Гусев / Методы научных исследований

Второе: техническая система увеличивает количество функций, но при этом не увеличивается в габаритах, остается в той же массе и потребляет то же количество энергии.

Важный этап в совершенствовании технической системы заключается в четком описании того действия которое ведет к достижению желаемого резудьтата. При этом общая схема составления формулировки идеально-конечного результата (ИКР) может выглядить следующим образом:

ИКР - элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет (указать вредное действия) в течение (указать время действия) и в пределах (указать место и зону действия), сохраняет способность (указать рассматриваемый элемент) совершать (указать необходимое полезное действие).

8.3.3. Противоречия в технических системах

Развитие любой технической системы характеризуется одним общим признаком – качественное её улучшение становится возможным только через преодоление противоречий.

Выделяют три типа противоречий: административное (АП), техническое (ТП), физическое (ФП).

Административное, как правило, порождает сам человек, точнее те организационные обстоятельства, которые он создал. Философия этого противоречия проста и звучит: "Так делать нельзя, но делать всё-таки нужно!".

Техническое противоречие возникает между параметрами системы, её узлами или группами деталей и сопровождается ухудшением одного показателя при улучшении другого.

Физическое противоречие возникает не между параметрами технической системы, а внутри её в каком-либо одном элементе или даже в части его. Выявление физического противоречия ведет к установлению методов совершенствования системы. На этом этапе окончательно завершается постановка задачи, и можно переходить к ее решению. Создание изобретения есть последовательное выявление и преодоление возникающих в системе противоречий.

В методике АРИЗ сформулированы основные принципы устранения технических противоречий:

201

1. Принцип дробления:

-разделить объект на независимые части;

-выполнить объект разборным;

-увеличить степень дробления объекта. 2. Принцип вынесения:

-отделить от объекта "мешающую" часть ("мешающее" свойство) или, наоборот выделить единственно нужную часть или нужное свойство.

3. Принцип местного качества:

-перейти от однородной структуры объекта или внешней среды (внешнего воздействия) к неоднородной;

-разные части объекта должны выполнять различные функции;

-каждая часть объекта должна находится в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.

4. Принцип симметрии:

-перейти от симметрической формы объекта к асимметрической;

-если объект уже асимметричен, увеличить степень асимметрии.

5. Принцип объединения:

-соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты;

-объединить во времени однородные или смежные опе-

рации.

6. Принцип "матрешки":

-один объект размешен внутри другого, который, в свою очередь. находится внутри третьего и т.д.;

-один объект проходит сквозь полость в другом объек-

те.

7. Принцип антивеса:

-компенсировать вес объекта соединением с другим объектом, обладающим подъемной силой;

-компенсировать вес объекта взаимодействием со средой преимущественно за счет аэро- и гидродинамических сил.

8. Принцип предварительного антидействия:

-если по условиям задачи необходимо совершать какоето действие, надо заранее совершить антидействие.

202

9. Принцип предварительного действия:

-заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично);

-заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затрат времени на доставку и с наиболее удобного места.

10.Принцип "заранее подложенной подушки":

-компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.

11.Принцип эквипотенциальности:

-изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать предмет.

12.Принцип "наоборот":

-вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие;

-сделать движущуюся часть объекта или внешней среды неподвижной, а неподвижную - движущейся;

-повернуть объект "вверх ногами", вывернуть его.

13.Принцип сфероидальности:

-перейти от прямолинейных частей к криволинейным от плоских поверхностей к сферическим, от частей выполненных в виде куба или параллелепипеда к шаровым конструкциям;

-использовать ролики, шарики, спирали;

-перейти от прямолинейного движения вращательному, использовать центробежную силу.

14.Принцип динамичности:

-характеристики объема (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы;

-разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга;

- если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.

15. Принцип частичного или избыточного действия; - если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо

получить "чуть меньше" или "чуть больше" - задача при этом может существенно упростится.

203

16. Принцип перехода в другое измерение:

-трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух-трех измерениях.

-использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной;

-наклонить объект или положить его "набок";

-использовать обратную сторону данной площади;

-использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или обратную сторону имеющейся площади;

17.Использование механических колебаний:

-привести объект в колебательное движение;

-если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвукового);

-использовать резонансную частоту;

-применять вместо механических вибраторов пьезовибраторы;

-использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.

18.Принцип периодического действия:

-перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному);

-если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность;

-использовать паузы между импульсами для другого действия.

19.Принцип непрерывности полезного действия:

-вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой);

-устранить холостые и промежуточные ходы.

20.Принцип проскока.

-вести процесс или отдельные его части (например, вредные или опасные) на большей скорости;

21.Принцип "обратить вред в ползу":

-использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта;

-устранить вредный фактор за счет сложения с другими вредными факторами;

204

-усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.

22. Принцип обратной связи:

-ввести обратную связь;

-если обратная связь есть, изменить ее.

23. Принцип "посредника":

-использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие;

-на время присоединить к объекту другой (легкоудалимый) объект.

24. Принцип самообслуживания:

-объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции;

-использовать отходы (энергии, вещества).

25. Принцип копирования:

-вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии;

-заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии);

-если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым.

26. Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности:

-заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).

27. Замена механической схемы:

-заменить механическую схему оптической, акустической или "запаховой";

-использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля дня взаимодействия с объектом;

-перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных к меняющимся во времени, от неструктурных к имеющим определенную структуру;

-использовать поля в сочетании с феромагнитными частицами.

205

28. Использование пневмо- и гидроконструкций:

а) вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактнвные.

29. Использование гибких оболочек и тонких пленок:

-вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки;

-изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок;

30. Применение пористых материалов:

-выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т.д.),

-если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом;

31. Принцип изменения окраски:

-изменить окраску объекта или внешней среды;

-изменить степень прозрачности объекта или внешней

среды;

-для наблюдений за плохо видными объектами или процессами использовать красящие добавки;

-если такие добавки уже применяются, использовать люминофоры;

32. Принцип однородности:

-объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).

33. Принцип отброса и регенерации частей:

-выполнившая свое назначение и ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена

ит.д.) или видоизменена, непосредственно в ходе работы;

-расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.

34. Принцип изменения агрегатного состояния объекта:

-сюда входят не только простые переходы, например, от твердого состояния к жидкому, но и переходы к "псевдосостояниям" ("псевдожидкость") и промежуточным состояниям, например использование эластичных твердых тел.

206

35. Принцип фазовых переходов:

-использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например изменение объема, выделение или поглощение тепла и т.д.;

36. Применение теплового расширения:

-использовать тепловое расширение (или сжатие) материалов;

-использовать несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения.

37. Применение сильных окислителей:

-заменить обычный воздух обогащенным;

-заменить обогащенный воздух кислородом;

-воздействовать на воздух или кислород ионизирующими излучениями;

-использовать озонированный кислород;

-заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном.

38. Применение инертной среды:

-заменить общую среду инертной;

-вести процесс в вакууме.

39. Применение композиционных материалов:

- перейти от однородных материалов к композицион-

ным.

8.3.4. Решение изобретательских задач на уровне физического противоречия

В решении изобретательской задачи необходимо стремиться к тому, чтобы рассматривать в ней только несколько элементов или даже один из них, который испытывает противоречивые физические требования.

Выявление и разрешение технического противоречия ведется с помощью анализа взаимосвязей, имеющихся в системе веществ и энергетических полей - так называемый вепольный анализ (слово "веполь" образованно от слов "вещество" и "поле").

Под веществом понимается часть системы (в частности, элемент), имеющий массу и способную излучать, поглощать и преобразовывать энергию. А полем называется форма

207

взаимодействия веществ, эквивалент энергообмена. Поле характеризуется отсутствием массы, видом энергии и интенсивностью энергообмена.

Проходя через элементы системы, энергия может претерпевать превращения, причём можно выделить четыре типа энергетических превращений.

