АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

ЗАДАЧИ БЕЗ ПРОТИВОРЕЧИЙ? ПОЖАЛУЙСТА...

Путь к решению и простой и сложной задачи лежит через преодоление противоречий. Но в чем причина возникновения противоречий? Изобретатель стремится улучшить окружающий нас мир, поэтому он предъявляет повышенные требования к техническим объектам. Это закономерно: постоянный рост потребностей требует увеличения полезной (или уменьшения вредной, лишней) функции любой технической системы (ТС)¹.
Таким образом, часть изобретательских задач связана с улучшением существующих ТС - мы вовлекаем их в процесс развития и тут же наталкиваемся на ТП.
Но не всегда возросшая потребность может быть удовлетворена за счет совершенствования существующей ТС. Тогда возникает вполне законный вопрос: "Разве нет задач, не связанных с преодолением противоречий?.

Задача 17. При реконструкции спичечной фабрики поставили высокопроизводительное оборудование, позволяющее увеличить выпуск продукции в два раза. Но все портила заключительная операция - укладка спичек в коробки. Старые машины не справлялись с таким объемом, а удвоить их количество невозможно - нет свободных площадей, поэтому их убрали совсем. Кроме того, они были "слепые" - укладывали в коробки брак (спички без головок), ошибались в количестве спичек. Нужен новый способ безошибочной укладки спичек в миллионы коробков.

Противоречия не видно, но задача есть, можно ее решать. Собственно говоря, идея ответа вам уже наверняка пришла в голову - использовать тот же прием, что и в задаче 11. Подмешав в зажигательный состав небольшую дозу ферропорошка, мы сделаем головку каждой спички чуть-чуть магнитной. Этого достаточно, чтобы точно и с высокой скоростью укладывать спички в магнитном поле (например, к магниту определенной площади прилипнет строго определенное количество спичек).
Проанализируем задачу и ее решение подробнее.
Во-первых, в условиях задачи было ясно сказано, что усовершенствовать нечего - старую ТС демонтировали. Надо создавать новую ТС.
Есть спички, но неизвестно, как их обрабатывать (ориентировать, отсчитывать, укладывать). Затем мы решили задачу известным нам приемом - ввели в спички ферропорошок и использовали магнитное поле, получилась легко управляемая система.
Было одно вещество (спички), стало два вещества (спички и ферропорошок) и одно поле - магнитное. Запишем это:

Теперь разберемся, как работает полученная система. Магнитное поле (П) действует на ферропорошок (В2), который в свою очередь действует на спички (В1). Изобразим это так:

Итак, чтобы решить задачу, мы перешли от не-системы (было только В1) к системе взаимодействующих элементов (В1, В2, П).Обозначим этот переход двойной стрелкой (чтобы не путать ее со стрелками - взаимодействиями между элементами) и запишем преобразование полностью:

Не правда ли, чем-то похоже на запись химических реакций? Возьмем два вещества, например, кислород и водород, нагреем их (т.е. введем внешнее тепловое поле), они начнут взаимодействовать, получим молекулу. Но стоит убрать из молекулы воды хотя бы один атом, и вода исчезнет...
А что, если полученный в правой части формулы "технической реакции" треугольник - это своего рода "молекула" технической системы? Проверим это: уберем одно (любое) вещество - будет работать система? Нет, система сразу разваливается, перестает быть системой. То же и с полем. Выходит, что только при наличии трех элементов система становится работоспособной? Все верно. Это условие вытекает из основного принципа материализма: изменение вещества может быть вызвано только материальными факторами, т.е. веществом и энергией (полем). Применительно к техническим системам этот принцип будет выглядеть так: изменение вещества может быть вызвано непосредственным действием второго вещества (например, удар - механическое поле), или полевым действием другого вещества (например, магнитом), или внешним полем. Отсюда следует, что минимально необходимое количество элементов в технической системе равно трем: два вещества и поле. Это понятие о минимальной ТС получило название вепольная система или веполь (от слова "вещество" и "поле").

