Основы научных и инженерных исследований
..pdfвременным получением утилизируемых технического сульфата кальция и марганцевого концентрата.
Источники информации:
1.Заявка РФ 95102771/25 А1, C02F1/58. Способ очи-
стки ванадийсодержащих сточных вод / Узденников Н.Б.; Донец. гос. ун-т. Опубл. 1997.04.27.
2.Барков Л.С., Холмогоров С.Н., Рябошапка В.И. и др. Исходные данные для проектирования промышленных сооружений нейтрализации и осветления кислых стоков БТМК (Березниковская площадка): Отчет о НИР. Тема 10-84-52 / Березн. филиал Рос. ин-та титана и магния. Бе-
резники, 1984. Ч.1.
Формула изобретения:
1.Способ очистки сернокислых сточных вод ванадиевых производств, включающий операции нейтрализации вод и химического осаждения соединений ванадия, марганца, хрома реагентами с последующим отделением осадка, отличающийся тем, что на первой стадии осаждают и отделяют осадок сульфата кальция, а на второй стадии проводят нейтрализацию и химическое осаждение соединений ванадия, марганца, хрома.
2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что на первой стадии для осаждения сульфата кальция подают хлорид кальция.
3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что хлорид кальция подают в сточную воду в стехиометрическом соотношении к сульфат-иону, содержащемуся в сточной воде.
4.Способ по п. 1, отличающийся тем, что на второй стадии проводят нейтрализацию и химическое осаждение соединений ванадия, марганца, хрома карбонатом натрия.
5.Способ по п. 1, отличающийся тем, что карбонат натрия подают в сточную воду в количестве, необходимом для повышения значения рН до величины 8,5.
291
Реферат
Способ очистки сернокислых сточных вод ванадиевых производств
Изобретение относится к технологии нейтрализации
иочистки сточных вод ванадиевого производства от соединений ванадия, марганца, хрома и может использоваться в других отраслях промышленности для очистки сточных вод от указанных соединений. Способ очистки сернокислых сточных вод ванадиевых производств включает операции нейтрализации вод и химического осаждения соединений ванадия, марганца, хрома реагентами с последующим отделением и утилизацией осадка. Способ отличается тем, что на первой стадии осаждают и отделяют осадок сульфата кальция хлоридом кальция, а на второй стадии проводят нейтрализацию и химическое осаждение соединений ванадия, марганца, хрома карбонатом натрия.
9.МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ
ВХХ в. активно велась разработка научных теорий
иметодов решения сложных инженерных, военных и научных проблем, что существенно повышало возможности использования интеллектуального потенциала инженеров многих стран. Значение разработанных методов решения инженерных проблем трудно переоценить, особенно важны они во время войн и катастроф.
Все методы поиска технических идей и решений делятся:
•на коллективные (метод «мозгового штурма», метод функционально-стоимостного анализа);
•индивидуальные (метод академика Б.Н. Юрьева, метод морфологического анализа, метод контрольных вопросов, теория решения изобретательских задач);
•комбинированные, в которых применяются коллективные и индивидуальные методы решения инженерных задач (например, синектический метод).
292
9.1. Коллективные методы решения изобретательских задач
9.1.1. Метод «мозгового штурма»
Метод «мозгового штурма» разработал А. Осборн (США) в начале 1940-х гг. Этот метод является коллективным методом решения проблем и требует навыков психологии коллективного творчества. Принцип такого метода частично используется в российской телеигре «Что, где, когда?» и заключается в следующем.
В коллективе выбираются две группы специалистов:
1)«генераторы идей» (специалисты с подвижным умом, эрудиты) − специалисты различных профессий, способные выдвигать новые идеи;
2)эксперты (специалисты с критическим умом) − эрудированные специалисты, обладающие здравым смыслом
испособные критически оценивать практическую значимость предложенных идей.
Как правило, участвующие в заседании специалисты должны быть готовы поделиться своими идеями ради общего успеха, психологически совместимы, контактны, доброжелательны друг к другу.
Заседание проводит ведущий. Ведущим выбирается эрудированный специалист, контактный, имеющий авторитет в коллективе. На предприятиях ведущими (в зависимости от масштаба решаемой проблемы) обычно являются главный инженер, руководитель отдела, руководитель группы и т.п.
Ведущий в начале заседания ставит перед присутствующими решаемую задачу, указывает все ограничительные условия, области использования и все требования, ко-
торым должно соответствовать найденное решение. С предложенной задачей целесообразно знакомить сотрудников коллектива непосредственно на заседании.
Первые 30–40 мин «генераторы идей» должны подавать в быстром темпе различные варианты решения задачи.
293
При этом ведущий запрещает критику, анализ и обсуждение предлагаемых вариантов, даже самых глупых. Замечено, что возникновение идей резко интенсифицируется при высказывании их другими людьми. В коллективе в процессе генерации идей возникает своеобразная «электризация» и творческое соревнование умов. За этот период времени группа «генераторов идей» высказывает до 150 вариантов. Идеи фиксируются на магнитофоне или в журнале.
