если в задаче идет речь о повышении скорости движения ледокола во льдах, то вещества - ледокол и лед. Кроме четырех "законных" физических полей, в вепольном анализе используют "поля" тепловые, акустические, механические. Чтобы покончить с азами вепольного анализа, добавим, что вещества принято записывать в строчку, поля на входе - над строчкой, поля на выходе - под строчкой. Веполь вообще (без конкретизации) обозначают треугольником, действие вообще черточкой, неудовлетворительное действие- волнистой стрелкой или черточкой.
Задача. По трубопроводу перекачивают жидкий кислород. Несмотря на хорошую теплоизоляцию часть кислорода переходит в газообразное состояние. Образуются маленькие пузырьки, более или менее равномерно распределенные по всему потоку. Между тем из трубопровода должен поступать в резервуар только жидкий кислород. Требуется найти простой способ отделения жидкого кислорода от пузырьков. Даны два вещества, причем ни одно из них не является инструментом. Кроме того в системе нет поля. Решение в общем виде можно записать более точно, подчеркнув, что поле П должно действовать неодинаково на вещества В 1 а и В 2 б Введение нового поля вынужденное отступление от идеала. Поэтому используем уже имеющееся в системе механическое поле: если закрутить поток, центробежные силы сгонят пузырьки к оси трубопровода, откуда их нетрудно убрать.
Задача. Для направленного бурения скважины используют отклонитель; это изогнутая труба, установленная между трубобуром (или электробуром) и колонной труб, через которую прокачивают жидкость, приводящую в действие трубобур. Кривизна обычного отклонителя не поддается управлению с поверхности. Приходится часто прерывать бурение, поднимать всю колонну труб, чтобы заменить отклонитель. Как быть? Дано вещество, надо построить веполь. Труба должна состоять из двух взаимосвязанных веществ и менять изгиб под действием поля. Техническое решение заключается в применении биметаллической трубы и теплового поля. Вещество В 1 разделено на две части, неодинаково воспринимающие действие теплового поля.
► Возможны и другие вепольные формулы. В частности, решение измерительных задач часто приводит к двойному веполю (ромб, составленный из двух треугольников):
ХОД ТРОЯНСКИМ КОНЕМ ► ► ► ► Суть задачи обычно состоит в том, что какое-то вещество не поддается управлению- не изменяется так, как нам надо, не дает информации о своем местонахождении или состоянии. Безуспешная осада упрямого вещества может длиться годами. Ничего не получится до тех пор, пока не будет использован троянский конь- добавка вещества, охотно выполняющего то, что нам нужно. Ход троянским конем виден уже в формуле (1), в самой идее построения веполя. Роль троянского коня откровенно играет и В 3 в формуле комплексного веполя. Но нередко условия задачи прямо налагают запрет на введение "посторонних" веществ. Вепольный анализ располагает на этот случай целым табуном троянских коней - набором хитрых обходных приемов. Вот некоторые из них: используют не добавку, а изображение добавки; добавляют не вещество, а поле (электризуют, намагничивают); добавку вводят в сверхмалых дозах; вместо внутренней добавки используют наружную; добавку вводят на время; в качестве добавки используют часть имеющегося вещества, переведенную в особое состояние; добавку вводят в виде химического соединения, из которого она потом выделяется.
► Задача. В станке движется текстильная нить. Она проходит довольно долгий путь и при этом вытягивается, удлиняется. Как контролировать степень вытяжки нити? Останавливать нить нельзя. Наносить на нить посторонние вещества- даже в сверхмалых дозах и временно - нельзя. Как быть? С обычной точки зрения перечисленные в условиях запреты утяжеляют задачу. Нам же эти запреты лишь облегчают решение: двух коней из троянской семерки можно оставить в покое. . .