Веполь - это модель минимальной, работоспособной, управляемой технической системы.

Понятие о веполе сразу подсказывает направление решения задачи. Возьмем, например, задачу об измерении высоты пещеры (с.15). Есть В1 - потолок пещеры, т.е. только один элемент системы. Значит надо достроить систему до полного веполя. Запишем формулу такого преобразования:
Формула та же, что и в задаче 17, но веполь записан в общем виде (без стрелок), нам неизвестен характер взаимодействия между элементами. Зато теперь известно, чего в системе недостает - второго вещества и поля. Эта пара (В2, П) и будет тем самым измерительным инструментом. Но условия задачи накладывают сильное ограничение: вес прибора должен быть почти равен нулю. Усилим противоречие: прибор есть, но он ничего не весит! Кстати, прием усиления противоречия очень часто помогает быстрее решить задачу: чем сильнее (невозможнее) противоречие, тем, как это ни парадоксально, легче его разрешить. Попробуем еще больше усилить ТП: прибор есть, но он с минус-весом (это уж и вовсе "страшное" ТП - антигравитация какая-то!). Но не будем забывать, что все материально: чтобы вес прибора стал равен нулю, этот вес надо чем-то компенсировать, например, подъемной силой. Тут-то и приходит идея ответа: использовать воздушный шарик на ниточке! Тогда и идея о минус-весе не кажется такой "страшной" - ведь подъемная сила шарика может быть намного больше веса катушки с нитками.
Как видим, в этой задаче мы встретились с сильным ТП, а в предыдущей его не было. Как же все-таки быть с ТП - искать его в любой задаче или нет? При синтезе ТС (достройке веполя) оно может не возникать, если ничего не мешает введению в систему недостающих элементов. Это единственный случай решения изобретательских задач без ТП. Во всех остальных случаях синтеза ТС (когда условия задачи содержат какие-то ограничения) ТП обязательно возникает. Не говоря уже о следующем, после синтеза, шаге развития ТС - улучшении созданной системы, любое развитие идет только через возникновение - обострение - разрешение противоречии.
По правилу на достройку веполя решается большой класс задач. Причем в левой части вепольной формулы ("что дано") может стоять не один элемент (В или П), а два (В₁ --В²; В --П).

Задача 18. Существуют точные методы определения воды в машинном масле, но они длительны и требуют специальных приборов. Как быстро установить, есть ли вода в масле из картера автомобиля (на дороге, при краткой остановке)? Нужна идея экспресс-метода. Ваше предложение?

По условиям задачи есть В1 (масло) и В2 (вода):
Недостает поля. Какое поле надо здесь использовать (механическое, тепловое, электрическое и т.д.)? Оно должно быть простое и доступное, должно как-то разделять эти вещества, чтобы было видно, есть вода или нет. Разделение, естественно, должно основываться на разнице свойств веществ. Каких? Из множества различающихся свойств наиболее простое - температура кипения. В японской заявке 52 - 46837 так и сказано: нагреть на металлической пластинке каплю масла до 1000С (например, зажигалкой), вода вскипит - видно на глаз.
Часто прибегают к специальному упрощению левой части формулы - из полного, но плохо работающего веполя выбрасывают один или два элемента. Что при этом оставляют? Критерий простой: оставлять надо хорошо работающие элементы, легко управляемые, дешевые (еще лучше - бесплатные).

Задача 19. Захват промышленного робота перемещается по длинной направляющей - полой штанге. Собственно по штанге скользит тефлон-бронзовая втулка - тефлон имеет низкий коэффициент трения по стали. Если же поверхность трения смазывать жидкостью (хотя бы водой), то трение еще больше снизится. Предложенная конструкторами система смазки - распылители, подключенные к водопроводу - работали плохо (колебания давления в водопроводной сети, попадание капель в ненужные места, система требовала постоянной регулировки). Система должна работать надежно, не зависеть от водопровода, мельчайшие капельки должны покрывать равномерно всю поверхность штанги.