Во-первых, излучение энергий (радиоактивное излучение, разряд конденсатора, отдача тепла нагретым телом, расширение сжатого газа).

Во-вторых, поглощение энергии (таяние льда, деформация, сжатие газа, поглощение радиоактивного излучения).

В третьих - преобразование потока энергии по программе т.е. такое преобразование при котором вид энергии не меняется, а изменяется лишь её пространственно - временная организация: величина энергии и характеризующих ее параметров, направление энергопотока, и т.п.

В четвёртых, преобразование энергии по виду (например: преобразование электрической энергии в магнитную, механической в электрическую и др).

Один из методических приемов ТРИЗ заключается в использовании графической формы представления веполя, изображаемого следующим образом:

П

В1-------В2

Взаимодействия между веществами и полем обозначаются специальной символикой:

- веполь в общем виде.

- общая взаимосвязь (нормальная ) - направленное действие - взаимодействие - вредное действие

-------- - бездействие (молчание)

- переход к преобразованию веполя

208

-разрушение связи

В- общее обозначение вещества П - общее обозначение поля

П

Все «вепольные» преобразования можно выразить пятью правилами:

1. Если по условиям задачи дана неверная система (один элемент, два элемента или один элемент и поле), то для решения задачи необходимо достроить систему до полного веполя – два элемента и поле.

2.Вепольные системы имеют тенденцию переходить в большие фепольные, т.е. системы с магнитным полем и ферровеществом. При этом, чем более раздроблённым является ферровещество, тем легче им управлять с помощью магнитного поля.

3.Чтобы разрушить ненужный или вредный веполь между двумя имеющимися веществами должно быть введено третье, являющиеся видоизменением одного из двух данных веществ;

4.Вепольные системы имеют тенденцию к развитию одного из имеющихся элементов в самостоятельный веполь. Полученный веполь, в свою очередь, таким же образом может быть преобразован в новый веполь. Такие веполи называются цепными.

5.Если в задаче имеется веполь с полем П1, а на входе нужно получить П2, то название нужного физического вещества можно узнать, соединяя названия полей П1 и П2.

Общая линия развития веполей выглядит следующий образом:

неполный веполь ---- полный веполь ---- цепной (сложный веполь ---- форсированный веполь ( дробление, динами-

209

зация, переход к простым веществам, согласование ритмики)

---- феполь ---- форсированный феполь.

Четыре элементарных структурных звена (ЭС) соответствуют четырём типам энергетических превращений и с помощью введённых обозначений изображаются следующим образом:

1-е звено. Вещество - источник поля ("излучение" поля) ЭС1≡В→ П

2-е звено. Вещество - преобразователь поля по программе ЭС2≡П →В→ П

3-е звено. Вещество - преобразователь поля по виду ЭСЗ≡П1→В→ П2

4-е звено. Вещество- "приёмник" поля ("восприятие", "поглощение" поля) ЭС4≡П→ В

Структура из типовых элементов строится следующим образом. Например, даны два вещества B1 и В2. Надо обеспечить, чтобы B1 подействовало на В2, т.е. B1→В2. Но изменять эти вещества нельзя. Известно, что B1 излучает поле П1(В1→П1), а В2 может воспринять поле П2(П2→В2). Поскольку В1 и В2 должны остаться такими, как они есть, то остается только, один путь; как-то преобразовать П1 в П2 (П1= =>П2). Допустим известно, что преобразование может совершить вещество В3 в возбуждённом состоянии: П1→В3→П2. А переход вещества В3 в состояние В3' возможен под действием поля П3: В3'=П3→В3. Таким образом, получим четыре элементарных структурных звена:

ЭС1=В1→П1; ЭС3=П1→В3'→П2; ЭС4=П2→В2;

ЭС4=П3→В3=В3'. Объединив их получим структуру:

В1→П1→В3→П2→В2=В1→В2→В2

↑↑

П3 П3

Из этого примера видно, что для построения структуры в обобщённой физико-энергетической форме необходимо записать желаемые воздействия и определить по ним те типовые структурные задачи, которые надо решить, чтобы желае-

210