ОЧЕНЬ ПРОСТО: ВЕЩЕСТВО ЕСТЬ И ВЕЩЕСТВА НЕТ… ► Вепольный анализ дал свои принципы классификации задач. Сколько элементов (веществ, полей) в модели задачи? Какие это элементы (поля или вещества)? Можно ли вводить добавочные элементы? Относится ли задача к измерению (нужно поле на выходе) или к изменению объекта (нужно поле на входе)? Странные на первый взгляд принципы. Но ведь не кажется нам странной классификация химических элементов в зависимости от числа электронов на внешней электронной оболочке атомов. . . Вепольный анализ, отбрасывая все внешнее, случайное, позволил построить классификацию, указывающую пути решения каждого класса задач. Все задачи разделены на три типа - в зависимости от числа элементов в модели задачи (один, два или три элемента; более сложные модели сводятся к этим трем). Задачи первого типа решаются "напрямую" - достройкой веполя. Как в химии: все галогены стремятся получить электрон для достройки внешней электронной оболочки. Различия между разными галогенами отступают на второй план перед этим общим и основным свойством. "Напрямую" - без анализа - решаются и некоторые задачи второго и третьего типов. Важнее, однако, другое: для каждого класса (в нынешней классификации их 18) вепольный анализ предлагает общую формулу, указывающую направление решения. Иногда эта формула прямо дает ответ. Чаще приходится "дотягивать" решение анализом. Но насколько легче продвигаться к цели, зная направление!
► Задача 13. На тепловых электростанциях уголь из бункера через шнековый питатель поступает в шаровую мельницу. После помола угольный порошок по пылевоздухопроводу идет в сепаратор. Крупные частицы угля возвращают на вторичный помол, а угольную пыль направляют к топка, м. Все хорошо, если уголь не слишком влажен. Но нередко в бункер поступает очень влажный уголь. Он залепляет питатель, липнет к стенкам труб, ведущим к мельнице. Как быть? Задача относится к третьему типу (даны три элемента), содержащему шесть классов задач. Найти нужный класс очень легко: у нас задача на разрушение веполя. Для решения задач этого класса вепольный анализ рекомендует ввести между двумя имеющимися веществами третье вещество, являющееся видоизменением одного из имеющихся (или видоизменением смеси обоих веществ):
Перед нами опять-таки формула преодоления противоречия: третье вещество есть (следовательно, веполь разрушен) и третьего вещества как бы нет (следовательно, нет и расходов на это вещество, нет неприятностей, которые могут быть с ним связаны). Американцы, например, предложили облицевать питатель и трубы фторопластом. Веполь был разрушен (введено третье вещество). Но уголь очень быстро содрал покрытие- идея оказалась неудачной. ► По формуле (4) в качестве третьего вещества следует взять видоизмененный металл или видоизмененный уголь. Трудная задача свелась к простым вопросам. Как видоизменить металл, чтобы он не прилипал к мокрому углю? Как видоизменить мокрый уголь, чтобы он не прилипал к металлу? Ответ очевиден: в качестве тонкой прослойки между металлом и мокрым углем надо использовать сухой уголь. Пусть угольный порошок, идущий на вторичный помол, поступает в питатель, обволакивая мокрые куски угля. Третье вещество есть и третьего вещества нет: прослойка сухого угля не требует расхода материалов, не ломается. А сколько было перепробовано "пустых" вариантов, когда задачу решали методом проб и ошибок! ►
МОСТ МЕЖДУ ФИЗИКОЙ И ТЕХНИКОЙ ► Есть у вепольного анализа еще одна важная сторона. Ключами к решению трудных задач часто оказываются физические эффекты. Поэтому очень важно найти метод перехода от задачи к соответствующему физэффекту. Вепольный анализ и оказывается таким методом, ибо физические эффекты могут быть выражены в вепольной форме. В простейшем случае название искомого физического эффекта можно получить, соединив названия полей на входе и на выходе построенного веполя.