В условиях задачи - плохо работающий веполь, поэтому надо отказаться от этой системы. Исключим из системы плохо управляемое механическое поле, которое подает воду на штангу, - получим новые исходные условия: есть только штанга (В1) и вода (В2), но они никак не взаимодействуют между собой:

В полученном новом веполе неизвестно поле. Оно должно откуда-то "пригонять" частицы воды и "садить" их на штангу. Откуда, если из водопровода нельзя? Можно, например, использовать влагу из воздуха. Значит, нужен физический эффект, с помощью которого осуществлялось бы это действие. В заявке Великобритании 1 477 784 предложено охлаждать полую штангу до температуры ниже точки росы воздуха в помещении, конденсируя тем самым воду.

"ПРАВИЛА ИГРЫ" ДЛЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЯ

Отбрасывая все случайное и несущественное, вепольные формулы дают представление о самой сути преобразований (синтезе, развитии) технических систем, позволяют записать на едином техническом языке ход решения любой изобретательской задачи. Поэтому анализ вещественно-полевых структур в тех частях ТС, где возникают противоречия при их преобразовании, называют вепольным анализом.
Вепольный анализ предлагает общую формулу, указывающую направление решения задачи. Это направление сильно зависит от исходных условий задачи. Возьмите любую из предыдущих решенных задач: стоит немного изменить условие и ход решения может быть совсем иным. Например: в головку спички ничего нельзя вводить или нельзя подавать хладагент в полую штангу робота и т.д. Тогда как решать, какой ход выбрать?
Существует ряд правил синтеза веполей. Одно из них мы уже разобрали:
1. Невепольные системы (один элемент) или неполные вепольные системы (два элемента) должны быть достроены до полного веполя:

Нередко в условиях задачи уже даны два вещества и поле, но они плохо взаимодействуют между собой и их нельзя заменить на другие. Веполь как бы есть (все три элемента заданы), и его как бы нет, он не "складывается". То же иногда получается и при достройке веполя. Значит нужно улучшить веполь: увеличить управляемость веществ, обеспечить требуемое действие поля, изменить в нужную сторону характер взаимодействия элементов. Есть несколько правил на преобразование веществ и полей в веполях.
2. Введение в вещество добавок (легко управляемых, с нужными свойствами) с образованием комплексного веполя. При этом добавку вводят: а) внутрь вещества (внутренний комплексный веполь) или б) снаружи (если введение внутрь запрещено условиями) - внешний комплексный веполь.

Пунктиром показано отсутствующее взаимодействие, скобками - внутренняя комплексная связь (внешняя - без скобок).

Примеры:
а) внутренний комплексный веполь - увлажнение ткани (задача 2); вспенивание лака (задача 3); о процессе износа режущего инструмента судят по последовательному появлению разноцветных вставок, запрессованных на определенных глубинах от режущей кромки (а. с. 905 417);
б) внешний комплексный веполь - добавка ферропорошка в крупу (задача 16); для производства полых пористых металлических шариков металл наносят на полистирольные шарики, которые затем растворяют в органическом растворителе (пат. США 3 371 405); чтобы не смять при обработке тонкостенную оболочку, ее гофры заполняют легкоплавким металлом, который удаляют после обработки (а.с. 776 719).
3. Если в систему запрещено вводить посторонние вещества, то задачу решают введением имеющегося во внешней среде вещества с образованием веполя на внешней среде, т.е. в качестве В3 используют вещество, которое уже есть в окружающей систему среде (воздух, вода, грунт и т.д.); используются свойства этих веществ или способность их взаимодействия с веществом системы:

ВВС - вещество внешней среды

Левая часть формулы - то же, что и в предыдущих формулах.