После окончания процесса высказывания идей к работе приступает группа «экспертов». «Эксперты» проводят анализ идей с точки зрения возможности осуществления и эффективности решения. При этом рассматриваются все предложенные варианты, включая шутливые и глупые. Задачей «экспертов» является поиск рационального зерна в высказанных идеях, эффективных путей решения проблемы, развития идей до приемлемых практически реализуемых технических решений.
Варианты метода «мозгового штурма» широко используются на многих технических заседаниях или научнотехнических совещаниях. Однако авторитарный стиль руководства коллективом и отсутствие запрета на критику (в период высказываний вариантов решения инженерных проблем) приводит к боязни подчиненных выглядеть некомпетентными или проявить себя в невыгодном свете, что может отразиться на дальнейшей карьере. Эти психологические тормоза в значительной мере подавляют полет мысли, заставляют искать тривиальные пути решения проблемы, что в конечном счете резко снижает эффективность самого заседания.
Разновидностью метода «мозгового штурма» является метод «теневой мозговой атаки». Отличием является то, что при проведении заседания параллельно группе «генераторов идей» работает «теневая группа генераторов идей», не высказывающая вслух, а записывающая свои идеи на листе бумаги. В «теневую группу генераторов идей» входят также специалисты, отличающиеся от обычных «генерато-
294
ров идей» тем, что не умеют творить в окружении публики, но прекрасно работают в уединенной обстановке.
Теневая и активная группа «генераторов идей» при проведении заседания могут размещаться в одном помещении, разделенном стульями или столами, или в разных помещениях, снабженных телемонитором или системой радиосвязи. Перечень идей, выдвинутых в «теневой группе», после проведения «теневой мозговой атаки» передается в группу экспертов. Описанный метод позволяет увеличить количество и разнообразие идей и подходов к решению инженерных задач.
Достоинства метода «мозгового штурма» и «теневой мозговой атаки»:
•за небольшой промежуток времени рассматривается большое количество вариантов;
•нетривиальность предлагаемых вариантов обеспечивает эффективность метода;
•участие в заседании специалистов различных профилей обеспечивает всесторонний охват решаемой проблемы;
•простота и доступность.
Достоинства метода «мозгового штурма» обеспечили его широкое применение во многих отраслях промышленности. Так, многие проблемы, возникшие при ликвидации стихийных бедствий и аварий, были решены этим методом.
Недостатки метода:
•не все задачи можно решить этим методом, например, трудно решить задачу, которую понимают не все специалисты (из области ядерной физики, органического синтеза, сложных химических процессов и т.п.);
•трудно собрать психологически совместимые творческие личности в один коллектив, способный работать на благо общего дела;
•успех дела зависит от квалификации ведущего.
295
9.1.2. Метод функционально-стоимостного анализа
Метод функционально-стоимостного анализа (ФСА) разработан в США фирмой «Дженерал электрик» в 1947 г. Суть метода в поиске путей удешевления технологии, сокращения числа выполняемых объектом функций или их замены, а также замены дорогостоящих материалов, устройств более дешевыми, упрощения или устранения несущественных элементов конструкций.
Элементы функционально-стоимостного анализа характерны для условий острой нехватки денежных или материальных ресурсов. Так, во время Второй мировой войны наши солдаты пехоты из-за отсутствия бронебойных снарядов в качестве средств борьбы с немецкими танками «Тигр» использовали зажигательные бутылки, которые были разработаны химиками. Авиастроители для изготовления некоторых деталей самолетов использовали не бронзу, а чугун или дерево.
Об эффективности метода ФСА свидетельствуют такие цифры: за 17 лет его применения в фирме «Дженерал электрик» получена экономия средств на сумму 200 млн долл. С 1965 по 1968 г. на каждый доллар, израсходованный на применение функционально-стоимостного анализа, эта фирма получала 25 долл. в экономии при одновременном сокращении сроков проектно-конструкторских работ на 25 %.
Такие результаты быстро привлекли внимание конкурентов. В 1959 г. было создано Американское общество инженеров-специалистов по ФСА. К 1964 г. более 10 % всех фирм США использовали метод ФСА. Быстрое развитие этот метод получил в Японии, Германии и Австрии. В некоторых европейских странах даже разработан стандарт на использование метода ФСА.
Для решения проблемы методом ФСА организуется временная рабочая группа из специалистов различных профессий, например: технолог, механик, специалист по авто-
296
матике, экономист, конструктор, а также 1–2 изобретателя. Руководит этой группой инженер-организатор функцио- нально-стоимостного анализа, прошедший подготовку.
Работа группы ведется по определенному плану
ивключает в себя семь этапов:
1.Подготовительный этап – выбор объекта.
2.Информационный этап: сбор, систематизация и всестороннее изучение информации об объекте и его аналогах.
3.Аналитический этап. Проводится анализ функций, выполняемых объектом или его элементами. При этом вы-
являются основные, вспомогательные, положительные и отрицательные функции объекта, элементов объекта. Уточняется, какие функции в конечном результате помогают достичь той же цели при минимальных затратах.
4.Творческий этап. Определяются возможности выполнения объектом тех же функций при сокращении числа элементов объекта или устройства. При этом проводится стоимостной анализ, т.е. рассчитывается стоимость устройства (мероприятия) и выбирается наилучший вариант, обеспечивающий минимальную стоимость при сохранении объектом тех же свойств.