► Задача. Измерение сверхвысоких напряжений (порядка 2 000 -2 500 к. В) и токов в проводниках, находящихся под этим напряжением, представляет собой сложную техническую задачу. Приходится воздвигать огромную конструкцию, имеющую изоляцию на полное напряжение, - "этажерку" высотой в 10 --12 м. Нужен простой и точный способ измерения. Запишем то, что дано по условию задачи: ► Похоже на левую часть формулы (2). Правда, там было дано вещество, а здесь поле. Но других формул мы пока не знаем, остается действовать по аналогии с формулой (2): Теперь у нас есть ответ в вепольной форме: нужно ввести в поле П 1 такое вещество В, которое в зависимости от параметров поля П 1 будет менять параметры поля П 2, проходящего через это вещество. Если, например, мы хотим иметь на выходе - оптическое поле, надо использовать электрооптический эффект (эффект Керра).
Двойные веполи ► Свертывание играет исключительно важную роль не только в цикле «бимоно-поли» , но и во многих других процессах развития технических систем. Почти все вепольные преобразования связаны с введением веществ и полей. Каждый раз, вводя в систему новые вещества и поля, мы уменьшаем степень идеальности. Возникает противоречие : вещество или поле надо вводить, чтобы получить новое свойство, и вещество нельзя вводить, чтобы не усложнять систему. Такие противоречия устраняют свертыванием системы. Например, в качестве одного из веществ можно использовать внешнюю среду. Широкое применение двойных веполей объясняется в частности, тем, что двойной веполь – свернутая структура: В 1 и В 2 образуют два веполя – с П 1 и П 2 :
Схемы преобразования веполей ► Одной из первых появилась следующая схема преобразования веполей: Другое направление вепольных преобразований представлено схемой:
Общая схема развития ► Осью схемы, ее центральным стержнем служит линя развития нескольких систем: от невеполей к простым веполям и далее к веполям, затем к сложным веполям и далее к веполям форсированным и комплексно форсированным. На каждом этапе этой линии есть путь вверх – переход к надсистеме. На схеме он показан только для этапа «простые веполи» , чтобы не загромождать схему. С той же целью все изображено в одной плоскости, хотя витки «би-моно-полимоно…» образуют спираль. Упрощенно показан и путь вниз, т. е. переход на микроуровень. Линии вниз могут идти от каждого этапа и включают много звеньев: переход на молекулярный уровень, переход на атомарный уровень и т. д.
Линия «моно-би-поли» ► Полностью (а иногда и частично) свернутая бисистема (или полисистема) становится новой моносистемой и может совершить следующий виток спирали. На рисунке представлена упрощенная схема такого «наматывания» витков.
Повышение эффективности би- и полисистем на примере сварки ► Эффективность би- и полисистем может быть повышена увеличением различия между элементами системы: от однородных элементов (пачка одинаковых карандашей) к элементам со сдвинутыми характеристиками (набор разноцветных карандашей), а затем — к разнородным элементам (карандаш с циркулем) и инверсным сочетаниям типа «элемент и антиэлемент» (карандаш с резинкой). ► По а. с. 546445 сварку толстых стальных листов ведут электродами, расположенными один за другим: при этом сварочный ток каждого последующего электрода и глубина погружения в разделку кромок больше, чем у предыдущего. Новый эффект буквально достигнут «сдвинутостью» элементов системы. Аналогично (а. с. 493350) предложена двухэтажная пила, у которой нижние дуги разведены больше верхних; такая пила чисто режет волокнистые материалы. Пример инверсной бисистемы: буровая коронка в виде двух концентрических долот, вращающихся в разные стороны (а. с. 794139).
Цикл развития систем ► На рисунке показан один цикл развития систем: усложнение по линии «моно-би-поли» и упрощение по линиям свертывания.
Система стандартов ТРИЗ n n Современная система включает 77 стандартов, разделенных на пять классов. Первый класс — построение и разрушение вепольных систем. Главная идея этого класса четко отражена в первом же стандарте 1. 1. 1: для синтеза работоспособной технической системы необходимо — в простейшем случае — перейти от невеполя к веполю. Но это именно простейший случай. Часто приходится строить веполи, преодолевая дополнительные трудности. Например, поле должно действовать на одно вещество и не действовать на другое, расположенное рядом.