Примеры:
Для создания хорошего контакта с льдом ультразвуковой излучатель (при измерении глубины реки через лед) присыпают снегом и утрамбовывают его (а.с. 900 233).
Для очистки железнодорожных путей используют набегающий на тепловоз поток воздуха, направляя его под нужным углом с помощью щитков и отверстий (а.с. 1 054 483).
В частности, если нужно менять вес движущегося тела, а вес менять нельзя, то телу надо придать форму крыла и, меняя наклон крыла к направлению движения, получить дополнительную, направленную вверх или вниз силу.
"Гонки улучшают породу автомобилей" - таков девиз всех автомобильных соревнований. Но гоночные автомобили в отличие от обычных развивают огромные скорости - как обеспечить им надежное сцепление с дорогой? Все машины снабжаются плоскостями, имеющими профиль перевернутого самолетного крыла ("антикрыло"). Кроме того, отверстия отвода воздуха от радиатора, кромки и поверхности кузова расположены так, чтобы под днищем автомобиля создавалось значительное разряжение.
4. Если внешняя среда не содержит нужных веществ, то это вещество может быть получено заменой внешней среды, ее разложением или введением в нее добавки - образуется веполь на внешней среде с добавками: I

Примеры:
Для повторного использования отходов пластмассы их вначале сортируют по крупности на вибросите. Но в вибросите частицы электризуются от трения друг о друга и слипаются в большой комок. Оператор пытается разбить комки палкой и... получает высоковольтный разряд статического электричества. Поэтому предложено обдувать вибросито ионизированным воздухом, который нейтрализует возникающие заряды.
Прежде чем поставить свиней на откорм, им надо сделать прививки, чтобы в стаде не разразилась эпидемия. Можете представить себе, сколько будет хлопот и визга, если пользоваться шприцем. В Германии поступают иначе: животных загоняют на полчаса в камеру, где они дышат горячим воздухом, насыщенным аэрозольными капельками вакцины.
5. Если нужен минимальный (дозированный) режим действия, а обеспечить его по условиям задачи трудно или невозможно, то используется максимальный режим, а избыток убирают. При этом избыток поля убирают веществом, а избыток вещества - полем:

Избыточное действие показано двумя стрелками.

Примеры:
Чтобы при пожаре стальной каркас высотного здания не перегрелся и не потерял устойчивость, полые колонны и другие элементы заполняют водой, которая циркулирует внутри каркаса, а при закипании воды пар сбрасывается в атмосферу.
Для получения тонкого слоя краски на изделие наносят избыточное покрытие, окуная изделие в бак с краской. Затем изделие вращают и центробежные силы сбрасывают избыток краски (а.с. 242 714).
6. Если нужно обеспечить максимальный режим действия на вещество, а это недопустимо, то максимальное действие направляют на другое вещество, связанное с первым:
Например, при изготовлении предварительно напряженного железобетона нужно растянуть проволоку. Для этого ее нагревают, от тепла она удлиняется, и в таком виде ее закрепляют. Чем выше температура, тем больше удлинение. Однако при температуре выше 4000С она недопустимо портится. Предложено (а.с. 120909) нагревать нерасходуемый жаропрочный стержень, который от нагрева удлиняется и в таком виде соединяется с проволокой. Охлаждаясь, стержень укорачивается и растягивает проволоку, оставшуюся холодной.
7. Если нужен избирательно-максимальный режим (максимальный режим только в определенных зонах), то поле должно быть: либо максимальным, тогда в местах, где необходимо минимальное воздействие, вводят защитное вещество; например, пористая пластинка, преграждает путь пламени к возгораемым местам детали, но свободно пропускает тепло для нагрева всей детали (а.с. 1 000 033):

либо минимальным, тогда в месте, где необходимо максимальное воздействие, вводят вещество, дающее локальное поле; например, термитные составы - для дополнительного теплового воздействия (в зазор между свариваемыми деталями - а.с. 743 810), взрывные составы - для механического воздействия (способ чеканки: художник фломастером рисует задуманное на медном листе, затем наносит пульверизатором в нужных местах взрывчатое вещество, лист кладут на резиновую "наковальню" и взрывают заряд):

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 798 | Нарушение авторских прав