5.Исследовательский этап. При необходимости производятся лабораторные или опытные испытания предложенных технических решений.
6.Рекомендательный (подготовительный) этап. Разрабатываются рекомендации по лучшему техническому решению, выполняются подготовительные работы для промышленной реализации.
7.Этап промышленного внедрения лучшего технического решения. Проводятся промышленные испытания технического объекта при различных режимах, а также оценка эффективности данного технического решения.
Метод ФСА высокоэффективен при решении производственных инженерных проблем.
297
9.2. Индивидуальные методы решения изобретательских задач
9.2.1. Метод академика Б. Юрьева
Согласно методу, предложенному в конце 1930-х гг. российским академиком Б.Н. Юрьевым (1889–1957), разработчиком теории конструирования вертолетов, для решения любой сложной проблемы необходимо:
1)собрать и проанализировать существующую по проблеме информацию;
2)наметить пути решения проблемы;
3)проанализировать возможность практической реализации этих путей, проверить их опытным путем (провести лабораторные эксперименты);
4) провести опыты на более крупных установках (в металле);
5) исследовать проблему в условиях, максимально приближенных к практике, выбрать оптимальный вариант решения проблемы.
Для решения изобретательских задач и создания принципиально новых разработок академик Б.Н. Юрьев рекомендовал также:
•изучать физические явления, выявлять новые физические эффекты и стремиться к их применению на практике;
•анализировать применяющиеся на практике полезные устройства, вещества, способы и стремиться к нахождению новшеств в применяемых объектах, находить объяснение новым явлениям, выявлять общие законы, наблюдающиеся на практике в частных случаях, распространять новые эффекты на другие области деятельности;
•подражать природе, проводить поиск аналогичных решений в живой природе или окружающей среде;
•выдвигать всевозможные «дикие» фантазии с последующим отбором лучших, проводить поиск решений по принципу «наоборот»;
298
•проводить научное исследование проблемы с помощью известных теорий, находить оптимальный вариант;
•комбинировать известные варианты решения задачи.
9.2.2. Метод морфологического анализа
Термин «морфология» образован от двух греческих слов (morphe – форма, logos – учение) и введен немецким поэтом, ученым и философом И.В. Гете. Морфологический анализ для решения инженерных изобретательских задач разработал швейцарский астроном Ф. Цвикки в 1942 г. Он основан на классификации всех возможных вариантов решения изобретательских задач (или технических проблем) с последующим тщательным анализом решений и составлением комбинаций различных вариантов решения проблемы.
Метод морфологического анализа впервые был применен в фирме «Аэроджет инжиниринг корпорейшн», разрабатывающей ракетные двигатели. Морфологический анализ использовали для составления таблицы различных вариантов конструкций ракетных двигателей, для исследования и анализа области возможных решений и поиска лучшего варианта двигателя.
Преимущества метода морфологического анализа:
•системность, обеспечивающая всесторонний охват вариантов решения проблемы;
•простота и наглядность;
•возможность постоянного совершенствования метода за счет составления новых комбинаций.
9.2.3. Метод контрольных вопросов
Древние греки самым мудрым человеком считали Сократа. А тот говорил, что он умеет в жизни делать хорошо только одно: задавать вопросы! С их помощью собеседники Сократа сами находили наилучшее решение. В 1940-х гг. было предложено для решения изобретательских задач
299
вместо собеседника-мудреца, задающего вопросы, составить список мудрых (контрольных) вопросов. В этих списках могли быть не только вопросы, но и рекомендации, связанные с активизацией творческого мышления, рациональной организацией мышления.
Списки контрольных вопросов, предлагаемые разными авторами, представляют собой своего рода краткую памятку для изобретателя. Например, в списке американца Алекса Осборна девять групп вопросов, часть из которых приведена ниже:
1.Какое основное применение технического объекта вы можете предложить?
2.Какие модификации технического объекта возможны?
3.Что можно уменьшить в техническом объекте?
4.Можно ли что-либо в объекте уплотнить? сжать? сгустить? сконденсировать? ускорить? сузить? раздробить?
Рассмотрим метод контрольных вопросов, разработанный академиком Б.Н. Юрьевым, названный им эвристическим. Метод включает в себя также девять групп вопросов:
1.Как делали до сих пор, к чему стремились? Разделите явления на составные части, проведите анализ.
2.Можно ли получить то же самое иными способами
икакими именно? Можно ли использовать другое физическое явление? Можно ли применить другое сочетание элементов?
3.Какие теории и способы пригодны для решения задачи старым и новым способами?
4.Какой способ лучше? Нет ли наивыгоднейших значений, выведенных математически (теоретически)?
5.Нельзя ли решить задачу, наблюдая какое-то другое явление природы? Существует ли оно в действительности? Какие опыты необходимы для его нахождения?
6.Общее сопоставление известного и предполагаемого, классификация аналогичных решений. Составление комбинаций и списка возможных решений. Смелые скачки мысли, ломка рутины. Фантастические варианты.
300