Действие стандартов ТРИЗ на примере пайки и сварки Задача 6. 12. Полистироловые катушки обмотаны тонким изолированным проводом и имеют металлические ножки. Припаивали провод к ножкам, окуная его в ванну с припоем при 280 °С. Однако при этом требовалась зачистка концов провода. Для устранения этой операции решили вести пайку при температуре припоя 300 °С (изоляция при этой температуре сгорала). Но при 300 °С происходил перегрев, полистирол размягчался, ножки перекашивались. Как вы поступили бы в этой ситуации? Вот фрагмент стандарта 1. 1. 8: «Если нужен избирательно-максимальный режим (максимальный режим в определенных зонах — при сохранении минимального режима в других зонах), поле должно быть либо максимальным; тогда в места, где необходимо минимальное воздействие, вводят защитное вещество (1. 1. 8. 1); либо минимальным; тогда в места, где необходимо максимальное воздействие, вводят вещество, дающее локальное поле, например, термитные составы — для теплового воздействия, взрывные составы — для механического воздействия (1. 1. 8. 2).
Примеры и ответ на задачу 6. 12 А. с. 264619. Для запайки ампулы с лекарством горелку включают на максимальный режим, а избыток пламени отсекают, погружая корпус ампулы в воду (высовывается только верхушка капилляра). А. с. 743810. В зазор между свариваемыми деталями закладывают смесь, выделяющую при сварке локальное тепло» . Стандарт дает прямой ответ на задачу. Ножки концами проводов предварительно окунают в расплав горючей смеси, а затем пайка ведется как и раньше -припоем с температурой 280 °С. Изоляция сгорает при вспышке экзотермической смеси, полистирольная катушка не размягчается.
Еще один пример При пайке волной припоя избыток расплава ( «сосульки» ) снимали обыкновенной проволокой. Работал этот «инструмент» плохо, но к нему привыкли. А потом группа специалистов по ТРИЗ получила а. с. 1013157. Проволоку заменили цилиндром, утыканным магнитами, удерживающими ферромагнитные частицы. Вращаясь, такая «щетка» надежно очищает изделие, приспосабливаясь к малейшим его неровностям. И вдобавок — подает флюс: «. . . при этом в теле цилиндра выполнены отверстия для подачи флюса из смачиваемого флюсом, но не смачиваемого припоем материала с точкой Кюри выше температуры расплавленного припоя» .
n n Задача 7. 6 Ответственные детали приборов и механизмов хранят упакованными в пластиковую пленку. После удаления пленки Задача 7. 6 необходимо убедиться, что на приборе или механизме не осталось ни малейших кусочков налипшей пленки. Как это сделать? Задача относится к четвертому классу – стандартам на измерение и обнаружение. Главная идея этого класса – достроить и надстроить веполь, получив на выходе поле, которое легко обнаруживать и/или измерять. В простейшем случае строится двойной веполь, включающий характерную «обнаружительно-измерительную» группу:
n Примером может служить а. с. 277805: для обнаружения неплотностей в холодильных агрегатах во фреон добавляют люминофор и определяют места утечек по свечению люминофора в ультрафиолетовом свете. Так решается и задача 7. 6. В пленку при изготовлении добавляют люминофор; поиск прилипших кусочков ведут визуально – при дневном свете или облучении ультрафиолетом (пат. США 3422347).
Воображение и мышление при решении творческих задач ► Задание: взять одну веревку и привязать к концу другой веревки. Рис. 13 – Мальчик схватил ближайшую веревку, потянул ее к другой… и остановился. ► Рис. 14 – Мальчик подергал веревку, пытаясь ее растянуть, ничего у него не получилось. Тогда он бросил первую веревку и схватил вторую. Результат тот же – соединить веревки не удалось. ►
► Рис. 15 – Девочка привязала куклу к веревке, потом раскачала получившийся маятник, взяла вторую веревку, поймала куклу. Задача была решена.
