Лекция 7
План лекции
Ликвидация тупиковых ситуаций
Типы противоречий
Правило устранения технических противоречий
Модель изобретательской задачи
Веполь
5.3. Ликвидация тупиковых ситуаций
Цель: Найти новые направления поиска, если очевидная область поиска не дала приемлемого решения.
Примеры: типичные технические противоречия:
Чтобы свая хорошо входила в грунт, она должна быть как можно острее. Острее – тем меньше площадь опоры, а для того, чтобы нести большую нагрузку, нужно нижнюю часть сваи сделать расширенной, – тупой. Еще пример – ввинчивание шурупов с огранкой в деревянные шпалы.
Заманчиво делать одежду и ткани из прочных полимерных пленочных материалов. Ткань должна иметь мельчайшие поры, чтобы пропускать воздух и пары воды, с другой стороны поры резко снижают прочность.
Чтобы увеличить производительность экскаватора, нужно сделать большой ковш. Большой ковш очень тяжел, экскаватор будет расходовать много энергии на подъем и опускание ковша. Если сделать ковш легким- он не будет врезаться в грунт. Выход – разделение функций резания (применение сменных ножей) и транспортирования.
Судно с двумя корпусами – катамаран. С увеличением ширины судна увеличивается устойчивость, но в случае опрокидывания тяжело перевернуть его обратно. Решение – шарнирная мачта (не надо переворачивать корпус, достаточно повернуть мачту) запатентовано в Англии.
В 800 году Карл Великий должен был короноваться папой римским. Перед Карлом стояла сложная задача: если папа оденет ему корону на голову, то это будет означать абсолютную власть папы. Если самому одеть корону на голову, то это могло показаться самозванством. Карл нашел простое и оригинальное решение: когда папа подносил корону к его голове, он взял корону из его рук и сам надел ее себе на голову. Власть папы была ограничена, а Карл не мог быть объявлен самозванцем.
Различают три типа противоречий:
Административное противоречие.
"Надо получить то-то, но я не знаю, как это сделать". Такое противоречие побуждает изобретательскую ситуацию. Она лежит на виду, ее легко сформулировать и особой точности не требуется.
Техническое противоречие.
"Одно свойство системы противоречит другому свойству", или "улучшение одной части системы ведет к ухудшению другой ее части".
Сформулировать техническое противоречие – значит перейти от ситуации к задаче. Поэтому правильный переход от административного противоречия к техническому – это существенный сдвиг в решении задачи.
Физическое противоречие.
"Эта часть рассматриваемой системы должна находиться в таком-то физическом состоянии, чтобы удовлетворить одному требованию задачи, должна находиться в противоположном физическом состоянии, чтобы удовлетворить другому требованию задачи".
Пример: Наружный слой шлифовального круга должен быть твердым, чтобы шлифовать, и мягким, чтобы приспосабливаться к форме обрабатываемой детали.
Требования, указанные в условиях задачи, несовместимы из-за того, что для их выполнения одна и та же часть системы должна находиться в двух диаметрально противоположных состояниях:
быть горячим и холодным
проницаемым и непроницаемым
тяжелой и легкой
подвижной и неподвижной и т.д.
Стратегия поиска: необходимо добраться до физического противоречия, тогда изобретательская задача переходит из туманной в техническую конкретную и поэтому значительно более простую задачу.
Во многих случаях после выявления физического противоречия становится очевидным, какой физический эффект надо применить, чтобы получить ответ.
План действий:
Необходимо выделить из "клубка" изобретательской ситуации единственно правильную задачу.
Пытаясь решить задачу обыкновенными (известными, привычными) путям выделить техническое противоречие и "подойти" к противоречию физическому.
Найти подходящий технический прием или физический эффект, чтобы устранить физическое противоречие.
Пример 1. После заполнения ампул лекарством нужно запаять капилляр. Сделать это нужно осторожно, чтобы не нагреть лекарство. Ампулы устанавливают в кассету в несколько рядов капиллярами вверх. Подводят групповой нагреватель. Схема проста, но капризна:
чуть длиннее пламя – лекарство нагреется
чуть короче пламя – ампула не запаяется
Обычные методы решения:
запаивать чем-то другим, но это повлечет затраты на оборудование;
сделать пламя горелки стабильным, но это повлечет изменение принципа работы горелки;
прикрыть ампулы экраном с отверстием, в которые пройдут только верхушки капилляров, но если разница в диаметрах капилляра и отверстия экрана большая, то неизбежен перегрев лекарства, если меньше, то повышается трудоемкость вставки, и есть вероятность спекания с экраном.