Алгоритм решения изобретательских задач Рис. 16 – Конфликтующая пара «шуковина» -лед. Лед – природный элемент, менять его свойства трудно. «Шуковина» - элемент технический. ► Рис. 17 – Какая часть выбранного элемента должна быть изменена? Надводная часть АБ может двигаться быстро, ей ничто не мешает. Подводная часть ВГ тоже может двигаться. Мешает часть БВ, упирающаяся в лед. Появляется вырез в носовой части корабля. ►
Рис. 18 – Делаем сквозной вырез: лед спереди входит, а сзади выходит. ► Рис. 19 – Этаж БВ должен быть пустым, чтобы свободно проходил лед, и должен быть «непустым» , чтобы соединять обе части корабля. Соединим верхнюю и нижнюю части узкими ножками, чтобы резать лед. Пусть будут две узкие прорези во льду, сделать их, наверное, легче, чем ломать весь лед… ►
Схемы ТП Задача. При выплавке чугуна в домнах образуется расплавленный шлак. Его сливают в ковши на рельсовом ходу и увозят на шлакоперерабатывающие установки. Шлак, залитый в ковш охлаждается, на поверхности расплава образуется корка. ► Выбор ТП. Главная цель системы – перевозка шлака. Выбираем ТП-2 (шлак перевозится быстро, но с потерями, так как. образуется корка).
Шаг назад от ИКР Рис. 20 – ИКР: «готовая система» включает какую-то крышку, идеально (полностью) отделяющую холодный воздух от горячего шлака. ► Рис. 21 – Шаг назад от ИКР: появилось сквозное отверстие. ► Устранение дефекта: простейший, очевидный способ – использовать пробку. ►
Рис. 22 – Переход к общему решению: «крышка» должна состоять из многих «пробок» . ► Техническое решение: «пробки» , выполненные из ВПР, т. е. из воздуха и шлака, - пористые шлаковые гранулы, пена. ► Рис. 23 – Главный ВПР – воздух, следовательно, больше всего подходит пена. ►
§Задача. При искусственном опылении растений поток воздуха от воздуходувки переносит пыльцу. Но растения в процессе эволюции выработали способность быстро закрывать цветы (смыкать лепестки) при сильном ветре. А слабый ветер плохо переносит пыльцу. Как быть? Рис. 24 – Суть конфликта: в ОЗ есть только человечки ветра А, которые переносят пыльцу (это хорошо), но вызывают соединение лепестков (это плохо).
Схемы ТП ТП-1: сильный ветер хорошо переносит пыльцу, но соединяет лепестки (и пыльца не выходит). ТП-2: слабый ветер не закрывает лепестки, но и не переносит пыльцу. ► Выбор ТП. Главная цель системы – перенос пыльцы. Выбираем ТП-1.
Рис. 25 – По правилу 4 надо ввести частицы Б, которые, не мешая частицам А переносить пыльцу, будут мешать им соединять лепестки. Частицы Б должны находиться у лепестков и не должны занимать остальное пространство, чтобы не мешать переносу пыльцы. ► Рис. 26 – Частицы А создаются воздуходувкой. Частицы Б возьмем из ВПР (из воздуха). Сила, необходимая для рассоединения лепестков возникает, если по правилу 6 разделить частицы Б на Б-1 и Б-2. Для этого частицы Б-1 и Б-2 должны быть заряжены одноименно. ►
Метод моделирования «маленькими человечками» ► Рис. 27 – Человечки внутри мысленно выделенного столба воздуха ничем не отличаются от человечков воздуха за пределами столба. Те и другие одинаково нейтральны (на рисунке это показано условно : человечки держат друга, руки у них заняты, человечки не хватают молнию).
► Рис. 28 – По правилу 6 надо разделить человечков на две группы : человечки вне столба пусть остаются без изменений (нейтральные пары). А человечки в столбе, оставаясь в парах (т. е. оставаясь нейтральными) пусть высвободят руку – это будет символизировать их стремление притянуть молнию. Ясна необходимость разделить человечков на две группы, изменить состояние человечков в столбе.
Скачать презентацию Теория решения изобретательских задач Авиационный высотомер альтиметр
3 Жизнь систем и Вепольный анализ.ppt