Пункт 1.
Изобретательская ситуация. Введем дополнительное условие – исходная система остается без изменений, а недостаток исчезает, то есть пусть горелки работают на полную мощность, что обеспечит отсутствие незапаяных ампул. Остается только убрать, потушить избыточное пламя и задача решена. Чем тушат пламя? Водой. Поместим кассету в воду. Задача решена.
Сформулируем правило (техническое противоречие): "При улучшении А ухудшается В" или "при ухудшении А улучшается В".
Нужно использовать ту формулировку технического противоречия, которая обеспечивает наибольшую производительность основного действия системы.
Если огонь заведомо мал, ампулы не перегреются (А), но некоторые не запаяются(В), или если огонь велик, ампулы перегреются (А), но наверняка запаяются (В).
Согласно правилу выбираем второй вариант, так как основное действие системы – запаивание.
Выбирая одну из двух возможных формулировок противоречия, мы сокращаем поле поиска.
Пример 2. Если при изготовлении бетона добавить в него алюминиевую пудру, то в результате взаимодействия алюминия с водой выделяются пузырьки водорода:
Они вспенивают бетонную массу. В результате получается пенобетон, отличный теплоизоляционный материал. Но этим процессом сложно управлять. Высота вспучивания зависит от многих факторов: точности дозировки составляющих, температуры бетона и воздуха, колебаний атмосферного давления, вида цемента, его свежести и т.д.
В огромных цехах поддерживают постоянную температуру, избегают сквозняков, вибраций и т.д. Не смотря на все это в разных формах пенобетон поднимается на разную высоту – застревает в середине формы или ползет через край.
Решение: в раствор добавлять избыточное количество алюминия, а массу удерживать крышкой
.
В задаче обычно упоминаются много элементов, а в модели задачи – остаются два конфликтующих.
Пример: ...изделие – и избыточный слой краски на нем;
...ампулы – избыточное пламя;
...избыточное расширение бетона – среда над ним.
Переход к модели задачи:
сразу отбрасывает все несущественное;
выявляет важное, но на первый взгляд незаметное.
Модель – это воображаемая схема, и как всякая схема, она должна отражать главное, суть, принцип – и не должна включать ничего лишнего (мысленная модель, математическая, физическая).
Веполь – "молекула" технической системы
Вспомним задачу о краске: модель состоит из двух веществ – краски и детали, ответ – заставить вращаться, то есть приложить энергию.
Задача об ампулах: модель представляет совокупность вещества (ампулы), энергии (пламени) и ответа – вещества (воды).
Напрашивается закономерность: чтобы построить техническую систему, нужно два взаимодействующих вещества и энергия для их взаимодействия – технический треугольник.
Как правило, веществами выступают изделие и инструмент.
Технический треугольник играет в решении изобретательских задач столь же важную роль, как геометрический треугольник в математике (тригонометрия, шведский вариант). Технический треугольник почил название веполь ("вещество" + "поле"), а раздел теории решения изобретательских задач, изучающих свойства веполей – вепольным анализом.
Понятие "поле", кроме четырех узаконенных в физике (электромагнитного, гравитационного, поля сильных и слабых взаимодействий), включает любую операцию (тепловую, механическую), прикладываемую к инструменту или изделию для выполнения полезной работы.
Термин "вещество" также понимается в широком смысле. Веполь условен и отражает только одно, но главное свойство системы.
П – поле;
– изделие;
– инструмент
В схемах приняты следующие условные обозначения:
– направленное
действие
– неудовлетворительное
решение задачи
– полезная, вредная
части действия
– смесь, совокупность
– для решения
задачи надо перейти
–нужно получить
сигнал на выходе
Вепольная модель об окраске цилиндров.
– цилиндры, – краска.
Вепольная модель о запайке ампул
– капилляр,
– вода,
– тепловое поле.
Пример: при сборке холодильного агрегата нужно проверить, не проходит ли сквозь неплотности и отверстия рабочая жидкость (даже в малых количествах). Требуется тщательный осмотр с большими затратами времени. Как ускорить процесс?
Модель: вещество
(капля)
так как сигнал – это поле, то
Для построения веполя не достает второго вещества :
...
,
а не
задача просто не возникла бы
Значит к нужно прибавить вещество , которое способно создать "сигнальное поле".
Решение: в холодную жидкость добавляют люминофор и освещают холодными ультрафиолетовыми лучами. Люминофор светится.
Уточненная схема:
П`(ультрафиолет)
П``(излучение люминофора)
Веполь напоминает химическую формулу. Веполь дает возможность записывать преобразования технических систем.